Ջրում ծծմբաթթվի լուծարման ջերմային ազդեցությունը. Ժամանցային գիտությունների ակադեմիա. Քիմիա. Տեսանյութ. Տարրալուծման ջերմային ազդեցություն

Բաժին 5. ՌՈՇԻՆ ԷԼԵԿՏՐՈԼԻՏԱԿԱՆ ԴԻՍՈՑԻԱՑՄԱՆ ՏԵՍՈՒԹՅՈՒՆ

§ 5.3. Ջերմային երեւույթները տարրալուծման ժամանակ

Նյութերի տարրալուծումը ուղեկցվում է ջերմային ազդեցությամբ՝ ջերմության արտազատում կամ կլանում՝ կախված նյութի բնույթից։ Երբ, օրինակ, կալիումի հիդրօքսիդը կամ ծծմբաթթուն լուծվում են ջրի մեջ, նկատվում է լուծույթի ուժեղ տաքացում, այսինքն. ջերմության ազատում, և երբ ամոնիումի նիտրատը լուծվում է, լուծույթի ուժեղ սառեցում, այսինքն՝ ջերմության կլանում։ Առաջին դեպքում տեղի է ունենում էկզոթերմային պրոցես (∆H 0), երկրորդում՝ էնդոթերմային պրոցես (∆H > 0): ∆H լուծույթի ջերմությունը ջերմության քանակն է, որն ազատվում կամ ներծծվում է, երբ 1 մոլ նյութը լուծվում է։ Այսպիսով, կալիումի հիդրօքսիդի համար ∆Н° = -55,65 կՋ/մոլ, իսկ ամոնիումի նիտրատի համար H = +26,48 կՋ/մոլ.

Լուծված նյութի լուծիչի հետ քիմիական փոխազդեցության արդյունքում առաջանում են միացություններ, որոնք կոչվում են սոլվատներ (կամ հիդրատներ, եթե լուծիչը ջուր է)։ Նման միացությունների առաջացումից ստացվում են քիմիական միացությունների նման լուծույթներ։

Ռուս մեծ քիմիկոս Դ.Ի. Մենդելեևը ստեղծել է լուծույթների քիմիական տեսությունը, որը նա հիմնավորել է բազմաթիվ փորձարարական տվյալներով, որոնք ներկայացված են 1887 թվականին հրատարակված իր «Ջրային լուծույթների ուսումնասիրությունն ըստ հատուկ ծանրության» աշխատության մեջ։ լուծված նյութ», - գրել է նա: Այժմ հայտնի է այս ուժերի (հիդրատների) բնույթը դոնոր-ընդունիչ, իոն-դիպոլ փոխազդեցությունների, ինչպես նաև ցրված փոխազդեցությունների պատճառով (լուծույթների դեպքում): հարակից նյութերից, օրինակ՝ բենզոլից և տոլուոլից (ջրի հետ համակցված) իոնները կապում են ջրի բևեռային մոլեկուլները, ինչը հանգեցնում է հիդրատացված իոնների առաջացմանը (տես § 5.4): ) իոնը կապույտ է, բայց անջուր սուլֆատում այն ​​անգույն է և հեշտությամբ քայքայվում է ազատ վիճակում, բայց որոշ դեպքերում ձևավորվում են ուժեղ միացություններ, որոնք հեշտությամբ կարող են մեկուսացվել լուծույթից: Այս դեպքում ջրի մոլեկուլներ պարունակող բյուրեղները թափվում են։

Ջրի մոլեկուլներ պարունակող բյուրեղային նյութերը կոչվում են բյուրեղային հիդրատներ, իսկ բյուրեղային հիդրատներում ընդգրկված ջուրը՝ բյուրեղացում։ Շատ բնական հանքանյութեր բյուրեղային հիդրատներ են: Մի շարք նյութեր (այդ թվում՝ օրգանական) իրենց մաքուր տեսքով արդյունահանվում են միայն բյուրեղային հիդրատների տեսքով։ Դ.Ի. Մենդելեևն ապացուցել է ծծմբաթթվի հիդրատների, ինչպես նաև մի շարք այլ նյութերի առկայությունը։

Հետեւաբար, տարրալուծումը ոչ միայն ֆիզիկական է, այլեւ քիմիական գործընթաց. Լուծումները առաջանում են լուծվող նյութի մասնիկների լուծիչ մասնիկների փոխազդեցությունից։ Ուսանող Դ.Ի. Մենդելեևա Դ.Պ. Կոնովալովը միշտ շեշտում էր, որ քիմիական միացությունների և լուծույթների միջև սահմաններ չկան։

Հեղուկ լուծույթները միջանկյալ դիրք են զբաղեցնում մշտական ​​բաղադրության քիմիական միացությունների և մեխանիկական խառնուրդների միջև։ Ինչպես քիմիական միացությունները, դրանք միատարր են և բնութագրվում են ջերմային երևույթներով, ինչպես նաև կոնցենտրացիայով, որը հաճախ նկատվում է՝ հեղուկների խառնման ժամանակ ծավալի նվազում։ Մյուս կողմից, ի տարբերություն քիմիական միացությունների, լուծումները չեն ենթարկվում բաղադրության կայունության օրենքին։ դրանք, ինչպես խառնուրդները, հեշտությամբ կարելի է բաժանել իրենց բաղադրիչ մասերի: Տարրալուծման գործընթացը ֆիզիկաքիմիական գործընթաց է, իսկ լուծույթները ֆիզիկաքիմիական համակարգեր են։

