Физико химическая теория растворов д и менделеева. Физико-химическая теория растворов электролитов и неэлектролитов. Основные способы выражения концентрации растворов

конце XIX века растворы считались физическими образованиями, в которых отсутствуют какие-либо взаимодействия между растворителем и растворенным веществом. Образование раствора объяснялось диспергированием частиц растворенного вещества в индифферентной среде растворителя. Основоположниками этих взглядов были такие известные ученые, как Я. Вант-Гофф, С. Арре-ниус и В. Оствальд. В 1887 году великий русский химик Д. И. Менделеев, опираясь на многочисленные экспериментальные данные, создал химическую (гидратную) теорию растворов. Основой этой теории была идея о химическом характере растворения. В растворе образуются соединения между растворенным веществом и растворителем, изменяющие свой состав с изменением температуры и концентрации. Эти соединения были названы Д. И. Менделеевым гидратами, или - сольватами. Образующиеся гидраты имеют различную прочность. Большинство из них неустойчиво и существует только в растворах. Однако некоторая часть гидратов является настолько прочными соединениями, что при выделении растворенного вещества из раствора вода входит в состав растущего кристалла в химически связанном виде. Такие кристаллы были названы кристаллогидратами, а входящая в их состав вода - кристаллизационной. Примерами кристаллогидратов являются CuS04 5Н20; Na2S04 ЮН20 и др. Прочность образующихся соединений определяется силами, действующими между растворителем и растворенным веществом. В настоящее время известна природа этих сил. СольватЫ (гидраты) образуются за счет ион-дипольного, диполь-ди-польного, донорно-акцепторного взаимодействия, за счет водородных связей, а также дисперсионного взаимодействия. Менделеев не отрицал роль физического фактора при образовании растворов. Он писал: «Две указанные стороны растворения (физическая и химическая) и гипотезы, до сих пор приложенные к рассмотрению растворов, хотя имеют отчасти различные исходные точки, со временем приведут к общей теории растворов, потому что одни общие законы управляют как физическими, так и химическими явлениями». Взгляды Д. И. Менделеева полностью подтвердились. В настоящее время процесс растворения рассматривают как физико-химический процесс, а растворы - как физико-химические системы. Химическая теория растворов Д. И. Менделеева позволяла объяснить наличие тепловых эффектов, возникающих при процессах растворения веществ. Тепловой эффект процесса растворения (ДНраств) можно представить в виде суммы теплоты, необходимой для разрушения кристаллической решетки вещества (ДНре1:1) и теплоты, выделяющейся в процессе сольватации (ДНсольват), т. е. AHp^ является значительной эндотермической величиной, а ДНС0ЛЬВ близкая к ней по значению экзотермическая величина. Исходя из этого, конечный знак теплового эффекта процесса растворения будет определяться величиной вклада каждого из этих параметров. При растворения эндотермичен. Это можно наблюдать, например, при растворении в воде нитратов калия и аммония, хлорида калия и др. При процесс растворения экзотермичен. Примером этого является растворение в воде хлоридов кальция и магния, гидроксидов натрия и калия и др. Итак, знак теплового эффекта определяется природой растворенного вещества и растворителя, глубиной их взаимодействия между собой. Наличием химического взаимодействия между компонентами объясняются и объемные эффекты при растворении. Так, при растворении 1 л этилового спирта в 1 л воды объем образующегося раствора оказывается равным не 2 л, а 1,93 л. В этом случае уменьшение объема обусловлено, в основном, образованием водородных связей между гидроксильными группами воды и спирта.

