Общий курс физики термодинамика и молекулярная физика - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка):
нашатырь (NH4C1, тв.) — 16,5 кДж-моль-1
азотнокислый аммоний (NH4N03, тв.) — 26,5 кДж -моль'1
гидроокись калия (КОН, тв.) 54,2 кДж -моль-1
серная кислота (H2S04, жидк.) + 74,5 кДж-моль-1
486
РАСТВОРЫ
[ГЛ. XI
Эти величины примерно лишь на порядок меньше соответствующих величин при химических реакциях (см. § 17).
При смешении соли со снегом или мелко раздробленным льдом происходит образование раствора, сопровождающееся сильным охлаждением. С помощью NaCl можно добиться понижения температуры до —21 °С, а с помощью СаС12 ¦ 6Н20 — до—55 °С. Это явление используется в холодильной технике (см. § 105).
В слабых растворах взаимодействие между молекулами растворенных веществ не играет заметной роли. В теории им обычно пренебрегают подобно тому, как это делается в учении об идеальных газах. Имеет значение только взаимодействие молекул растворенных веществ с молекулами растворителя.
В электролитах молекулы растворенных веществ полностью или частично диссоциируют (распадаются) на ионы. Этим объясняется электропроводность электролитов и связанное с ней явление электролиза.
Во многих жидких растворах установлено существование сольватов. Так называют более или менее непрочные соединения непостоянного состава молекул или ионов растворенных веществ с молекулами растворителя. В водных растворах сольваты называются гидратами. Сольваты и гидраты непрерывно разрушаются (диссоциируют) и образуются вновь.
3. Вещества, входящие в раствор, называются его компонентами. Относительное содержание компонентов в растворе характеризуется их концентрациями. Различают весовые, молярные и объемные концентрации. Весовая концентрация есть отношение веса рассматриваемого компонента к общему весу раствора. Она обычно выражается в процентах. В теоретических исследованиях особенно удобна молярная концентрация. Это есть отношение числа молей рассматриваемого компонента к общему числу молей раствора. Объемной концентрацией компонента называется количество его (в граммах или молях) в единице объема раствора.
§ 123. Растворимость тел
1. Всякое вещество растворяется в другом веществе далеко не всегда в неограниченном количестве. Раствор, содержащий наибольшее количество вещества, которое может в нем раствориться, называется насыщенным. Если к насыщенному раствору добавить новую порцию растворяемого вещества, то концентрация раствора меняться не будет. Возникает термодинамическое или статистическое равновесие между растворяемым телом и раствором: число молекул, переходящих от тела в раствор, в среднем будет равно числу молекул, возвращающихся обратно из раствора к телу. Доказательством статистического характера равновесия может служить, например, такой опыт. Если в плотно закры-
S 123]
РАСТВОРИМОСТЬ ТЕЛ
487
Бающийся сосуд с насыщенным раствором NaCl погрузить крупный кусок неправильной формы кристалла поваренной соли и длительно выдерживать всю систему при постоянной температуре, то форма куска заметно изменится (приближаясь к характерной для NaCl кубической), хотя масса его останется без изменения.
Раствор называется ненасыщенным, если концентрация растворенного вещества в нем меньше, чем в насыщенном растворе. Если же она больше, то раствор называется пересыщенным. Пересыщенные растворы метастабильны. В присутствии зародышей растворяемого вещества избыток его выпадает из раствора, и раствор становится насыщенным.
Концентрация насыщенного раствора может служить мерой способности рассматриваемого вещества растворяться в растворителе. Ее называют растворимостью.
2. Растворимость зависит от температуры. Характер этой зависимости определяется знаком теплового эффекта при растворении. Рассмотрим равновесную систему, состоящую из насыщенного раствора и граничащего с ним растворяемого вещества. Если ее нагреть, то равновесие нарушится. Согласно принципу Ле-Шателье— Брауна для восстановления равновесия в системе должны начаться процессы, стремящиеся уменьшить это нагревание. Отсюда следует, что если тепловой эффект при растворении положителен, то часть растворенного вещества должна выпасть из раствора. Если же он отрицателен, то некоторое количество вещества должно перейти в раствор. Таким образом, для веществ с положительным тепловым эффектом растворимость убывает с температурой, а для веществ с отрицательным тепловым эффектом — возрастает.
При растворении газов в жидкостях и твердых телах молекулы переходят из газа, где они слабо взаимодействуют друг с другом, в раствор, где они подвергаются сильному притяжению со стороны молекул растворителя. С этим связано то обстоятельство, что в подавляющем большинстве случаев тепловой эффект при растворении газов положителен. Значит, растворимость газов (при постоянном давлении) должна убывать с повышением температуры.
3. Рассмотрим газ, находящийся в равновесии со своим раствором. Если давление газа над раствором повысить, то равновесие нарушится. Принцип Ле-Шателье — Брауна требует, чтобы для восставновления равновесия начались процессы, которые бы уменьшали это давление. Часть газа должна перейти в раствор. Значит, с повышением давления (при неизменной температуре) растворимость газов должна возрастать, а с понижением давления — убывать.