Մ.Վ.-ն մեծ ուշադրություն է դարձրել լուծումների ուսումնասիրությանը: Լոմոնոսովը. Նա հետազոտություն է անցկացրել՝ պարզելու նյութերի լուծելիության կախվածությունը ջերմաստիճանից, ուսումնասիրել է տարրալուծման ժամանակ ջերմության արտանետման և կլանման երևույթները և հայտնաբերել սառեցնող խառնուրդներ։ Մ.Վ. Լոմոնոսովն առաջինն էր, ով հաստատեց, որ լուծույթները սառչում են (բյուրեղանում) ավելի ցածր ջերմաստիճանում, քան լուծիչը։ Նա նաև տվել է տարրալուծման մոլեկուլային կինետիկ բացատրություն՝ ժամանակակիցին մոտ՝ հաշվի առնելով, որ նյութի մասնիկները, լուծված, հավասարաչափ բաշխված են լուծիչի մասնիկների միջև։

1 IN քիմիական բանաձևերեւ բյուրեղային հիդրատներ, ջրի բանաձեւը գրված է առանձին (կետով), օրինակ H 2 SO 4 ∙ H 2 O, H 2 SO 4 2H 2 O, H 2 SO 4 ∙ 4H 2 O, H 2 C 2 O 4 ∙ 2H 2 O, N 2 SO 4 ∙ 10 H 2 O, Al 2 (S 0 4) 3 1 8H 2 O և այլն:

Լուծումների ուսումնասիրությանը մոտ 40 տարվա գիտական ​​աշխատանք է նվիրել Դ.Ի. Մենդելեևը. Նրա լուծույթների քիմիական տեսությունը չափազանց արդյունավետ է ստացվել։ Դրա հիման վրա ձևավորվեցին գիտական ​​նոր առարկաներ՝ ֆիզիկական և քիմիական անալիզ, բարդ միացությունների քիմիա, ոչ ջրային լուծույթների էլեկտրաքիմիա։ Այժմ այս տեսությունը ընդհանուր առմամբ ընդունված է։

Լուծումների քիմիական տեսության զարգացման գործում նշանակալի ներդրում են ունեցել հայտնի ռուս գիտնականներ Դ.Պ. Կոնովալով, 1.0. Կաբլուկով, Մ.Ս. Կուռնակովը։

Լուծումները փոփոխական կազմի միաֆազ համակարգեր են, որոնք բաղկացած են մի քանի բաղադրիչներից, որոնցից մեկը լուծիչ է, իսկ մյուսները՝ լուծվող նյութեր։ Այն փաստը, որ լուծույթները միաֆազ համակարգեր են, դրանք նմանեցնում է քիմիական միացություններին, իսկ այն, որ դրանք փոփոխական կազմի համակարգեր են, դրանք նմանեցնում է մեխանիկական խառնուրդներին: Հետևաբար, ենթադրվում է, որ լուծումներն ունեն երկակի բնույթ՝ մի կողմից նման են քիմիական միացություններին, իսկ մյուս կողմից՝ մեխանիկական խառնուրդներին։

Լուծումը ֆիզիկական և քիմիական գործընթաց է: Ֆիզիկական երևույթի ժամանակ բյուրեղային ցանցը քայքայվում է և տեղի է ունենում լուծված նյութի մոլեկուլների դիֆուզիա։ Քիմիական երևույթի դեպքում տարրալուծման գործընթացը ներառում է լուծվող նյութի մոլեկուլները, որոնք փոխազդում են լուծիչի մոլեկուլների հետ:

Տարրալուծման գործընթացը ուղեկցվում է ջերմության արտազատմամբ կամ կլանմամբ։ Այս ջերմությունը մեկ մոլ նյութի համար կոչվում է լուծույթի ջերմային ազդեցություն՝ Qp:

• Տարրալուծման ընդհանուր ջերմային ազդեցությունը կախված է ջերմային ազդեցություններից.
• ա) ոչնչացում բյուրեղյա վանդակ(գործընթացը միշտ ներառում է էներգիայի սպառում - Q 1);
• բ) լուծված նյութի դիֆուզիան լուծիչում (էներգիայի սպառում - Q 2);
• գ) խոնավացում (ջերմային արտազատում, +Q 3, քանի որ հիդրատները ձևավորվում են թույլ քիմիական կապի ձևավորման շնորհիվ, որը միշտ ուղեկցվում է էներգիայի արտազատմամբ):

Qp տարրալուծման ընդհանուր ջերմային ազդեցությունը հավասար կլինի անվանված ջերմային էֆեկտների գումարին. Qp = (-Q 1 ) + (- Q 2 ) + (+Q 3 ); եթե Q 1 > Q 3 > ապա տարրալուծումը տեղի է ունենում ջերմության կլանմամբ, այսինքն՝ գործընթացը էնդոթերմիկ է, եթե Q 1< Q 3 , то растворение идет с выделением теплоты, то есть процесс экзотермический. Например, растворение NaCl, KN0 3 , NH 4 CNS идет с поглощением теплоты, растворение NaOH, H 2 S0 4 - с выделением теплоты.