Дополнительный материал по теме: «Физическая теория растворов. Химическая теория растворов. Теория растворов И. А. Каблукова. Объединённая теория растворов». Вся практическая деятельность человека с самой глубокой древности связана с использованием воды и водных растворов. Разнообразными растворами пользовались при изготовлении строительных материалов, красок, стекла, керамики. Глиняные изделия, неразгаданные рецепты цветной глазури, покрывающие стены подземных гробниц фараонов, искусство бальзамирования, достигшее в Древнем Египте замечательного развития, – всё это опять же растворы, причём достаточно сложные по составу и весьма умело приготовленные тогда, первыми естествоиспытателями. глубине веков, в Чтобы получился раствор, должен пройти процесс растворения, который сопровождается, как и всякая химическая реакция, либо выделением теплоты (экзотермический процесс), либо её поглощением (эндотермический процесс). В этом можно убедиться на простых опытах. Если в стакан, наполненный наполовину водой, опустить термометр и прилить концентрированной серной кислоты, то ртуть в термометре резко пойдёт вверх. Такой стакан даже в руки взять трудно – настолько он горяч. Если же начать растворять нитрат аммония или роданид аммония, приливая в стакан, где находятся эти соли, понемножку воды, то стакан настолько охладится, что даже может примёрзнуть к лабораторному столу. Что же за соединения возникают в растворах? Д. И. Менделеев, наиболее глубоко разработавший химическую теорию растворов, предложил называть их сольватами (от латинского слова solvere – растворять). При растворении в воде процесс образования таких соединений именуется гидратацией, а образующиеся продукты – гидратами. Поэтому химическую теорию растворов называли сольватной или гидратной теорией растворов. На основе этой теории стали понятны такие явления, как, например, превращение смеси сульфата кальция с водой в твёрдую массу. Этим процессом пользуются при наложении гипсовых повязок при переломах. Сульфат кальция и вода образуют прочные соединения, из которых воду выделить очень трудно. Стала понятна и природа изменения цвета солей, осаждающихся из растворов при различных условиях. Например, известно, что соль CuSO4 белого цвета. Однако в воде образуется голубой раствор этого вещества, а при осаждении из его соли получаются синие кристаллы. Прокаливанием при 250 С их можно снова сделать белыми. Собранный при этом пар оказывается обыкновенной водой. Таким образом, голубые или

синие кристаллы состоят из молекул соли и воды, которая и придает кристаллам цвет. По виду и на ощупь голубая соль совершенно сухая. Такие соединения вещества с водой, имеющие форму кристаллов, называются кристаллогидратами. Их состав может быть определён взвешиванием кристаллов на одну молекулу соли, например:  10H2O CuSO4  5H2O H2SO4  H2O MgSO4 Однако химическая теория не позволяла количественно предсказать изменения свойств растворов в зависимости от концентрации растворённого вещества, не объясняла, как могут быть построены сольватированные молекулы. Авторы химической теории растворов переносили соотношения, хорошо известные для газов, на вещество в растворённом состоянии. Правда, дело ограничивалось лишь сильно разбавленными растворами. «Я установил, – писал Вант­Гофф, – для слабых растворов законы, аналогичные законам Бойля – Мариотта и Гей­Люссака для газов…» Пользуясь уравнениями закономерностей, широко известных для газов, можно было производить довольно точные расчёты. Теория Вант­Гоффа оправдалась для разбавленных растворов многих веществ. Однако для растворов неорганических солей, таких как NaCl, KNO3, результаты опыта и расчёта отличались почти в два раза, а для MgCl2 или Ca(NO3)2 даже ещё больше. Причём чем более разбавлен раствор в воде, тем больше наблюдалось отклонений от расчётной величины. То же самое происходило с растворами кислот и оснований. С. Аррениус предположил, что вещества, растворы которых проводят электрический ток, распадаются на отдельные заряженные частицы – ионы, а ионы ведут себя как «свободные» частицы и со средой не взаимодействуют. В теории С. Аррениуса отмечалось также, что при растворении электролиты распадаются на ионы не полностью: только определённая часть вещества находится в растворе в виде ионов. Для упрощения физической картины автор теории предположил, что между образующимися ионами, ввиду низкой концентрации вещества, отсутствует электростатическое взаимодействие. Противники теории электролитической диссоциации сразу же увидели её главный недостаток: в ней не указывалась причина диссоциации электролитов. Неудивительно, что теория С. Аррениуса подверглась острой критике со стороны многих учёных. В период самого разгара борьбы сторонников физической и химической теорий в лаборатории одного из создателей физической химии – В. Оствальда

