Поверхневі явища
Гідрати і сольвати.
При розчиненні багатьох речовин їх молекули або іони зв'язуються з молекулами розчинника, утворюючи з'єднання, звані сольватамі (від латинського solvere - розчиняти). Цей процес називається сольватацией.
В окремому випадку, коли розчинником є вода. ці сполуки називаються гідратами. а самий процес їх утворення - гідратацією.
Залежно від природи розчиненої речовини, сольвати можуть утворюватися різними шляхами.
1. При розчиненні речовин з іонним структурою молекули розчинника утримуються близько іона силами електростатичного притягання. У цьому випадку говорять про іон-дипольні взаємодії.
2. Може мати місце донорно-акцепторна взаємодія. Тут іони розчиненої речовини зазвичай виступають в якості акцепторів, а молекули розчинника - як донорів електронних пар. У такій взаємодії можуть брати участь розчинники, молекули яких мають неподіленими електронними парами (наприклад, вода, аміак).
3. При розчиненні речовин з молекулярною структурою сольвати утворюються внаслідок диполь-дипольного взаємодії. Диполі розчиненого вщества можуть бути при цьому постійними (у речовин з полярними молекулами) або наведеними (у речовин з неполярними молекулами).
кристалогідрати
Речовини, в кристали яких входять молекули води, називаються кристалогідрату. а що міститься в них вода - кристаллизационной.
Склад кристаллогидратов прийнято зображати формулами, які показують, яка кількість кристалізаційної води містить кристаллогидрат.
- кристаллогидрат сульфату міді (мідний купорос), що містить одну грам-молекулу CuSO4 і п'ять грам-молекул води, зображується формулою CuSO4 · 5 H2 O;
- кристаллогидрат сульфату натрію (глауберової сіль) зображується формулою Na2 SO4 · 10H2 O.
- Алюмокалієві галун можуть зображуватися формулою: K2 SO4 · Al2 (SO4) 3 · 24H2 O або після скорочення на два: KAl (SO4) 2 · 12H2 O
властивості гідратів
Гідрати. як правило, нестійкі з'єднання, у багатьох випадках розкладаються вже при випаровуванні розчинів.
Але іноді гідрати настільки міцні, що при виділенні розчиненої речовини з розчину вода входить до складу його кристалів.
Міцність зв'язку між речовиною і кристаллизационной водою в кристалогідратів різна. Багато з них втрачають кристалізаційну воду вже при кімнатній температурі.
Так, прозорі кристали «білизняний» соди (Na2 СO3 · 10H2 O), якщо залишити їх лежати на повітрі, дуже легко «вивітрюються», тобто втрачаючи воду, стає тьмяним і поступово розсипаються в порошок. Для зневоднення інших кристаллогидратов потрібно досить сильне нагрівання.
Теплові ефекти розчинення і гідратації
Кількість теплоти, що поглинається (або виділяється) при розчиненні однієї грам-молекули речовини, називається теплотою розчинення цієї речовини.
Теплота розчинення має від'ємне значення, якщо при розчиненні теплота поглинається, і позитивне - при виділенні теплоти. Наприклад, теплота розчинення нітрату амонію дорівнює -6,32 ккал / моль. гидрооксида калію +13,3 ккал / моль.
Процес розчинення супроводжується значним зростанням ентропії системи, так як в результаті рівномірного розподілу часток однієї речовини в іншому різко зростає число микросостояний системи. Тому, незважаючи на ендотермічну розчинення більшості кристалів, зміна ізобарного потенціалу системи негативно і розчинення протікає мимовільно.
При розчиненні кристалів відбувається їх руйнування і розподіл молекул (або іонів) по всій масі розчинника, що вимагає витрати енергії. Тому розчинення повинно супроводжуватися поглинанням теплоти. Якщо ж спостерігається зворотний ефект, то це показує, що одночасно з розчиненням йде інший процес.
Процес утворення гідратів протікає з виділенням теплоти. При розчиненні речовини, що піддається гідратації, загальний тепловий ефект складається їх теплового ефекту власне розчинення і теплового ефекту гідратації.
Оскільки перший з цих процесів ендотермічен, а другий екзотермічен, то загальний тепловий ефект процесу розчинення, рівний сумі алгебри окремих процесів, може бути як позитивним, так і негативним.