Առաջադրանք.

Ինչու՞ է լուծույթի ջերմաստիճանը նվազում, երբ նատրիումի քլորիդը լուծվում է ջրի մեջ, իսկ ծծմբաթթվի լուծվելիս՝ բարձրանում է:

Պատասխանել.

Երբ նատրիումի քլորիդը լուծվում է, բյուրեղային ցանցը քայքայվում է, ինչը ուղեկցվում է էներգիայի սպառմամբ: Դիֆուզիայի գործընթացը պահանջում է փոքր քանակությամբ էներգիա: Իոնների խոնավացումը միշտ ուղեկցվում է էներգիայի արտազատմամբ։ Հետևաբար, եթե տարրալուծման ընթացքում ջերմաստիճանը նվազում է, ապա բյուրեղային ցանցը ոչնչացնելու համար պահանջվող էներգիան ավելի մեծ է դառնում, քան խոնավացման ժամանակ թողարկված էներգիան, և լուծույթն ամբողջությամբ սառչում է։լուծողական միջավայրում բաշխվելու նրա ունակությունն է: Որոշվում է լուծելիությունը (կամ լուծելիության գործակիցը): առավելագույն թիվըգրամ նյութ, որը կարող է լուծվել 100 գրամ լուծիչի մեջ տվյալ ջերմաստիճանում։

Պինդ նյութերի մեծ մասի լուծելիությունը մեծանում է տաքացման հետ: Կան բացառություններ, այսինքն՝ նյութեր, որոնց լուծելիությունը քիչ է փոխվում ջերմաստիճանի բարձրացման հետ (NaCl) կամ նույնիսկ նվազում է (Ca(OH) 2):

Ջրում գազերի լուծելիությունը տաքացման հետ նվազում է, իսկ ճնշման ավելացմանը զուգահեռ՝ մեծանում։

Նյութերի լուծելիությունը կապված է լուծվող նյութի բնույթի հետ։ Բևեռային և իոնային միացությունները սովորաբար լավ են լուծվում բևեռային լուծիչներում, մինչդեռ ոչ բևեռային միացությունները լավ են լուծվում ոչ բևեռային լուծիչների մեջ: Այսպիսով, ջրածնի քլորիդը և ամոնիակը շատ լուծելի են ջրում, մինչդեռ ջրածինը, քլորը և ազոտը շատ ավելի քիչ են լուծվում ջրում։

Տարրալուծման էնտրոպիայի փոփոխության նշան (Դ Ս o տարրալուծում) կախված է լուծարումից առաջ և հետո համակարգում կարգի փոփոխության աստիճանից: Երբ գազերը հեղուկում լուծվում են, համակարգի էնտրոպիան նվազում է, իսկ էնթալպիան մեծանում է, ուստի գազերի տարրալուծումը նվազում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ:

Տարրալուծման ընթացքում համակարգի էթալպիայի փոփոխության նշանը (Դ Ն o տարրալուծում) որոշվում է տարրալուծմանը ուղեկցող բոլոր գործընթացների ջերմային ազդեցությունների հանրագումարով: Երբ պինդ նյութը լուծվում է, դրա բյուրեղային ցանցը քայքայվում է, և նյութի մասնիկները հավասարաչափ բաշխվում են լուծույթի ողջ ծավալով։ Այս գործընթացը էներգիա է պահանջում, հետևաբար, Դ Ն o cr > 0. Միևնույն ժամանակ, ջրի հետ լուծված նյութի մասնիկների փոխազդեցության պրոցեսը տեղի է ունենում հիդրատների առաջացմամբ, որն ուղեկցվում է ջերմության արտազատմամբ (D. Նհիդրի մասին< 0).

Պինդ լուծարման ընդհանուր ջերմային ազդեցությունը (D Ն o լուծվել) որոշվում է այս գործընթացների ջերմային ազդեցությունների հարաբերակցությամբ և կարող է լինել կամ դրական կամ բացասական, կամ հավասար լինել զրոյի, ինչպես, երբ շաքարը լուծվում է ջրի մեջ:

Հեղուկների և գազերի տարրալուծումը շատ դեպքերում ուղեկցվում է փոքր քանակությամբ ջերմության արտազատմամբ և, ըստ Լե Շատելիեի սկզբունքի, ջերմաստիճանի նվազման հետ նրանց լուծելիությունը նվազում է։