– появился молодой русский химик И. А. Каблуков, командированный из Московского университета для ознакомления с методами новой области химии. Он быстро подружился с С. Аррениусом и русским химиком В. А. Кистяковским. Повторив исследования зависимости электропроводности растворов электролитов в воде от их концентрации, И. А. Каблуков подтвердил правильность выводов С. Аррениуса. Значит, действительно в водных растворах молекулы электролитов диссоциируют на ионы. Но участвует ли в этом растворитель? И. А. Каблуков сравнивает поведение электролитов в различных растворителях и приходит к выводу, что причиной диссоциации электролитов в воде является гидратация. Именно этот процесс и приводит к ослаблению связей в молекулах и их распаду на ионы. Сторонники же химической теории, утверждая идею о взаимодействии растворённого вещества и растворителя, не допускали мысли о распаде вещества на отдельные заряженные ионы. И. А. Каблуков установил, что химическое взаимодействие растворителя с молекулами электролитов приводит к их распаду на ионы. Вода, образуя соединение с молекулами электролитов, «растаскивает» их, разделяет на ионы. Мало того, она образует с этими ионами соединения. В результате было выдвинуто представление о гидратации ионов. (Надо сказать, что идея о взаимодействии ионов с водой практически одновременно с И. А. Каблуковым была высказана и другим молодым русским химиком В. А. Кистяковским.) И. А. Каблуков последовательно развил эту идею и отстоял в споре со сторонниками физической и химической теории. Он показал, что основные положения теории химического взаимодействия веществ и физической теории Вант­Гоффа, взаимно дополняя друг друга, способны объяснить практически все факты, связанные с растворением веществ и их поведением в растворах. Так, если серную кислоту смешать с эфиром, то такой раствор ток не проводит: взаимодействие этих веществ невелико. В этом случае оказывались справедливыми формулы Вант­Гоффа. Получается как бы частный случай общей теории. При сильном взаимодействии растворённого вещества с растворителем (например, серной кислоты или сульфата меди CuSO4 с водой) происходит распад на ионы. Однако смотреть на ионы лишь как на «свободные» газоподобные частицы нельзя. Каблуков считал, что вода, разлагая молекулы растворённого тела, входит с ионами в непрочные соединения, находящиеся в состоянии диссоциации. По мнению же С. Аррениуса, ионы свободно двигаются, подобно атомам. Ионы существуют в растворе, окружённые молекулами

воды. Каждому иону соответствует определённое число молекул, входящих в его «свиту». Так, медный купорос имеет формулу CuSO4  5H2O. Из этих 2–. молекул воды четыре окружают ион меди и лишь одна – анион SO4 Отрицательные ионы вообще плохо гидратируются. Предложенная И. А. Каблуковым трактовка ионизации растворённых веществ стала общепризнанной. «Растворитель, действуя на растворённое тело, изменяет его физические и химические свойства, – писал И. А. Каблуков, – и от величины взаимодействия между растворённым телом и растворителем зависят все свойства раствора». Представление о гидратации ионов И. А. Каблукова и В. А. Кистяковского позволило верно объяснить распад вещества на отдельные заряженные ионы, то есть электролитическую диссоциацию: молекулы электролитов (кислот, оснований и солей) в водных растворах распадаются на ионы под действием молекул воды. Таким же диссоциирующим действием обладает ещё небольшое число растворителей, но вода стоит как бы особняком. Сильное диссоциирующее действие её связано с тем, что молекула воды полярна. В молекуле воды центры положительных и отрицательных зарядов не совпадают, и она представляет как бы стержень, имеющий избыточные заряды на концах. У электролитов в молекулах тоже положительные и отрицательные заряды распределены неравномерно. Рассмотрим процесс диссоциации молекул какого­либо электролита, пользуясь представлениями объединённой теории растворов (Менделеева – Вант­Гоффа – Аррениуса – Каблукова). Выберем для примера хлороводород (HCl), то вещество, электропроводность растворов которого в различных растворителях много изучал И. А. Каблуков. Молекула этого вещества полярна. Атомы водорода и хлора имеют некоторый избыточный заряд: первый из них положителен, а второй – отрицателен. Молекулы растворителя, если у них тоже имеется смещение зарядов (+ и –), совершенно определённым образом ориентируются вокруг молекулы HCl. Разноимённые полюса этих молекул притягиваются. Теперь всё зависит от того, насколько сильно химическое взаимодействие между ионами, из которых состоит HCl, и растворителем. Если оно невелико, то вещество в основном будет находиться в виде целых молекул и электрический ток практически проводить не будет. Таковы растворы HCl в эфире и бензоле. В воде же и в других более или менее полярных растворителях (например, метиловом спирте) взаимодействие растворителя с ионами, входящими в хлороводород, велико. Например, катион водорода Н+ просто не может существовать один: этот катион (протон) так крепко связывается с молекулой воды, что существует только в виде иона гидроксония:

Н+ + Н2О  Н3О+ Молекулы полярных растворителей притягиваются к ионам сильнее, чем катион и анион связываются друг с другом в молекуле вещества. Вследствие этого происходит диссоциация электролита: HCl ⇄ H+ + Cl–, или, точнее, Ионы существуют в растворе в комплексе с молекулами растворителя, как, в частности, ион Cu2+ c 4H2O; Fe2+ c 6Н2О и т. п. Этим и определяется изменение свойств раствора по сравнению с характеристиками растворителя и растворённого вещества, взятых по отдельности. И. А. Каблуков выполнил ряд фундаментальных исследований различных растворов. Результаты его работ позволили расширить границы теории растворов и распространить её на все водные и неводные среды, в том числе и смешанные, состоящие из нескольких растворителей. Это дало мощный импульс дальнейшему развитию учения об ионах в растворе, о способности растворов переносить электрические заряды и т. д.

Раствор - это гомогенная система, содержащая не менее двух веществ. Существуют растворы твердых, жидких и газообразных веществ в жидких растворителях, а также однородные смеси (растворы) твердых, жидких и газообразных веществ. Как правило, вещество, взятое в избытке и в том же агрегатном состоянии, что и сам раствор, принято считать растворителем, а компонент, взятый в недостатке, - растворенным веществом.

В зависимости от агрегатного состояния растворителя различают газообразные, жидкие и твердые растворы.

Газообразный раствор - это прежде всего воздух, а также другие смеси газов.

К жидким растворам относят гомогенные смеси газов, жидкостей и твердых тел с жидкостями.

Твердые растворы представлены сплавами, а также стеклами.

На практике большое значение имеют жидкие растворы (смеси жидкостей, где растворитель - жидкость). Из неорганических веществ самый распространенный растворитель - вода. Из органических веществ в качестве растворителей применяют метанол, этанол, диэтило- вый эфир, ацетон, бензол, четыреххлористый углерод и другие.

Под действием хаотически движущихся частиц растворителя частицы (ионы или молекулы) растворяемого вещества переходят в раствор, образуя благодаря беспорядочному движению частиц качественно новую однородную (гомогенную ) систему. Растворимость в разных растворителях - характеристическое свойство вещества. Одни вещества могут смешиваться друг с другом в любых соотношениях (вода и спирт), другие имеют ограниченную растворимость (хлорид натрия и вода).

Рассмотрим растворение твердого вещества в жидкости. В рамках молекулярно-кинетической теории при внесении твердой поваренной соли в растворитель (например, в воду) ионы Na + и С1“, находящиеся на поверхности, взаимодействуя с растворителем (с молекулами и другими частицами растворителя), могут отрываться и переходить в раствор. После удаления поверхностного слоя процесс распространяется на следующие слои твердого вещества. Так постепенно частицы переходят из кристалла в раствор. Разрушение ионных кристаллов NaCl в воде, состоящей из полярных молекул, показано на рисунке 6.1.

