დაშლის თერმული ეფექტი (დაშლის ენთალპია). ქიმიის სახელმძღვანელო უმაღლეს სასწავლებლებში მონაწილეთათვის თერმული ეფექტები დაშლის დროს

ნივთიერებების დაშლას თან ახლავს სხვადასხვა თერმული ეფექტი ნივთიერების ბუნებიდან გამომდინარე. როდესაც, მაგალითად, კალიუმის ჰიდროქსიდი ან გოგირდის მჟავა იხსნება წყალში, შეინიშნება ხსნარის ძლიერი გათბობა (სითბოს გამოთავისუფლება), ხოლო როდესაც ამონიუმის ნიტრატი იხსნება, ხდება ხსნარის ძლიერი გაგრილება (სითბო შეიწოვება). პირველ შემთხვევაში ხდება ეგზოთერმული პროცესი (? ნ < 0), მეორეში - ენდოთერმული პროცესი(?H > 0).

ხსნარის სითბო?ჰ ზრდა ვ -ეს არის სითბოს რაოდენობა, რომელიც გამოიყოფა ან შეიწოვება ნივთიერების 1 მოლის გახსნისას. ასე, მაგალითად, სტანდარტულ პირობებში კალიუმის ჰიდროქსიდისთვის?H o dist = - 55,65 kJ/mol და ამონიუმის ნიტრატისთვის?H o dist = +26,48 kJ/mol.

ხსნარის სითბო არის პროცესის ყველა ენდო- და ეგზოთერმული ეტაპის თერმული ეფექტების ალგებრული ჯამი.

განვიხილოთ იონური კრისტალური ბადის მქონე ნივთიერების, ნატრიუმის ქლორიდის დაშლის მექანიზმი (სურ. 2).

• 1 ეტაპი. წყლის მოლეკულები დიპოლებია, ამიტომ ელექტროსტატიკური მიზიდულობის გამო მიიღეთ მათი საკისრებიდადებითად და უარყოფითად დამუხტული ნატრიუმის და ქლორის იონების შესაბამისი პოლუსები, რომლებიც მდებარეობს ბროლის ზედაპირზე, ?Н orien? 0.
• 2 ეტაპი. ქიმიური ბმები წარმოიქმნება წყლის მოლეკულებსა და ნატრიუმის და ქლორის იონებს შორის იმის გამო იონ-დიპოლური ურთიერთქმედება,შესაბამისად, ამ პროცესს თან ახლავს ენერგიის გამოყოფა, ?H ჰიდრ
• 3 ეტაპი. ასეთი ობლიგაციების გაჩენა და ენერგიის განთავისუფლება იწვევს იმ ფაქტს, რომ კრისტალური მედის ბმები სუსტდება და ჰიდრატირებული იონები გადადიან ხსნარში და ტოვებენ ბროლის ზედაპირს. კრისტალიდან იონების ამოღების პროცესი ენდოთერმულია, აბსტრაქციის ?H > 0.
• 4 ეტაპი. ჰიდრატირებული იონების დიფუზია ხსნარის მთელ მოცულობაში, ?Н diff? 0.

თუ ბროლის გისოსების განადგურების ენერგია ნაკლებია გახსნილი ნივთიერების ჰიდრატაციის ენერგიაზე, მაშინ დაშლა ხდება სითბოს გამოყოფით. თუ ბროლის გისოსების განადგურების ენერგია ჰიდრატაციის ენერგიაზე მეტია, მაშინ დაშლა ხდება სითბოს შთანთქმით.

Როდესაც იდეალური გადაწყვეტილებებიარ არის თერმული და მოცულობითი ეფექტი: ე.ი. ?H dist = 0, ?V = 0, არ წარმოიქმნება ქიმიური ბმები, მაგრამ ენტროპია იზრდება.

გამხსნელსა და ხსნარს შორის ურთიერთქმედების პროცესს, როგორც უკვე აღვნიშნეთ, ე.წ გადაწყვეტა, და თუ გამხსნელი წყალია - დატენიანება. გამხსნელთან გამხსნელის ქიმიური ურთიერთქმედების შედეგად წარმოიქმნება ნაერთები, რომლებიც ე.წ. სოლვატები (ან ატენიანებს , თუ გამხსნელი წყალია). ასეთი ნაერთების წარმოქმნით ხსნარებს ქიმიური ნაერთების მსგავსს ხდის.

სოლვატები (ჰიდრატები) წარმოიქმნება დონორ-მიმღები, იონ-დიპოლური ურთიერთქმედების შედეგად, წყალბადის ბმების გამო, აგრეთვე დისპერსიული ურთიერთქმედების შედეგად (დაკავშირებული ნივთიერებების დაშლის დროს, როგორიცაა ბენზოლი და ტოლუოლი).

განსაკუთრებით მიდრეკილია დატენიანებისკენ, ე.ი. კავშირი წყლის მოლეკულებთან, იონებთან. იონები ერთვის პოლარული წყლის მოლეკულებს, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ჰიდრატირებული იონები. ამიტომ, მაგალითად, ხსნარში სპილენძის (II) იონი ლურჯია, მაგრამ უწყლო სპილენძის სულფატში ის უფეროა. ბევრი სოლვატი (ჰიდრატი) მყიფეა და ადვილად იშლება თავისუფალ ფორმაში იზოლირებისას, მაგრამ ზოგიერთ შემთხვევაში წარმოიქმნება ძლიერი ნაერთები, რომლებიც ადვილად იზოლირებულია ხსნარიდან კრისტალიზაციის გზით. ამ შემთხვევაში წყლის მოლეკულების შემცველი კრისტალები ცვივა.

წყლის მოლეკულების შემცველ კრისტალურ ნივთიერებებს ე.წკრისტალების ჰიდრატები ,ხოლო კრისტალურ ჰიდრატებში შემავალ წყალს ე.წკრისტალიზაცია . ბევრი ბუნებრივი მინერალი არის კრისტალური ჰიდრატი. მთელი რიგი ნივთიერებები (მათ შორის ორგანული) მიიღება სუფთა სახით მხოლოდ კრისტალური ჰიდრატების სახით.