Լուծելիություն

Նյութի լուծույթ պատրաստելիս լուծված նյութի մոլեկուլները շարունակաբար անցնում են լուծույթի մեջ և, դիֆուզիայի շնորհիվ, հավասարաչափ բաշխվում են լուծիչի ողջ ծավալով։ Լուծված նյութի մոլեկուլները, որոնք անցել են լուծույթ, հարվածելով դեռևս չլուծված նյութի մակերեսին, կրկին մտնում են դրա բաղադրության մեջ։ Քանի որ լուծույթի կոնցենտրացիան մեծանում է, պինդ ձևավորման արագությունը մեծանում է: Երբ այս գործընթացների արագությունները հավասար են, համակարգում հավասարակշռություն է հաստատվում (Դ Գ o աճ =0):

չլուծված նյութ «նյութ լուծույթում»

այս դեպքում լուծված նյութի մոլեկուլների թիվը, որը մտնում և դուրս է գալիս լուծույթ մեկ միավոր ժամանակում, դառնում է հավասար:

Առավելագույն կոնցենտրացիայի լուծույթը, որը տվյալ ջերմաստիճանում կարող է անորոշ ժամանակ մնալ հավասարակշռության մեջ լուծված նյութի ավելցուկի հետ, կոչվում է. հարուստ.

Հագեցած լուծույթի կոնցենտրացիան կոչվում է լուծելիություն.

Լուծելիությունը արտահայտվում է 100 գրամ լուծույթում պարունակվող լուծվող նյութի գրամների քանակով կամ 1 լիտր լուծույթում պարունակվող լուծույթի մոլերի քանակով։

Այն լուծույթը, որի կոնցենտրացիան տվյալ ջերմաստիճանում ավելի քիչ է, քան հագեցածը կոչվում է չհագեցած .

Պինդ նյութերի (օրինակ՝ աղերի) լուծելիությունը, որպես կանոն, նվազում է ջերմաստիճանի նվազման հետ։ Եթե ​​դուք դանդաղ սառչում եք հագեցած լուծույթ, կարող եք ստանալ գերհագեցած լուծում, այսինքն. լուծույթ, որի կոնցենտրացիան ավելի մեծ է, քան տվյալ ջերմաստիճանում նյութի լուծելիությունը։ Գերհագեցած լուծույթներն անկայուն են (D Գ o բարձրանալ >0) և ինքնաբերաբար կամ արտաքին ազդեցության տակ (ցնցում, բյուրեղների ավելացում) անցնում է հավասարակշռության վիճակի (D. Գ o աճ =0): Այս դեպքում լուծված նյութի ավելցուկը նստում է:

Լուծումների համակենտրոնացում

Լուծման կոնցենտրացիանլուծույթի կամ լուծույթի որոշակի քանակի կամ ծավալի մեջ պարունակվող լուծված նյութի քանակությունն է։

Քիմիայում առավել հաճախ օգտագործվում են կոնցենտրացիայի արտահայտման հետևյալ մեթոդները.

Տոկոսային կոնցենտրացիան.Ցույց է տալիս 100 գ լուծույթում պարունակվող լուծված նյութի գրամների քանակը։ Օրինակ, 15% ջրի լուծույթաղը լուծույթ է, որից 100 գ պարունակում է 15 գ աղ և 85 գ ջուր։

Մոլային կոնցենտրացիան (մոլարիականություն):Ցույց է տալիս 1 լիտր լուծույթում պարունակվող լուծված նյութի մոլերի քանակը, որը նշվում է մոլ/լ կամ քառակուսի փակագծերում փակցված նյութի բանաձևով։ Օրինակ՝ =2 մոլ/լ լուծույթ է, որը պարունակում է 2 մոլ (կամ 80 գ) նատրիումի հիդրօքսիդ մեկ լիտր լուծույթում։

Համարժեքների մոլային կոնցենտրացիան:Ցույց է տալիս 1 լիտր լուծույթում պարունակվող լուծված նյութերի համարժեքների մոլերի քանակը՝ նշանակված ՀԵՏհավասար. Օրինակ, ՀԵՏ eq H 2 SO 4 =0,1 մոլ eq/l - սա H 2 SO 4-ի լուծույթ է, որը պարունակում է 0,1 մոլ համարժեք ծծմբաթթվի (կամ 4,9 գ) 1 լիտր լուծույթում:

Համարժեք(նշվում է տառով Ե) նյութի իրական կամ մտացածին մասնիկ է, որը կարող է փոխարինել, ավելացնել, ազատել կամ այլ կերպ համարժեք լինել մեկ ջրածնի իոնին թթու-բազային կամ իոնափոխանակման ռեակցիաներում կամ մեկ էլեկտրոնի ռեդոքս ռեակցիաներում։

Թթվի համարժեքհավասար է թթվի մոլային զանգվածին, որը բաժանվում է նրա հիմնականության վրա, այսինքն. թթվի մոլեկուլում ջրածնի ատոմների քանակի վրա, որը կարող է փոխարինվել մետաղով։

Բազային համարժեքհավասար է հիմքի մոլային զանգվածին, որը բաժանվում է մետաղի վալենտության վրա:

Օքսիդային համարժեքհավասար է օքսիդի մոլային զանգվածին, որը բաժանվում է մոլեկուլը կազմող տարրի ատոմների քանակի և այս տարրի վալենտության արտադրյալին։