Рис. 6.1. Разрушение кристаллической решетки NaCl в воде. а - атака молекул растворителя; б - ионы в растворе

Частицы, перешедшие в раствор, распределяются благодаря диффузии по всему объему растворителя. В то же время по мере увеличения концентрации частицы (ионы, молекулы), находящиеся в непрерывном движении, при столкновении с твердой поверхностью еще не растворившегося твердого вещества могут задерживаться на ней, т. е. растворение всегда сопровождается обратным процессом - кристаллизацией. Может наступить такой момент, когда одновременно из раствора выделяется столько же частиц (ионов, молекул), сколько их переходит в раствор, т. е. наступает равновесие.

Раствор, в котором данное вещество при данной температуре больше не растворяется, т. е. раствор, находящийся в равновесии с растворяемым веществом, называют насыщенным, а раствор, в котором еще можно дополнительно растворить некоторое количество данного вещества, - ненасыщенным.

Насыщенный раствор содержит максимально возможное (для данных условий) количество растворенного вещества. Концентрация вещества в насыщенном растворе - величина постоянная при данных условиях (температура, растворитель), она характеризует растворимость вещества ; подробнее см. § 6.4.

Раствор, в котором содержание растворенного вещества больше, чем в насыщенном растворе при данных условиях, называют пересыщенным. Это неустойчивые, неравновесные системы, которые самопроизвольно переходят в равновесное состояние, и при выделении в твердом виде избытка растворенного вещества раствор становится насыщенным.

Насыщенный и ненасыщенный растворы нельзя путать с разбавленным и концентрированным. Разбавленные растворы - растворы с небольшим содержанием растворенного вещества; концентрированные растворы - растворы с высоким содержанием растворенного вещества. Необходимо подчеркнуть, что понятия разбавленный и концентрированный растворы относительные и основаны на качественной оценке соотношения количеств растворенного вещества и растворителя в растворе (иногда раствор называют крепким и слабым в том же смысле). Можно сказать, что эти определения возникли из практической необходимости. Так, говорят, что раствор серной кислоты H 2 S0 4 концентрированный (крепкий) или разбавленный (слабый), но, при какой концентрации раствор серной кислоты нужно считать концентрированным, а при какой разбавленным, точно не определено.

При сравнении растворимости различных веществ видно, что в случае малорастворимых веществ насыщенные растворы разбавленные, в случае хорошо растворимых веществ их ненасыщенные растворы могут быть довольно концентрированными.

Например, при 20 °С в 100 г воды растворяется 0,00013 г карбоната кальция СаС0 3 . Раствор СаС0 3 при этих условиях насыщенный, но весьма разбавленный (его концентрация очень мала). Но вот пример. Раствор 30 г поваренной соли в 100 г воды при 20 °С ненасыщенный, но концентрированный (растворимость NaCl при 20 °С 35,8 г в 100 г воды).

В заключение отметим, что здесь и далее (кроме § 6.8) речь пойдет об истинных растворах. Частицы, из которых состоят такие растворы, настолько малы, что их нельзя увидеть; это атомы, молекулы или ионы, их диаметр обычно не превышает 5 нм (5 10~ 9 м).

И последнее о классификации растворов. В зависимости от того, электронейтральные или заряженные частицы присутствуют в растворе, растворы могут быть молекулярными (это растворы неэлектролитов) и ионными {растворы электролитов). Характерное свойство растворов электролитов - электропроводность (они проводят электрический ток).

Лекция 1.

«ПОНЯТИЕ «РАСТВОР». ХИМИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ РАСТВОРОВ»

Растворы имеют важное значение в жизни и практической деятельности человека. Растворами являются все важнейшие физиологические жидкости (кровь, лимфа и т.д.). Организм – сложная химическая система, и подавляющее большинство химических реакций в организме происходит в водных растворах. Именно по этой причине человеческий организм на 70 % состоит из воды, а сильное обезвоживание организма наступает быстро и является очень опасным состоянием.

Многие технологические процессы, например получение соды или азотной кислоты, выделение и очистка редких металлов, отбеливание и окрашивание тканей, протекают в растворах.

Чтобы понять механизм многих химических реакций, необходимо изучить процессы, протекающие в растворах.