დაშლა არის ფიზიკურ-ქიმიური პროცესი, რომელიც იწვევს ერთგვაროვანი სისტემის ფორმირებას. თერმული ეფექტები, რომლებიც თან ახლავს მას, არის მრავალი მიზეზის შედეგი. მოდით შევხედოთ რამდენიმე მაგალითს:

ა) წყალში სითხეების დაშლის პროცესს შეიძლება ახლდეს ისეთი ფენომენები, როგორიცაა პოლარული მოლეკულების დისოციაცია იონების წარმოქმნით, წყალბადის ბმების გაჩენა პოლარული წყლის მოლეკულებსა და მაღალი ელექტრონეგატიურობის ელემენტების შემცველი ნივთიერებების მოლეკულებს შორის, ქიმიური ნაწილაკების დატენიანება. და ა.შ.

C 2 H 5 OH - H 2 O

ეს სისტემა პასუხისმგებელია იდეალური გადაწყვეტილებების ფორმირებაზე კონცენტრაციების ფართო დიაპაზონში. დაშლის პროცესს თან უნდა ახლდეს წყალბადური ბმების წარმოქმნა, შესაბამისად, ენერგიულად ხელსაყრელია, ანუ აქვს დადებითი თერმული ეფექტი.

CH 3 COOH - H 2 O

ძმარმჟავა არის სუსტი მონობაზური მჟავა Kd = 1,8 10 -5, ამიტომ წყალში გახსნისას ენერგიის ნაწილი დაიხარჯება მოლეკულების დისოციაციაზე (უარყოფითი თერმული ეფექტი), ხოლო ენერგიის ნაწილი, პირიქით, დატენიანების იონების დროს სითბოს სახით გამოიყოფა. მთლიანი ეფექტი დამოკიდებული იქნება ამ რაოდენობების თანაფარდობაზე.

ბ) წყალში მყარი ნივთიერებების დაშლის პროცესი დამოკიდებულია ამ უკანასკნელის კრისტალური მედის ტიპზე. როგორც წესი, იონური კრისტალების დაშლა დაკავშირებულია ორ საპირისპირო ეფექტთან: იონების დატენიანების დადებით ენერგიასთან და კრისტალური ბადის განადგურების უარყოფით ენერგიასთან. მოლეკულურ კრისტალებში პირველი კომპონენტი პრაქტიკულად არ არსებობს. ძლიერი ელექტროლიტების მარილების განზავებული ხსნარების დრენაჟისას არ შეინიშნება თერმული ეფექტი. თუ ნალექი წარმოიქმნება, შეინიშნება დეპონირების თერმული ეფექტი.

ხსნარის ინტეგრალური სითბოარის შთანთქმის ან გამოთავისუფლებული სითბოს რაოდენობა, როდესაც ნივთიერების 1 მოლი იხსნება გამხსნელის ძალიან დიდი რაოდენობით (300 მოლი/მოლი ნივთიერება).

გაანგარიშების პრობლემის მაგალითი:

გამოთვალეთ ამონიუმის ქლორიდის დაშლის ინტეგრალური სიცხე, თუ 1,473 გრ მარილი იხსნება 528,5 გ წყალში, ტემპერატურა მცირდება 0,174 o C-ით. ხსნარის მასის სითბოს მოცულობა არის 4,109 ჯ/გ. კ კალორიმეტრის თბოტევადობა 181,4 ჯ/გ კ

გამოსავალი:ხსნარის ინტეგრალური სითბო შეიძლება გამოითვალოს ფორმულის გამოყენებით:

Q = (C კალორი. + C ხსნარი m)× ΔТ/n,

სადაც C არის სითბოს სიმძლავრე, n არის გახსნილი ნივთიერების რაოდენობა: n = m/M

მ (ხსნარი) = 528,5 +1,473 = 530 გ,

ΔT = -0.174 o C,

Q = (4,109 × 530 + 181,4) × (-0,174) × 53,5/ 1,473 × 1000 = -15,11 კჯ/მოლი ქიმიური თერმოდინამიკის კურსიდან ცნობილია, რომ ქიმიური პროცესის თერმული ეფექტის საზომი იზობარში (სისტემაში მუდმივი წნევა) არის მდგომარეობის თერმოდინამიკური ფუნქცია - ენთალპია

ΔН = Н კონ. - N დასაწყისი თერმული ეფექტი ამ შემთხვევაში აბსოლუტური მნიშვნელობით ტოლია ენთალპიის, მაგრამ საპირისპირო ნიშნით. ეგზოთერმული პროცესი, რომელსაც თან ახლავს სითბოს გამოყოფა, შეესაბამება -ΔH-ს, ხოლო ენდოთერმული პროცესი, რომელსაც თან ახლავს სითბოს შეწოვა, შეესაბამება +ΔH-ს. ΔH = 15,11 კჯ/მოლ.

ნაწილი 5. როზჩინი ელექტროლიტური დისოციაციის თეორია

§ 5.3. თერმული მოვლენები დაშლის დროს

ნივთიერებების დაშლას თან ახლავს თერმული ეფექტი: სითბოს გამოყოფა ან შთანთქმა, ნივთიერების ბუნებიდან გამომდინარე. როდესაც, მაგალითად, კალიუმის ჰიდროქსიდი ან გოგირდის მჟავა იხსნება წყალში, შეინიშნება ხსნარის ძლიერი გაცხელება, ე.ი. სითბოს გამოყოფა და როდესაც ამონიუმის ნიტრატი იხსნება, ხსნარის ძლიერი გაგრილება, ანუ სითბოს შეწოვა. პირველ შემთხვევაში ხდება ეგზოთერმული პროცესი (∆H 0), მეორეში - ენდოთერმული პროცესი (∆H > 0). ხსნარის სითბო ∆H არის სითბოს რაოდენობა, რომელიც გამოიყოფა ან შეიწოვება ნივთიერების 1 მოლის გახსნისას. ასე რომ, კალიუმის ჰიდროქსიდისთვის ∆Н° = -55,65 კჯ/მოლ, ხოლო ამონიუმის ნიტრატისთვის ∆ H = +26,48 კჯ/მოლ.