Աղի համարժեքհավասար է աղի մոլային զանգվածին, որը բաժանվում է մետաղի վալենտության արտադրյալի և նրա մոլեկուլում մետաղի ատոմների քանակի վրա։

Օրինակ:

մոլի հավասար. H 2 SO 4 (M=98 գ/մոլ) հավասար է

մոլի հավասար. Ca(OH) 2 (M=74 գ/մոլ) հավասար է

մոլի հավասար. Al 2 O 3 (M=102 գ/մոլ) հավասար է

մոլի հավասար. Al 2 (SO 4) 3 (M=342 գ/մոլ) հավասար է

Լուծված նյութերի միջև ռեակցիաներ իրականացնելիս լայնորեն կիրառվում են մոլային կոնցենտրացիաների համարժեք լուծույթներ։ Օգտագործելով այս կոնցենտրացիան, հեշտ է նախապես հաշվարկել, թե ծավալային ինչ հարաբերակցությամբ պետք է խառնվեն լուծված նյութերը, որպեսզի նրանք արձագանքեն առանց մնացորդ թողնելու։ Համարժեքների օրենքի համաձայն փոխազդող նյութերի քանակները համաչափ են իրենց համարժեքներին :

Հետևաբար, ռեակցիայի համար միշտ անհրաժեշտ է վերցնել լուծույթների այնպիսի ծավալներ, որոնք կպարունակեն լուծված նյութերի համարժեք մոլերի նույն քանակությունը։ Լուծումների միևնույն մոլային կոնցենտրացիայի դեպքում արձագանքող նյութերի ծավալները համաչափ են դրանց ՀԵՏհավասար. Եթե ​​ռեակցիայի վրա ծախսված լուծույթների ծավալները նշանակվում են Վ 1 և Վ 2, և դրանց համարժեքների մոլային կոնցենտրացիաներն են ՀԵՏհավասար.1 և ՀԵՏհավասարում.2, ապա այդ մեծությունների միջև կապը կարտահայտվի հարաբերությամբ.

դրանք. ռեակտիվների ծավալները հակադարձ համեմատական ​​են դրանց համարժեքների մոլային կոնցենտրացիաներին.

Ելնելով այս կախվածություններից՝ հնարավոր է ոչ միայն հաշվել ռեակցիաների համար անհրաժեշտ լուծույթների ծավալները, այլև գտնել դրանց կոնցենտրացիաները՝ հիմնվելով ռեակցիայի վրա ծախսված լուծույթների ծավալների վրա։

Տիտր. Ցույց է տալիս 1 մլ լուծույթում պարունակվող լուծված նյութի գրամների քանակը։ Նշվում է Տ տառով։

Իմանալով լուծույթի տիտրը՝ հեշտ է հաշվարկել դրա համարժեքի մոլային կոնցենտրացիան և հակառակը.

Մոլալի կոնցենտրացիան (մոլալություն):Ցույց է տալիս 1000 գ լուծիչում պարունակվող լուծվող նյութի մոլերի թիվը՝ նշված ՀԵՏմ:

,

(5.3)

Որտեղ մ- լուծված նյութի քանակը, – լուծիչի քանակը, գ; Մ– լուծված նյութի մոլային զանգված, գ/մոլ.

Ռաուլի օրենքները

Յուրաքանչյուր հեղուկ տվյալ ջերմաստիճանում համապատասխանում է որոշակի հագեցած գոլորշու ճնշման r 0.Քանի որ ջերմաստիճանը բարձրանում է p 0ավելանում է. Երբ որևէ ոչ ցնդող նյութ լուծվում է հեղուկի մեջ, լուծույթի վերևում գտնվող լուծիչի հագեցած գոլորշու ճնշումը նույն ջերմաստիճանում դառնում է ավելի ցածր, քան մաքուր լուծիչից բարձր: Ընդ որում, ճնշման նվազումը համաչափ է լուծույթի կոնցենտրացիայի հետ։

Լուծույթի վերևում լուծիչի հագեցած գոլորշու ճնշման հարաբերական նվազումը հավասար է լուծվող նյութի մոլային բաժնին (Ռաուլտի օրենք).

(5.4)

Որտեղ էջ 0 - հագեցած գոլորշու ճնշում մաքուր լուծիչի վրա;

էջ– լուծույթի վերևում լուծիչի հագեցած գոլորշու ճնշումը. Ն– լուծված նյութի մոլային բաժին. n 1– լուծված նյութի մոլերի քանակը. n 2- լուծիչի մոլերի քանակը.

Խլուրդային բաժին (N i) հավասար է տվյալ նյութի մոլերի քանակի հարաբերությանը ( n i)լուծույթում բոլոր նյութերի (ներառյալ լուծիչի) մոլերի քանակի գումարին.