Понятие «раствор». Виды растворов

Раствор – твердая, жидкая или газообразная гомогенная система , состоящая из двух или более компонентов.

Гомогенная система состоит из одной фазы.

Фаза - часть системы, отделенная от других ее частей поверхностью раздела, при переходе через которую свойства (плотность, теплопроводность, электропроводность, твердость и т.д.) изменяются скачкообразно. Фаза может быть твердой, жидкой, газообразной.

Наиболее важным видом растворов являются жидкие растворы, но в широком смысле растворы также бывают еще твердые (сплав латунь: медь, цинк; сталь: железо, углерод) и газообразные (воздух: смесь азота, кислорода, углекислого газа и различных примесей).

Раствор содержит не менее двух компонентов, из которых один является растворителем , а другие – растворенными веществами .

Растворитель – это компонент раствора, находящийся в том же агрегатном состоянии, что и раствор. Растворителя в растворе по массе всегда больше, чем остальных компонентов. Растворенное вещество находится в растворе в виде атомов, молекул или ионов .

От растворов отличаются:

Суспензия – это система, состоящая из мелких твердых частиц, взвешенных в жидкости (тальк в воде)

Эмульсия – это система, в которой одна жидкость раздроблена в другой, не растворяющей ее жидкости (т.е. мелкие капли жидкости, находящихся в другой жидкости: например,бензин в воде).

Аэрозоль – газ со взвешенными в нем твердыми или жидкими частицами (туман: воздух и капли жидкости)

Суспензии, эмульсии и аэрозоли состоят из нескольких фаз, они не гомогенны и являются дисперсными системами . Суспезии, эмульсии и аэрозоли – не растворы!

Химическая теория растворов.

Растворитель химически взаимодействует с растворенным веществом.

Химическая теория растворов создана Д.И. Менделеевым в конце ХIХв. на основании следующих экспериментальных фактов:

1) Растворение любого вещества сопровождается поглощением или выделением теплоты. То есть растворение является экзотермической или эндотермической реакцией.

Экзотермический процесс – процесс, сопровождающийся выделением тепла во внешнюю среду (Q>0).

Эндотермический процесс – процесс, сопровождающийся поглощением тепла из внешней среды (Q<0).

(пример : растворение CuSO 4 – экзотермический процесс, NH 4 Cl – эндотермический). Объяснение : чтобы молекулы растворителя могли оторвать частицы растворенного вещества друг от друга, необходимо затратить энергию (это эндотермическая составляющая процесса растворения), при взаимодействии частиц растворяемого вещества с молекулами растворителя энергия выделяется (экзотермический процесс). В результате тепловой эффект растворения определяется более сильной составляющей. (Пример : при растворении 1моль вещества в воде на разрыв его молекул потребовалось 250 кДж, а при взаимодействии образовавшихся ионов с молекулами растворителя выделилось 450 кДж. Каков суммарный тепловой эффект растворения? Ответ: 450-250=200 кДж, экзотермический эффект, т.к. экзотермическая составляющая больше эндотермической).

2) Смешение компонентов раствора с определенным объемом не дает суммы объемов (пример : 50 мл этилового спирта +50 мл воды при смешении дают 95 мл раствора)

Объяснение : благодаря взаимодействию молекул растворенного вещества и растворителя (притяжению, химическому связыванию и т.п.) объем «экономится».

Внимание ! Масса раствора строго равна сумме масс растворителя и растворенных веществ.

3) При растворении некоторых бесцветных веществ образуются окрашенные растворы. (пример : CuSO 4 – бесцветный, дает синий раствор).

Объяснение : при растворении некоторых бесцветных солей образуются окрашенные кристаллогидраты.

Вывод: Растворение – это сложный физико-химический процесс, при котором происходит взаимодействие (электростатическое, донорно-акцепторное, образование водородной связи) между частицами растворителя и растворенных веществ.

Процесс взаимодействия растворителя с растворенным веществом называется сольватацией . Продукты этого взаимодействия – сольваты . Для водных растворов применяются термины гидратация и гидраты .

Иногда при выпаривании воды кристаллы растворенного вещества оставляют часть молекул воды в своей кристаллической решетке. Такие кристаллы называются кристаллогидратами. Записываются так: CuSO 4 *5Н 2 О. То есть, каждая молекула сульфата меди CuSO 4 удерживает около себя 5 молекул воды, встраивая их в свою кристаллическую решетку.

В середине XIX века общепринятой считалась физическая теория растворов, одним из авторов которой являлся Вант-Гофф (Голландия). Эта теория рассматривала растворы как механические смеси, без учета взаимодействий между молекулами растворителя и частицами растворенного вещества.

Факты, которые не могла объяснить физическая теория растворов:

1) Тепловые эффекты растворения.

Пример. Растворение – процесс экзотермический; растворение – эндотермический.

2) Изменение (чаще – уменьшение) объема жидкости при растворении. Это явление называется контракция.

Пример. При смешивании 50 мл и 50 мл образуется 98 мл раствора

3) Изменение окраски некоторых веществ при растворении и некоторых растворов при выпаривании.

Примеры. Безводный сульфат меди(II) – белый порошок – при поглощении воды синеет.

Розовый раствор хлорида кобальта(II) при высыхании окраску не изменяет, а при последующем выпаривании – синеет.

1),2),3) - признаки химических реакций.

Д. И. Менделеев считал, что рассмотренные явления, безусловно, указывают на какие-то взаимодействия между растворенным веществом и растворителем. Он последовательно развивал мысль о химическом взаимодействии между частицами растворенного вещества и молекулами растворителя. Учение Менделеева было развито и дополнено русскими учеными И. А. Каблуковым и В. А. Кистяковским. На основе этих представлений произошло объединение физической и химической точки зрения на растворы.

Основные положения современной физико-химической теории растворов сводятся к следующему.

1) Растворитель и растворенное вещество химически взаимодействуют между собой.

2) В результате взаимодействия образуются непрочные соединения, называемые сольватами, а сам процесс называется сольватацией. В частном случае, когда растворителем является вода, эти соединения называются гидратами, а процесс – гидратацией.

Сами растворы, а также большинство гидратов (сольватов), которые образуются при растворении, имеют переменный состав. Этим они отличаются от химических соединений.

Физико-химическая теория растворов позволила объяснить многие непонятные до этого факты:

1) Изменение окраски некоторых веществ при растворении и некоторых растворов при выпаривании.

2) Тепловые эффекты при растворении.

Явление гидратации иногда можно наблюдать, не пользуясь специальными приборами. Например, безводный сульфат меди (II) CuSO 4 – белое вещество. При его растворении в воде образуется голубой раствор. Окраска раствора обусловливается гидратированными ионами меди. Гидратированные частички иногда настолько прочны, что при выделении растворенного вещества из раствора в твердую фазу молекулы воды входят в состав кристаллов. Так, при выпаривании водного раствора сульфата меди в твердую фазу выделяется соль CuSO 4 ∙5H 2 O.

Кристаллические вещества, в состав которых входят молекулы воды, называются кристаллогидратами, а содержащаяся в них вода - кристаллизационной

Аналогично объясняется изменение окраски раствора хлорида кобальта(II) при выпаривании. Гидратированные ионы кобальта в растворе - розового цвета, такой же розовый цвет имеет и кристаллогидрат кобальта (II) CoCl 2 ∙6H 2 O. Но при прокаливании на воздухе кристаллогидрат кобальта теряет кристаллизационную воду и превращается в безводный хлорид кобальта(II) синего цвета.

Образованием кристаллогидратов объясняются и тепловые эффекты при растворении. Тепловой эффект растворения складывается из энергии, затраченной на разрушение кристаллической решетки и отделение частиц растворенного вещества друг от друга, а также энергии, которая выделяется при гидратации.

Какой вклад энергии преобладает, такой тепловой эффект в итоге мы и получаем.

Изменение других термодинамических параметров при растворении.

Так как, в целом, при растворении беспорядок в системе увеличивается.

Так как растворение – процесс самопроизвольный.