გამხსნელთან გამხსნელის ქიმიური ურთიერთქმედების შედეგად წარმოიქმნება ნაერთები, რომლებსაც უწოდებენ სოლვატებს (ან ჰიდრატებს, თუ გამხსნელი წყალია). ასეთი ნაერთების წარმოქმნის შედეგად მიღებული ხსნარები ქიმიური ნაერთების მსგავსია.

დიდი რუსი ქიმიკოსი დ.ი. მენდელეევმა შექმნა ხსნარების ქიმიური თეორია, რომელიც მან დაასაბუთა მრავალი ექსპერიმენტული მონაცემებით, რომლებიც მოცემულია 1887 წელს გამოქვეყნებულ ნაშრომში „წყალხსნარების შესწავლა მათი სპეციფიკური სიმძიმის მიხედვით“. დაშლილი სუბსტანცია“ - წერდა ის, რომ ამ ძალების ბუნება წარმოიქმნება დონორ-მიმღები, იონ-დიპოლური ურთიერთქმედების გამო, აგრეთვე დისპერსიული ურთიერთქმედების შედეგად (ხსნარების შემთხვევაში). დაკავშირებული ნივთიერებების, მაგალითად, ბენზოლის და ტოლუოლის იონების მიერთება პოლარული წყლის მოლეკულების შედეგად (იხ. § 5.4). ) იონი ცისფერია, მაგრამ უწყლო კუპრის სულფატში ის უფეროა ნაერთები მყიფეა და ადვილად იშლება, როცა იზოლირებულია თავისუფალ მდგომარეობაში, მაგრამ ზოგიერთ შემთხვევაში წარმოიქმნება ძლიერი ნაერთები, რომლებიც ადვილად იზოლირებულია ხსნარიდან კრისტალიზაციის გზით. ამ შემთხვევაში წყლის მოლეკულების შემცველი კრისტალები ცვივა.

წყლის მოლეკულების შემცველ კრისტალურ ნივთიერებებს კრისტალური ჰიდრატები ეწოდება, ხოლო კრისტალურ ჰიდრატებში შემავალ წყალს კრისტალიზაცია. ბევრი ბუნებრივი მინერალი არის კრისტალური ჰიდრატი. მთელი რიგი ნივთიერებები (მათ შორის ორგანულიც) სუფთა სახით მოიპოვება მხოლოდ კრისტალური ჰიდრატების სახით. DI. მენდელეევმა დაამტკიცა გოგირდმჟავას ჰიდრატების, ისევე როგორც რიგი სხვა ნივთიერებების არსებობა.

აქედან გამომდინარე, დაშლა არის არა მხოლოდ ფიზიკური, არამედ ქიმიური პროცესი. ხსნარები წარმოიქმნება გამხსნელის ნაწილაკებთან გამხსნელის ნაწილაკების ურთიერთქმედებით. სტუდენტი დ.ი. მენდელეევა დ.პ. კონოვალოვი ყოველთვის ხაზს უსვამდა, რომ არ არსებობს საზღვრები ქიმიურ ნაერთებსა და ხსნარებს შორის.

თხევადი ხსნარები იკავებენ შუალედურ ადგილს მუდმივი შემადგენლობის ქიმიურ ნაერთებსა და მექანიკურ ნარევებს შორის. ქიმიური ნაერთების მსგავსად, ისინი ერთგვაროვანია და ხასიათდება თერმული ფენომენებით, ასევე კონცენტრაციით, რაც ხშირად შეინიშნება - მოცულობის შემცირება სითხეების შერევისას. მეორეს მხრივ, ქიმიური ნაერთებისგან განსხვავებით, ხსნარები არ ექვემდებარება შემადგენლობის მუდმივობის კანონს. ისინი, ნარევების მსგავსად, ადვილად შეიძლება დაიყოს მათ შემადგენელ ნაწილებად. დაშლის პროცესი ფიზიკურ-ქიმიური პროცესია, ხსნარები კი ფიზიკურ-ქიმიური სისტემებია.

მ.ვ.-მ დიდი ყურადღება დაუთმო გადაწყვეტილებების შესწავლას. ლომონოსოვი. მან ჩაატარა კვლევა ნივთიერებების ხსნადობის ტემპერატურაზე დამოკიდებულების დასადგენად, შეისწავლა დაშლის დროს სითბოს გამოყოფისა და შთანთქმის ფენომენები და აღმოაჩინა გამაგრილებელი ნარევები. მ.ვ. ლომონოსოვმა პირველმა დაადგინა, რომ ხსნარები იყინება (კრისტალდება) უფრო დაბალ ტემპერატურაზე, ვიდრე გამხსნელი. მან ასევე მისცა დაშლის მოლეკულური კინეტიკური ახსნა, თანამედროვესთან ახლოს, იმის გათვალისწინებით, რომ ნივთიერების ნაწილაკები, გახსნილი, თანაბრად ნაწილდება გამხსნელის ნაწილაკებს შორის.

1 კრისტალური ჰიდრატების ქიმიურ ფორმულებში და ჰიდრატებში წყლის ფორმულა იწერება ცალკე (წერტილის მეშვეობით), მაგალითად. 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 და ა.შ.

დ.ი.-მ დაახლოებით 40 წლიანი სამეცნიერო მუშაობა მიუძღვნა გადაწყვეტილებების შესწავლას. მენდელეევი. ხსნარების მისი ქიმიური თეორია უაღრესად ნაყოფიერი აღმოჩნდა. მის საფუძველზე ჩამოყალიბდა ახალი სამეცნიერო დისციპლინები – როგორიცაა ფიზიკური და ქიმიური ანალიზი, რთული ნაერთების ქიმია, არაწყლიანი ხსნარების ელექტროქიმია. ახლა ეს თეორია ზოგადად მიღებულია.