Չցնդող նյութի լուծույթի վրա լուծիչի հագեցած գոլորշու ճնշման նվազումը հանգեցնում է եռման կետի բարձրացման և լուծույթի սառեցման կետի նվազման՝ համեմատած մաքուր լուծիչի:

Ռաուլտի օրենքի համաձայն՝ ջրային լուծույթի վերևում ջրի գոլորշու ճնշումն ավելի ցածր է, քան ջրի վրա։

Հեղուկ եռման կետ Տ kip-ը այն ջերմաստիճանն է, որով հագեցած գոլորշիների ճնշումը հասնում է դրան մթնոլորտային ճնշում; ջրի համար 100°C է (101,3 կՊա կամ 1,013∙10 5 Ն/մ 2 ճնշման դեպքում): Քանի որ լուծույթի վերևում գտնվող լուծիչի հագեցած գոլորշու ճնշումը ավելի ցածր է, որպեսզի լուծումը եռա, այն պետք է տաքացվի մաքուր լուծիչից ավելի բարձր ջերմաստիճանի:

Ռաուլի օրենքի հետևանքները

1. Ոչ էլեկտրոլիտային լուծույթի DT-ի սառեցման կետի նվազումը և DT-ի եռման կետի բարձրացումը ուղիղ համեմատական ​​են տվյալ քանակի լուծիչում լուծված նյութի քանակին:

2. Հավասարաչափ (այսինքն՝ պարունակող նույն քանակությամբ մոլ նյութերի համարժեքներ) լուծված նյութերի քանակները, լուծված լինելով տվյալ լուծիչի նույն քանակության մեջ, հավասարապես իջեցնում են նրա սառեցման կետը և հավասարապես մեծացնում եռման կետը։

Սառեցման կետի նվազումը, որն առաջանում է 1000 գ լուծիչում մեկ մոլ նյութի լուծարման հետևանքով, հաստատուն արժեք է տվյալ լուծիչի համար։ Այն կոչվում է կրիոսկոպիկ հաստատուն ԿԴեպիվճարունակ. Նույն կերպ կոչվում է 1000 գ լուծիչում մեկ մոլ նյութի լուծարման հետևանքով եռման կետի բարձրացումը. էբուլիոսկոպիկ հաստատուն Կհավճարունակ. Կրիոսկոպիկ և էբուլյոսկոպիկ հաստատունները կախված են միայն լուծիչի բնույթից։

Աշխատանքի նպատակը - ջրի մեջ աղի լուծարման գործընթացի ջերմային ազդեցության և չեզոքացման ռեակցիայի ջերմության որոշումը՝ օգտագործելով իզոթերմային թաղանթով կալորիմետր:

Ինչ վերաբերում է ուսումնասիրվող գործընթացներին, ապա պետք է նկատի ունենալ հետևյալը՝ քիմիական ռեակցիաները, ի տարբերություն փուլային փոխակերպումների, ուղեկցվում են համակարգում առկա նյութերի բաղադրության փոփոխությամբ։ Տարրալուծման գործընթացները նրանց միջև միջանկյալ դիրք են զբաղեցնում։ Այս գործընթացները, եթե չգիտես դրանց բնույթը, դժվար է բացատրել: Օրինակ, նատրիումի քլորիդի բյուրեղները առանձին իոնների մեջ ոչնչացնելու համար անհրաժեշտ է ծախսել բավականին զգալի էներգիա (ΔE cr).

NaCl պինդ → Na + գազ + Cl – գազ; DН° ոչնչացում = +777,26 կՋ/մոլ: (18)

Համաձայն ջերմաքիմիայի առաջին օրենքի՝ իոններից բյուրեղների առաջացման հակառակ պրոցեսը կլինի էկզոթերմ, այսինքն՝ DН° պատկեր = – 777,26 կՋ/մոլ։

Միևնույն ժամանակ, երբ նատրիումի քլորիդը փոխազդում է ջրի հետ, տեղի է ունենում Na + և Cl – իոնների բևեռային ջրի մոլեկուլների միացման գործընթացը, որը համարվում է իոնային խոնավացման գործընթաց .

Աղյուսակ 11-ում ներկայացված են Eb կապի էներգիայի արժեքները որոշ նյութերում և հիդրիդային իոնների DН° հիդրացիայի էթալպիաները ստանդարտ պայմաններում:

Արդյունքում, իոնային միացությունների տարրալուծման գործընթացները համարվում են սովորական քիմիական ռեակցիաներ և հստակ բնութագրվում են ջերմային ազդեցություններով։ Դրանք գտնելու համար անհրաժեշտ է կամ կատարել փորձարարական ուսումնասիրություն, օրինակ՝ կալորիմետրիկ, կամ օգտագործել տարրալուծման գործընթացում ներգրավված բոլոր հիդրացված իոնների և միացությունների առաջացման ջերմության աղյուսակային արժեքները:

Որպես կանոն, լուծույթի ջերմությունը կոչվում է նյութի մեկ մոլի լուծարում: Ենթադրվում է, որ առաջանում է անսահման նոսր լուծույթ։ Արդյունքում տարրալուծման մեխանիզմը ներկայացվում է որպես լուծիչի ազդեցության տակ նյութի բյուրեղային ցանցի քայքայման գործընթաց (էնդոթերմիկ էֆեկտ) և որպես ստացված իոնների խոնավացման գործընթաց (էկզոթերմիկ էֆեկտ)։ Ընդհանուր ջերմային ազդեցությունը որոշվում է հենց այս գործընթացներով:

Աղյուսակ 11.

