Термодинамика процесса растворения.
С термодинамической точки зрения процесс растворения вещества в каком-либо растворителе будет протекать самопроизвольно происходит, если происходит уменьшение энергии Гиббса (ΔG<0)
ΔG=ΔH-TΔS
Рассмотрим влияние энтальпийного и энтропийного факторов на величину приращения энергии Гиббса Δ G в процессе растворения веществ.
1.Влияние энтальпийного фактора. В процессе растворения вещества энтальпия системы может повышаться пли понижаться. Как известно, ΔH зависит от изменения объема системы:
ΔH=ΔE+pΔV. При растворении твердых и жидких веществ объем системы практически не изменяется. Поэтому ΔV=0, следовательно ΔH=ΔЕ,тогда ΔG=ΔE-TΔS. Таким образом, если при растворении вещества обьем системы практически не меняется, то решающим фактором, влияющим на величину ΔH, а следовательно, и на величину ΔG, будет изменение внутренней энергии системы ΔE. Теплота, выделяемая или поглощаемая при растворении 1 моль вещества называется теплотой растворения Qраств. В соотвеоствии с первым началом термодинамики Qраств=ΔHраств.
Изменение энтальпии растворения (ΔH) - это изменение энтальпии при растворении 1 моль вещества.
ΔHраств=ΔHкрист ΔHсол
ΔHкрист (кристаллическое) - это изменение энтальпии при разрушении кристаллической решетки вещества. Разрушение кристаллической структуры вещества является эндотермическим процессом, поэтому ΔHкрист>0.
ΔHсол (сольватации) - это изменение энтальпии в процессе сольватации. Сольватация - это процесс взаимодействия частиц растворенного вещества с молекулами растворителя. Это экзотермический процесс, т.е. ΔHсол<0.
При растворении газообразных веществ ΔHкрист=0, поэтому энтальпия растворения ΔHраств=ΔHсол, следовательно ΔHраств>0, т.е. растворение газов является экзотермическим процессом.
При растворении веществ с молекулярной кристаллической решеткой, а также жидкостей, ΔHсол>ΔHкрист следовательно, в итоге ΔHраств<0 - есть экзотермический процесс.
При растворении веществ с ионной кристаллической решеткой в большинстве случаев ΔHсол<ΔHкрист поэтому ΔHраств>0 - эндотермический процесс.
2. Влияние энтропийного фактора. При переходе вещества из упорядоченного твердого и жидкого состояния в раствор в системе повышается беспорядок, поэтому энтропия S увеличивается, ΔS>0. Это способствует протеканию процесса растворения, т.к. уменьшает энергию Гиббса, ΔG<0.
Влияние энтропийного фактора на ΔG будет особенно заметным при высоких температурах. Поэтому растворимость твердых и жидких веществ в основном повышается при повышении температуры. При переходе вещества из газообразного состояния в растворенное в системе повышается упорядоченность, поэтому энтропия уменьшается ΔS<0. Влияние энтропийного фактора на ΔG будет минимальным при низких температурах, поэтому растворимость газов в основном повышается при понижении температуры.
Растворимость веществ.
Растворимость веществ - это способность веществ растворяться в том или ином растворителе.
Процесс растворения веществ в каком-либо растворителе будет протекать самопроизвольно до тсх пор, пока в системе установится состояние равновесия. При этом ΔG =0. Такой раствор называют насыщенным. Количественно растворимость веществ характеризуют коэффициентом растворимости, который показывает, сколько грамм вещества растворяется при данной температуре в 100 граммах растворителя с образованием насыщенного раствора.
Насыщенным называется раствор, находящийся в динамическом равновесии с избытком растворенного вещества. На растворимость растворимость веществ влияние следующие факторы:
1. Природа компонентов раствора. Вещества с полярными ковалентнымн связями (напр. хлороводород НСI), а также с ионными связями (напр. бромид калин КВr) лучше растворяются в неполярных растворителям (напр, нафталин лучше растворяется в бензине, чем в воде). На растворимость органических соединений оказывает влияние наличие в их молекулах большого количества гидрофильных полярных групп. Гидрофильность полярных групп в молекулах органических соединений убывает в следующем порядке;
1) карбоксильная группа -СООН;
2) гидроксильная группа -ОН;
3) альдегидная группа -СНО;
4) аминогруппа -NН2;
5) меркаптильная группа -SН.
Хорошая растворимость в воде многих белков обусловлена наличием в их молекулах большого количества гидрофильных полярных групп.