ხსნარების ქიმიური თეორიის შემუშავებაში მნიშვნელოვანი წვლილი შეიტანეს ცნობილმა რუსმა მეცნიერებმა D.P. კონოვალოვი, 1.0. კაბალუკოვი, მ.ს. კურნაკოვი.

დაშლის ენტროპიის ცვლილების ნიშანი (დ ს o დაშლა) დამოკიდებულია სისტემის წესრიგის ცვლილების ხარისხზე დაშლამდე და დაშლის შემდეგ. როდესაც აირები იხსნება სითხეში, სისტემის ენტროპია მცირდება და ენთალპია იზრდება, ამიტომ გაზების დაშლა მცირდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად.

სისტემის ენთალპიის ცვლილების ნიშანი დაშლის დროს (დ ნ o დაშლა) განისაზღვრება დაშლის თანმხლები ყველა პროცესის თერმული ეფექტის ჯამით. როდესაც მყარი ნივთიერება იხსნება, მისი კრისტალური ბადე ნადგურდება და ნივთიერების ნაწილაკები თანაბრად ნაწილდება ხსნარის მთელ მოცულობაში. ეს პროცესი ენერგიას მოითხოვს, ამიტომ დ ნ o cr > 0. ამავდროულად, გახსნილი ნივთიერების ნაწილაკების წყალთან ურთიერთქმედების პროცესი ხდება ჰიდრატების წარმოქმნით, რასაც თან ახლავს სითბოს გამოყოფა (D ნჰიდრის შესახებ< 0).

მყარი დაშლის საერთო თერმული ეფექტი (D ნ o იხსნება) განისაზღვრება ამ პროცესების თერმული ეფექტების თანაფარდობით და შეიძლება იყოს დადებითი ან უარყოფითი, ან ნულის ტოლი, როგორც წყალში შაქრის გახსნისას.

სითხეებისა და აირების დაშლას უმეტეს შემთხვევაში თან ახლავს მცირე რაოდენობით სითბოს გამოყოფა და ლე შატელიეს პრინციპის მიხედვით, მათი ხსნადობა მცირდება ტემპერატურის კლებასთან ერთად.

ხსნადობა

ნივთიერების ხსნარის მომზადებისას, გამხსნელის მოლეკულები განუწყვეტლივ გადადის ხსნარში და, დიფუზიის წყალობით, თანაბრად ნაწილდება გამხსნელის მთელ მოცულობაში. გახსნილი ნივთიერების მოლეკულები, რომლებიც გადავიდნენ ხსნარში, ურტყამს ჯერ არ გახსნილი ნივთიერების ზედაპირს, კვლავ შედიან მის შემადგენლობაში. ხსნარის კონცენტრაციის მატებასთან ერთად იზრდება მყარი წარმოქმნის სიჩქარე. როდესაც ამ პროცესების ტემპები თანაბარია, სისტემაში წონასწორობა მყარდება (დ გ o ზრდა =0):

გაუხსნელი ნივთიერება "ნივთიერება ხსნარში"

ამ შემთხვევაში, გახსნილი ნივთიერების მოლეკულების რაოდენობა, რომლებიც შედიან და ტოვებენ ხსნარს დროის ერთეულზე თანაბარი ხდება.

მაქსიმალური კონცენტრაციის ხსნარს, რომელიც მოცემულ ტემპერატურაზე შეიძლება განუსაზღვრელი ვადით დარჩეს წონასწორობაში ხსნარის სიჭარბით, ე.წ. მდიდარი.

გაჯერებული ხსნარის კონცენტრაციას ე.წ ხსნადობა.

ხსნადობა გამოიხატება 100 გრამი გამხსნელში შემავალი ხსნარის გრამების რაოდენობით, ან 1 ლიტრ ხსნარში შემავალი მოლის რაოდენობით.

ხსნარს, რომლის კონცენტრაცია მოცემულ ტემპერატურაზე ნაკლებია გაჯერებულზე, ეწოდება უჯერი .

მყარი ნივთიერებების (მაგალითად, მარილების) ხსნადობა, როგორც წესი, მცირდება ტემპერატურის კლებასთან ერთად. თუ ნელ-ნელა გაგრილებთ გაჯერებულ ხსნარს, შეგიძლიათ მიიღოთ ზედმეტად გაჯერებული გამოსავალი, ე.ი. ხსნარი, რომლის კონცენტრაცია აღემატება ნივთიერების ხსნადობას მოცემულ ტემპერატურაზე. ზეგაჯერებული ხსნარები არასტაბილურია (D გ o აწევა >0) და სპონტანურად ან გარეგანი გავლენით (რყევა, კრისტალების დამატება) გადადის წონასწორობის მდგომარეობაში (D გ o ზრდა =0). ამ შემთხვევაში, ჭარბი გამხსნელი ნალექი ხდება.

ხსნარების კონცენტრაცია

ხსნარის კონცენტრაციაარის ხსნარის რაოდენობა, რომელიც შეიცავს ხსნარის ან გამხსნელის გარკვეულ რაოდენობას ან მოცულობას.

ქიმიაში ყველაზე ხშირად გამოიყენება კონცენტრაციის გამოხატვის შემდეგი მეთოდები.

პროცენტული კონცენტრაცია.გვიჩვენებს 100 გ ხსნარში შემავალი ხსნარის გრამების რაოდენობას. მაგალითად, მარილის 15%-იანი წყალხსნარი არის ხსნარი, რომლის 100გრ შეიცავს 15გრ მარილს და 85გრ წყალს.

მოლარული კონცენტრაცია (მოლარობა).გვიჩვენებს 1 ლიტრ ხსნარში შემავალი გახსნილი ნივთიერების მოლების რაოდენობას, რომელიც აღინიშნება მოლ/ლ-ით ან კვადრატულ ფრჩხილებში ჩასმული ნივთიერების ფორმულას. მაგალითად, =2 მოლ/ლ არის ხსნარი, რომელიც შეიცავს 2 მოლ (ან 80 გ) ნატრიუმის ჰიდროქსიდს ერთ ლიტრ ხსნარში.

ეკვივალენტთა მოლური კონცენტრაცია.აჩვენებს ხსნარის ეკვივალენტების მოლების რაოდენობას, რომლებიც შეიცავს 1 ლიტრ ხსნარში, დანიშნულ თანეკვ. Მაგალითად, თან eq H 2 SO 4 =0,1 მოლი ეკვ/ლ - ეს არის H 2 SO 4 ხსნარი, რომელიც შეიცავს გოგირდმჟავას 0,1 მოლ ეკვივალენტს (ან 4,9 გ) 1 ლიტრ ხსნარში.

ექვივალენტი(აღნიშნულია ასოთი ე) არის ნივთიერების რეალური ან გამოგონილი ნაწილაკი, რომელსაც შეუძლია შეცვალოს, დაამატოს, გამოუშვას ან სხვაგვარად იყოს წყალბადის იონის ექვივალენტი მჟავა-ფუძის ან იონგაცვლის რეაქციებში ან ერთი ელექტრონის რედოქს რეაქციებში.

მჟავის ექვივალენტიუდრის მჟავის მოლურ მასას გაყოფილი მის ფუძეობაზე, ე.ი. წყალბადის ატომების რაოდენობაზე მჟავის მოლეკულაში, რომელიც შეიძლება შეიცვალოს ლითონით.

ბაზის ეკვივალენტიტოლია ფუძის მოლური მასის გაყოფილი ლითონის ვალენტობაზე.

ოქსიდის ექვივალენტიუდრის ოქსიდის მოლურ მასას გაყოფილი მოლეკულის შემადგენელი ელემენტის ატომების რაოდენობის ნამრავლზე და ამ ელემენტის ვალენტობაზე.

მარილის ექვივალენტიტოლია მარილის მოლური მასის გაყოფა ლითონის ვალენტობის ნამრავლზე და მის მოლეკულაში ლითონის ატომების რაოდენობაზე.

Მაგალითად:

მოლის ეკვ. H 2 SO 4 (M=98 გ/მოლი) უდრის

მოლის ეკვ. Ca(OH) 2 (M=74 გ/მოლი) უდრის

მოლის ეკვ. Al 2 O 3 (M=102 გ/მოლი) უდრის

მოლის ეკვ. Al 2 (SO 4) 3 (M=342 გ/მოლი) უდრის

მოლური კონცენტრაციის ეკვივალენტების მქონე ხსნარები ფართოდ გამოიყენება ხსნარებს შორის რეაქციების წარმოებისას. ამ კონცენტრაციის გამოყენებით, ადვილია წინასწარ გამოვთვალოთ რა მოცულობითი თანაფარდობით უნდა იყოს შერეული გახსნილი ნივთიერებები, რათა მათ რეაგირება მოახდინონ ნარჩენების დატოვების გარეშე. ეკვივალენტთა კანონის მიხედვით ნივთიერებების რაოდენობა, რომლებიც რეაგირებენ, მათი ეკვივალენტების პროპორციულია :

შესაბამისად, რეაქციისთვის ყოველთვის საჭიროა ხსნარების ისეთი მოცულობის აღება, რომელიც შეიცავდა გახსნილი ნივთიერებების ეკვივალენტების იგივე რაოდენობის მოლს. ხსნარების ერთსა და იმავე მოლურ კონცენტრაციაში, რეაქციაში მყოფი ნივთიერებების მოცულობა მათი პროპორციულია თანეკვ. თუ რეაქციაზე დახარჯული ხსნარების მოცულობები აღინიშნება ვ 1 და ვ 2, და მათი ეკვივალენტების მოლური კონცენტრაციაა თანეკვ.1 და თანეკვ.2, მაშინ ამ სიდიდეებს შორის კავშირი გამოიხატება მიმართებით:

იმათ. რეაქტიული ნივთიერებების მოცულობა უკუპროპორციულია მათი ეკვივალენტების მოლური კონცენტრაციისა.

ამ დამოკიდებულებებზე დაყრდნობით, შესაძლებელია არა მხოლოდ გამოვთვალოთ რეაქციების განსახორციელებლად საჭირო ხსნარების მოცულობები, არამედ მათი კონცენტრაციების პოვნა რეაქციაზე დახარჯული ხსნარების მოცულობების საფუძველზე.

ტიტრი. აჩვენებს ხსნარის 1 მლ ხსნარში შემავალი ხსნარის გრამების რაოდენობას. აღინიშნება ასო T.

ხსნარის ტიტრის ცოდნა, ადვილია გამოვთვალოთ მისი ეკვივალენტის მოლური კონცენტრაცია და პირიქით:

მოლალის კონცენტრაცია (მოლარობა).გვიჩვენებს 1000 გ გამხსნელში შემავალი ხსნარის მოლების რაოდენობას, რომელიც აღინიშნება თანმ:

,

(5.3)

სად მ- გახსნილი ნივთიერების რაოდენობა, – გამხსნელის რაოდენობა, გ; მ– გახსნილი ნივთიერების მოლური მასა, გ/მოლი.

რაულის კანონები

მოცემულ ტემპერატურაზე თითოეული სითხე შეესაბამება გარკვეულ გაჯერებულ ორთქლის წნევას r 0.ტემპერატურის მატებასთან ერთად p 0იზრდება. როდესაც რაიმე არაასტაბილური ნივთიერება იხსნება სითხეში, გამხსნელის გაჯერებული ორთქლის წნევა ხსნარის ზემოთ ხდება უფრო დაბალი, ვიდრე სუფთა გამხსნელის ზემოთ იმავე ტემპერატურაზე. უფრო მეტიც, წნევის შემცირება ხსნარის კონცენტრაციის პროპორციულია.

გამხსნელის გაჯერებული ორთქლის წნევის შედარებითი შემცირება ხსნარის ზემოთ ტოლია გამხსნელის მოლური ფრაქციის ტოლფასი (რაულტის კანონი):

(5.4)

სად გვ 0 - გაჯერებული ორთქლის წნევა სუფთა გამხსნელზე;

გვ– გამხსნელის გაჯერებული ორთქლის წნევა ხსნარის ზემოთ; ნ– გახსნილი ნივთიერების მოლური ფრაქცია; n 1– გახსნილი ნივთიერების მოლების რაოდენობა; n 2- გამხსნელის მოლების რაოდენობა.

მოლური ფრაქცია (N i) უდრის მოცემული ნივთიერების მოლების რაოდენობის შეფარდებას ( n i)ხსნარში ყველა ნივთიერების (გამხსნელის ჩათვლით) მოლის ჯამამდე:

გამხსნელის გაჯერებული ორთქლის წნევის დაქვეითება არაასტაბილური ნივთიერების ხსნარზე იწვევს დუღილის წერტილის ზრდას და ხსნარის გაყინვის წერტილის შემცირებას სუფთა გამხსნელთან შედარებით.

რაულის კანონის თანახმად, წყლის ორთქლის წნევა წყალხსნარზე უფრო დაბალია, ვიდრე წყლის ზემოთ.

თხევადი დუღილის წერტილი თკიპი არის ტემპერატურა, რომლის დროსაც გაჯერებული ორთქლის წნევა აღწევს ატმოსფერულ წნევას; წყლისთვის არის 100°C (101,3 კპა ან 1,013∙10 5 N/m 2 წნევით). ვინაიდან ხსნარის ზემოთ გამხსნელის გაჯერებული ორთქლის წნევა უფრო დაბალია, იმისათვის, რომ ხსნარი ადუღდეს, ის უნდა გაცხელდეს უფრო მაღალ ტემპერატურაზე, ვიდრე სუფთა გამხსნელი.

რაულის კანონის შედეგები

1. არაელექტროლიტური ხსნარის გაყინვის წერტილის DT დაწევა და დუღილის DT მატება პირდაპირპროპორციულია გამხსნელის მოცემულ რაოდენობაში გახსნილი ნივთიერების რაოდენობაზე.

2. თანაბარი (ანუ იმავე რაოდენობის მოლის ნივთიერების ეკვივალენტების შემცველი) გახსნილი ნივთიერებების რაოდენობა, რომლებიც იხსნება მოცემულ გამხსნელში, თანაბრად აქვეითებს გაყინვის წერტილს და თანაბრად ზრდის მის დუღილს.

გაყინვის წერტილის შემცირება, რომელიც გამოწვეულია ნივთიერების ერთი მოლის დაშლით 1000 გ გამხსნელში, არის მუდმივი მნიშვნელობა მოცემული გამხსნელისთვის. მას ეძახიან კრიოსკოპიული მუდმივი Kრომგამხსნელი. ანალოგიურად, 1000 გ გამხსნელში ნივთიერების ერთი მოლის დაშლით გამოწვეული დუღილის წერტილის ზრდას ე.წ. ბულიოსკოპიული მუდმივი Kუჰგამხსნელი. კრიოსკოპიული და ბულიოსკოპიული მუდმივები დამოკიდებულია მხოლოდ გამხსნელის ბუნებაზე.

ხსნარი არის ერთგვაროვანი სისტემა, რომელიც შედგება ორი ან მეტი კომპონენტისგან. როდესაც ნივთიერება გადადის ხსნარში, მყარი ნივთიერების კრისტალური ბადის ინტერმოლეკულური და იონური ბმები იშლება და იგი გადადის ხსნარში ცალკეული მოლეკულების ან იონების სახით, რომლებიც თანაბრად ნაწილდება გამხსნელის მოლეკულებს შორის.

ნივთიერების კრისტალური ბადის გასანადგურებლად საჭიროა დიდი ენერგიის დახარჯვა. ეს ენერგია გამოიყოფა იონების და მოლეკულების ჰიდრატაციის (გახსნის) შედეგად, ანუ გამხსნელი ნივთიერების წყალთან (ან ზოგადად გამხსნელთან) ქიმიური ურთიერთქმედების შედეგად.

ეს ნიშნავს, რომ ნივთიერების ხსნადობა დამოკიდებულია ჰიდრატაციის (გახსნის) ენერგიასა და ნივთიერების კრისტალური ბადის ენერგიას შორის განსხვავებაზე.

დაშლის ენერგია ∆H dist არის აბსორბირებული (ან გამოთავისუფლებული) ენერგია, როდესაც 1 მოლი ნივთიერება იხსნება გამხსნელის ისეთ მოცულობაში, რომლის შემდგომი დამატება არ იწვევს თერმული ეფექტის ცვლილებას.

დაშლის საერთო თერმული ეფექტი დამოკიდებულია თერმულ ეფექტებზე:

· ა) ბროლის გისოსის განადგურება (პროცესი ყოველთვის ხდება ენერგიის მოხმარებით ∆Н 1 >0);

· ბ) გამხსნელში გახსნილი ნივთიერების დიფუზია (ენერგომოხმარება ∆H 2 >0);

გ) სოლვაცია (ჰიდრატაცია) (სითბოს გამოყოფა, ∆H 3<0, так как между растворителем и растворенным веществом образуются непрочные химические связи, что всегда сопровождается выделением энергии).

∆H p დაშლის მთლიანი თერმული ეფექტი ტოლი იქნება ზემოაღნიშნული თერმული ეფექტების ჯამის

დაშლის ენერგია განისაზღვრება ფორმულით 1.1:

∆Н pac t =∆Н p. რ. + ∆Н c , (1.1)

სადაც ∆H dist არის ნივთიერების დაშლის ენერგია, კჯ/მოლი;

∆H c - გამხსნელის ხსნადთან ურთიერთქმედების ენერგია

ნივთიერება (გახსნის ენერგია), კჯ/მოლი;

∆H to p.r. - ბროლის გისოსების განადგურების ენერგია,

კჯ/მოლ.

თუ ბროლის გისოსების განადგურების ენერგია უფრო მეტია, ვიდრე ხსნარის ენერგია, მაშინ დაშლის პროცესი იქნება ენდოთერმული პროცესი, რადგან კრისტალური სტრუქტურის განადგურებაზე დახარჯული ენერგია არ ანაზღაურდება ხსნარის დროს გამოთავისუფლებული ენერგიით.

თუ ბროლის გისოსების განადგურების ენერგია ნაკლებია ხსნარის ენერგიაზე, მაშინ დაშლის პროცესი იქნება ეგზოთერმული პროცესი, რადგან კრისტალური სტრუქტურის განადგურებაზე დახარჯული ენერგია მთლიანად კომპენსირდება ხსნარის დროს გამოთავისუფლებული ენერგიით. შესაბამისად, ხსნარის ბროლის გისოსების განადგურების ენერგიასა და გამხსნელთან გამხსნელთან ურთიერთქმედების ენერგიას შორის (გახსნა), დაშლის ენერგია შეიძლება იყოს დადებითი ან უარყოფითი.

ამრიგად, როდესაც ნატრიუმის ქლორიდი წყალში იხსნება, ტემპერატურა პრაქტიკულად არ იცვლება, კალიუმის ან ამონიუმის ნიტრატის გახსნისას ტემპერატურა მკვეთრად იკლებს, ხოლო კალიუმის ჰიდროქსიდის ან გოგირდის მჟავას გახსნისას, ხსნარის ტემპერატურა მკვეთრად იზრდება.

წყალში მყარი ნივთიერებების დაშლა ხშირად ენდოთერმული პროცესია, რადგან ხშირ შემთხვევაში ჰიდრატაციის დროს გამოიყოფა ნაკლები სითბო, ვიდრე იხარჯება ბროლის გისოსების განადგურებაზე.

კრისტალური გისოსის ენერგია შეიძლება გამოითვალოს თეორიულად. თუმცა, ჯერ კიდევ არ არსებობს სანდო მეთოდები ხსნარის ენერგიის თეორიული გამოთვლისთვის.

არსებობს გარკვეული კანონზომიერებები, რომლებიც დაკავშირებულია ნივთიერებების ხსნადობასთან მათ შემადგენლობასთან.

ერთი და იგივე ანიონის მარილებისთვის სხვადასხვა კატიონებით (ან პირიქით), ხსნადობა ყველაზე დაბალი იქნება იმ შემთხვევაში, როდესაც მარილი წარმოიქმნება იმავე მუხტისა და დაახლოებით იგივე ზომის იონების მიერ, რადგან ამ შემთხვევაში იონური კრისტალური მედის ენერგია მაქსიმალურია.

მაგალითად, პერიოდული ცხრილის მეორე ჯგუფის ელემენტების სულფატების ხსნადობა მცირდება ქვეჯგუფის მიხედვით ზემოდან ქვემოდან (მაგნიუმიდან ბარიუმამდე). ეს აიხსნება იმით, რომ ბარიუმის და სულფატის იონები ზომით ყველაზე მეტად ჰგვანან ერთმანეთს. მაშინ როცა კალციუმის და მაგნიუმის კათიონები გაცილებით მცირეა ვიდრე SO 4 2- ანიონები.

ამ ელემენტების ჰიდროქსიდების ხსნადობა, პირიქით, იზრდება მაგნიუმიდან ბარიუმამდე, რადგან მაგნიუმის კათიონებისა და ჰიდროქსიდის ანიონების რადიუსი თითქმის იგივეა, ხოლო ბარიუმის კათიონები ზომით ძალიან განსხვავდება მცირე ჰიდროქსილის ანიონებისგან.

თუმცა, არსებობს გამონაკლისები, მაგალითად, კალციუმის, სტრონციუმის, ბარიუმის ოქსალატებისა და კარბონატების და ა.შ.

1) ტემპერატურის ცვლილების გამოყენებით დაშლის დროს.

სხეულის გაცხელების ან გაგრილებისას გამოთავისუფლებული ენერგიის რაოდენობა გამოითვლება განტოლების (1.2) გამოყენებით:

, (1.2)

სადაც ∆Н sol. – ნივთიერების დაშლის ენერგია, კჯ/მოლი;

c A - ნივთიერების სპეციფიკური სითბოსტევადობა A, J/(g∙K);

მ 1 - ნივთიერების მასა A, g;

∆T – ტემპერატურის ცვლილება, გრადუსი.

მაგალითი 1.1 როდესაც 8 გ ამონიუმის ქლორიდი იხსნება 291 გ წყალში, ტემპერატურა მცირდება 2 0-ით. გამოთვალეთ NH 4 C1-ის წყალში დაშლის სითბო, მიღებული ხსნარის სპეციფიკური სითბოს აღებით, რომელიც უდრის წყლის სითბურ ტევადობას 4,1870 J/(g*K).

გამოსავალი:

განტოლების (1.2) გამოყენებით ვიანგარიშებთ 291 გ წყლის მიერ შთანთქმულ ენერგიას 8 გ NH 4 C1-ის გახსნისას, რადგან ამ შემთხვევაში ტემპერატურა მცირდება 2 0 C-ით, შემდეგ: ∆Н sol. = -(4.187∙291∙(-2)) = 2436.8 ჯ.

NH 4 C1-ის დაშლის ენთალპიის დასადგენად, ჩვენ ვადგენთ პროპორციას, M (NH 4 C1) = 53,49 გ/მოლი:

8გ NH 4 Cl - 2436,8 ჯ

53,49გ NH 4 C1 - x J

x = 1629,3 ჯ = 16,3 კჯ. შესაბამისად, NH 4 C1-ის დაშლას თან ახლავს სითბოს შთანთქმა.

2) ჰესის კანონის დასკვნის გამოყენებით: ქიმიური რეაქციის თერმული ეფექტი (ΔH 0 c.r.) უდრის რეაქციის პროდუქტების წარმოქმნის სითბოს (ენთალპიების) ჯამს (ΔH 0 o 6р. . npo d.) გამოკლებული სითბოების (ენთალპიების) ჯამი. საწყისი ნივთიერებების წარმოქმნა (ΔH 0 arr. ref.) რეაქციის განტოლებაში ამ ნივთიერებების ფორმულების წინ კოეფიციენტების გათვალისწინებით.

ΔН 0 სთ.= ΣΔΝ 0 დაბრუნების პროდ - Σ ΔΝ 0 დაბრუნების, (1.3)

მაგალითი 1.2 გამოთვალეთ განზავებულ მარილმჟავაში ალუმინის დაშლის რეაქციის თერმული ეფექტი, თუ რეაქციაში მყოფი ნივთიერებების წარმოქმნის სტანდარტული სიცხეები ტოლია (კჯ/მოლი): ∆H 0 (HC1) ( აკ ) = - 167,5; ∆Н 0 А1С1 3 (а q) = -672,3.

გამოსავალი: მარილმჟავაში A1-ის დაშლის რეაქცია მიმდინარეობს განტოლების მიხედვით 2A1 + 6HC1 (aq) = 2AlCl 3 (aq) + 3H 2. ვინაიდან ალუმინი და წყალბადი მარტივი ნივთიერებებია, მაშინ მათთვის ΔН 0 =0 კჯ/მოლი, დაშლის რეაქციის თერმული ეფექტი უდრის:

∆Н 0 298 =2∙∆Н 0 А1С1 3 (а q) -6∙∆Н 0 НС1 (aq)

∆Н 0 298 =2∙(-672,3)-6∙(-167,56)=-339,2 კჯ.

ჰესის კანონის შედეგების გამოყენებით, შეიძლება განისაზღვროს დაშლის რეაქციის წარმოშობის შესაძლებლობა. ამ შემთხვევაში აუცილებელია გიბსის ენერგიის გამოთვლა.

მაგალითი 1.3 გაიხსნება თუ არა სპილენძის სულფიდი განზავებულ გოგირდმჟავაში, თუ რეაქტორების გიბსის ენერგია ტოლია (კჯ/მოლი): ∆G 0 (CuS (k)) = -48,95; ∆G 0 (H 2 SO 4 (aq)) = -742.5; ∆G 0 (CuSO 4 (aq)) = -677,5, ∆G 0 (H 2 S (გ)) = -33,02.

გამოსავალი. პასუხის გასაცემად, თქვენ უნდა გამოთვალოთ ∆G 0 298 დაშლის რეაქცია. განზავებულ H 2 SO 4-ში CuS-ის დაშლის შესაძლო რეაქცია მიმდინარეობს განტოლების მიხედვით:

CuS (k) + H 2 SO 4 (aq) = CuSO 4 (aq) + H 2 S (გ)

∆G 0 298 =∆G 0 (CuSO 4(aq)) + ∆G 0 (H 2 S (g)) -∆G 0 (CuS (K)) -∆G 0 (H 2 SO 4 (aq))

∆G 0 298 = -677,5-33,02 + 742,5 + 48,95 =80,93 კჯ/მოლ.

ვინაიდან ∆G>0 რეაქცია შეუძლებელია, ე.ი. CuS არ იხსნება განზავებულ H 2 SO 4 - ში .

ჰიდრატაციის სითბო ∆Н 0 ჰიდრატი. - 1 მოლი ხსნარის გამხსნელთან - წყალთან ურთიერთქმედებისას გამოთავისუფლებული სითბო.

მაგალითი 1.4. როდესაც 52,06 გ BaCl 2 იხსნება 400 მოლ H 2 O-ში, გამოიყოფა 2,16 კჯ სითბო, ხოლო როდესაც 1 მოლი BaC1 2 ∙2H 2 O იხსნება 400 მოლ H 2 O-ში, შეიწოვება 18,49 კჯ სითბო. . გამოთვალეთ უწყლო BaCl 2-ის ჰიდრატაციის სითბო,

გამოსავალი. უწყლო BaCl 2-ის დაშლის პროცესი შეიძლება წარმოდგენილი იყოს შემდეგნაირად:

ა) უწყლო მარილის BaCl 2 ჰიდრატაცია

BaC1 2 +2H 2 O = BaC1 2 ∙2H 2 O; ∆H ჰიდრ.<0

ბ) წარმოქმნილი ჰიდრატის დაშლა

BaCl 2 ∙2H 2 O+aq* → BaCl 2 ∙2H 2 O (aq); ∆N rast. >0

სითბოს ∆H 0 გამოთავისუფლებული უწყლო BaCl 2-ის დაშლის დროს უდრის ამ ორი პროცესის თერმული ეფექტის ალგებრულ ჯამს:

∆Н 0 == ∆Н 0 ჰიდრ +∆Н 0 sol; ∆H 0 ჰიდრ = ∆H 0 - ∆H 0 ხსნარი

უწყლო ბარიუმის ქლორიდის ჰიდრატაციის სიცხის გამოსათვლელად აუცილებელია BaCl 2 ხსნარის სითბოს განსაზღვრა იგივე პირობებისთვის, რაც BaCl 2 ∙2H 2 O, ანუ 1 მოლი BaCl 2 (ხსნარი ორივე შემთხვევაში უნდა აქვთ იგივე კონცენტრაცია); M(BaCl 2) = 208,25 გ/მოლი

52,06 გ BaCl 2 - 2,16 კჯ

208,25 გ BaCl 2 - x kJ

x=8,64 კჯ/მოლ. მაშასადამე, ∆Н ​​sol = -8,64 კჯ/მოლ.

მაშინ ∆H ჰიდრ =18,49+8,64 =27,13 კჯ/მოლი.