Օգտագործելով ջերմաքիմիայի երկրորդ օրենքի առաջին հետևանքը, մենք կարող ենք հաշվարկել ըստ աղյուսակ 11-ում առկաների: Սրանք այդ նյութերի տարրալուծման ջերմային ազդեցություններն են, ինչպես նաև թթվի չեզոքացման ջերմությունը ալկալիով։

Օրինակ՝ ջրի մեջ բյուրեղային նատրիումի քլորիդի լուծարման էթալպիան հայտնաբերվում է հավասարմամբ.

NaCl հեռուստացույց ջրային→ Na + aq + Сl – aq , (19)

DН° p ast. = DН° հիդր (Na + aq) + DН° հիդր (Cl – aq) – = (20)

420.1 - 353.7 - (- 777.3) = + 3.5 կՋ / մոլ.

Ջերմային ազդեցության դրական նշանը ցույց է տալիս, որ տարրալուծման գործընթացը տեղի է ունենում ջերմության կլանմամբ, և լուծույթի ջերմաստիճանը պետք է նվազի:

Չեզոքացման ռեակցիայի ջերմությունը այն ջերմության քանակն է, որն ազատվում է, երբ ուժեղ թթվի 1 համարժեքը փոխազդում է ուժեղ հիմքի 1 համարժեքի հետ։ Սա արտադրում է 1 համարժեք հեղուկ ջուր:

Պարզվել է, որ նոսր լուծույթների դեպքում ուժեղ հիմքերի (օրինակ՝ NaOH և KOH) ռեակցիաների ջերմությունը ուժեղ թթուների հետ (օրինակ՝ HCl կամ H 2 SO 4) կախված չէ թթվի բնույթից և հիմք. Չեզոքացման ջերմության այս կայունությունը բացատրվում է ուժեղ թթուների և հիմքերի իոնների, ինչպես նաև չեզոքացման ռեակցիայի արդյունքում առաջացած աղերի գրեթե ամբողջական տարանջատմամբ։ Ուստի ուժեղ թթվի և ամուր հիմքի նոսր լուծույթները խառնելիս միայն մեկ քիմիական ռեակցիա, այն է՝ հիդրոնիումի H 3 O + aq և հիդրոքսիլ OH – a q հիդրացված իոնների միջև:

1/2 H 3 O + aq + 1/2 OH – a q → H 2 O հեղուկ, (21)

DН° չեզոք = DН° պատկեր (Н–ОН) – (1/2)

= – 459,8 – (1/2) · (– 477,8 –– 330,0) = – 55,9 կՋ/մոլ. (22)

Բացասական նշանՋերմային էֆեկտը ցույց է տալիս, որ չեզոքացման ռեակցիան ընթանում է ջերմության արտազատմամբ, և լուծույթի ջերմաստիճանը պետք է բարձրանա:

Ջերմաքիմիական հաշվարկների համար անհրաժեշտ է, որ բոլոր ջերմային ազդեցությունները վերագրվեն ռեակտիվներին և արտադրանքներին ստանդարտ վիճակում: Նյութի ստանդարտ վիճակը տերմոդինամիկորեն ամենակայուն ձևն է 1 ատմ ճնշման և 298,15 Կ ջերմաստիճանի դեպքում։

Ձևավորման ստանդարտ ջերմություն DH° f-ն ստանդարտ պայմաններում պարզ նյութերից ցանկացած նյութի 1 մոլի առաջացման ջերմային ազդեցությունն է։

Այս առումով պարզ նյութերի առաջացման ջերմությունը զրոյական է, քանի որ դրանք համապատասխանում են ռեակցիաներին

Այնուամենայնիվ, ռեակցիաների ջերմությունները

հավասար չեն զրոյի, քանի որ դրանք պրոցեսների ջերմություն են՝ ագրեգատային փոխակերպում (ա), պոլիմորֆ փոխակերպում (բ), դիսոցացիա (գ):

Ջրային լուծույթում իոնի առաջացման ստանդարտ ջերմությունՀիդրացված իոնի մեկ մոլի առաջացման ջերմությունն է լուծույթում, որի մոլային կոնցենտրացիան հավասար է պարզ նյութերից ստանդարտ պայմաններում: Այս դեպքում ջրածնի իոնի առաջացման ջերմությունը պայմանականորեն ենթադրվում է զրո:

C (գրաֆիտ) + 3/2O 2 (գազ) + aq + 2e → CO 3 2- aq, ΔH f (CO 3 2- aq)

Ստանդարտ ջերմային արժեքDН° այրում. 1 մոլի այրման ջերմությունն է օրգանական միացությունստանդարտ պայմաններում մինչև CO 2, H 2 O, SO 2, N 2: Եթե ​​CO 2-ից և H 2 O-ից բացի, այրման այլ արտադրանքներ կան, դա հատուկ նշվում է յուրաքանչյուր ռեակցիայում: Օրինակ:

Ջրածնի և ածխածնի այրման ջերմությունները համընկնում են H 2 O և CO 2 ձևավորման ջերմությունների հետ, քանի որ դրանք ռեակցիաների ջերմային ազդեցություններն են:

Ֆազային փոփոխությունների ստանդարտ ջերմություն P = 1 ատմ անցումային ջերմաստիճանում 1 մոլ նյութի փոխակերպման ջերմությունն է: Սա ներառում է հալման, գոլորշիացման, սուբլիմացիայի և պոլիմորֆ փոխակերպումների ջերմությունները:

Լուծման ամբողջական ջերմություն DH m-ը տարրալուծման ջերմային ազդեցությունն է՝ լուծված նյութի 1 մոլում որոշակի կոնցենտրացիայի լուծույթի առաջացմամբ։

Գազերի տարրալուծման ջերմությունը սովորաբար մոտ է դրանց խտացման ջերմությանը, իսկ ատոմային կամ մոլեկուլային բյուրեղային ցանցով պինդ մարմիններինը մոտ է միաձուլման ջերմությանը։

Էլեկտրոլիտների տարրալուծման ժամանակ տեղի են ունենում ավելի բարդ գործընթացներ։ Էլեկտրոլիտների տարրալուծման ջերմությունը երկու հիմնական ջերմային էֆեկտների հանրահաշվական գումարն է. յուրաքանչյուր իոնի լուծույթը (հիդրացումը) լուծիչի մոլեկուլներով։ Երկու ազդեցությունն էլ հասնում է հարյուրավոր կիլոգրամի մեկ մոլի վրա: Նրանց հանրահաշվական գումարը՝ լուծման դիտարկված ջերմությունը, միավորների և տասնյակ կիլոգրամների կարգի է։ Ընդհանուր ազդեցության նշանը կախված է նրանից, թե տերմիններից որն է ավելի մեծ բացարձակ արժեքով։

Հիդրատի ձևավորման ջերմությունայն ջերմությունն է, որն արձակվում է, երբ բյուրեղացման ջուրը ավելացվում է մեկ մոլ անջուր աղին: Որոշվում է անջուր աղի և բյուրեղային հիդրատի լուծարման ինտեգրալ ջերմություններից այնպիսի քանակությամբ ջրի մեջ, որ ստացված լուծույթն ունի նույն կոնցենտրացիան։ Օրինակ, դուք կարող եք ստանալ MgCl 2 ջրային լուծույթ երկու եղանակով.

1 - լուծարող անջուր աղ MgCl 2

2 - բյուրեղային հիդրատ MgCl 2 6H 2 0 ջրի մեջ լուծելով, որը նախկինում ստացվել է MgCl 2-ից և ջրից:

Այս դիագրամից, Հեսսի օրենքի համաձայն, կարելի է ստանալ հիդրատի ձևավորման ջերմությունը.

DH hydr = DH m (MgCl 2) - DH m (MgCl 2. 6H 2 0)

Չեզոքացման ջերմություն. Փորձը ցույց է տալիս, որ նոսր լուծույթների դեպքում ուժեղ հիմքով (NaOH, KOH) ուժեղ թթվի (HC1, H 2 S0 4 և այլն) մոլային զանգվածի համարժեքի չեզոքացման ռեակցիայի ջերմությունը կախված չէ. թթվի կամ հիմքի բնույթը. Դա պայմանավորված է նրանով, որ տեղի է ունենում միայն մեկ քիմիական ռեակցիա

DH չեզոք = -55,9 կՋ/մոլ

Թույլ թթվի կամ հիմքի նոսր լուծույթը չեզոքացնելիս չեզոքացման դիտվող ջերմությունը կարող է լինել ավելի քիչ կամ ավելի տարանջատման ջերմության պատճառով: Դիսոցացիայի ջերմությունը բաղկացած է մոլեկուլի իոնների տարրալուծման ժամանակ կլանված ջերմությունից և լուծիչի մոլեկուլների կողմից իոնների հիդրացիայի (լուծման) ջերմությունից և, հետևաբար, կարող է լինել դրական կամ բացասական: Այսպիսով, թույլ թթուների և հիմքերի չեզոքացման ջերմությունն է

DH չեզոք = - 55,9 + DN դիսս.

Հեսսի օրենքը

Գ.Ի. Հեսսը 1836 թվականին, նույնիսկ նախքան թերմոդինամիկայի սկիզբը ձևակերպելը (1842 թ.), փորձնականորեն հայտնաբերեց ջերմաքիմիայի հիմնական օրենքը.

«Ռեակցիայի ջերմային ազդեցությունը կախված չէ միջանկյալ փուլերից, այլ որոշվում է միայն համակարգի սկզբնական և վերջնական վիճակով»։

Այս դեպքում գործընթացը պետք է ընթանա թերմոդինամիկորեն անշրջելիորեն, և ստացված արտադրանքները պետք է ունենան նույն ջերմաստիճանը, ինչ ելակետային նյութերը: