Процесс термодинамического растворения – это явление, которое непосредственно связано с диффузией, то есть с хаотичным распределением элементарных частиц одного вещества между элементами другого.
Рисунок 1. Термодинамика процесса растворения. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
В итоге преобразования общей структуры компонентов при внезапном переходе из индивидуального состояния в раствор кардинально изменяются свойства концепции.
Растворение в термодинамике возможно рассматривать как комплексность химических и физических явлений, разделяя его на три основные процесса:
- Разрушение всех межмолекулярных взаимосвязей в растворяющихся жидкостях, газах или твердых телах, требующее существенных затрат энергии и происходящее с увеличением беспорядка $(DН_1 > 0, DS > 0)$. В физике данный процесс носит название фазового перехода.
- Химическое взаимодействие самого растворителя с распределяющим веществом, а также с возникновением новых соединений, сопровождающееся выделением внутренней энергии и уменьшением беспорядка $(DH_2$
- Самопроизвольное изменение раствора и равномерное распределение частиц в растворителе, напрямую связанное с диффузией и требующее затраты напряжения $(DH_3 > 0, DS > 0)$. Указанный физический эффект представляет собой диффузию.
Суммарная энтальпия происходящего в определенной системе процесса растворения записывается так: $(DH = DH_1 + DH_2 + DH_3)$.
Особенности протекания процесса растворения в термодинамике
Рисунок 2. Термодинамика образования растворов. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Растворение в термодинамике протекает практически всегда самопроизвольно $(DG
В такой термодинамической системе очень долго могут сосуществовать без каких-либо преобразований раствор и избыток растворяемого элемента.
Равновесное положение может быть незначительно нарушено только после изменения начальной температуры, давления или введения других важных веществ.
Растворимость в термодинамике равна его итоговой концентрации в насыщенном растворе. Растворение небольших кристаллических веществ часто идет параллельно с поглощением внутренней теплоты ($DH > 0$ - затрата энергетического потенциала на разрыв химических взаимосвязей) и обычно сопровождается увеличением энтропии ($DS > 0$ – увеличение количества частиц). Согласно формуле Гиббса, $DG = DH – TDS$, тогда самопроизвольному протеканию процесса растворения кристаллических соединений в воде помогают крайне высокие температуры. Однако растворимость некоторых веществ, автоматически снижается с ростом температуры, так как $DS$
Например, уменьшение растворимости кислорода в воде с увеличением общей температуры - один из нежелательных эффектов, который называется в термодинамике "тепловым загрязнением" ручьев и озер.
Это явление имеет особо серьезное значение для наиболее глубоких озер. Плотность теплой воды значительно меньше плотности холодной, поэтому теплая вода не перемешивается с холодной и остается на поверхности. Это затрудняет дальнейшее растворение кислорода в самых глубоких слоях воды и таким образом демонстрирует губительное воздействие на все формы жизни в воде.
Растворимость газов в жидкостях всегда увеличивается с повышением давления. (Это возможно обнаружить в производстве газированной воды). Растворимость жидкостей в жидкостях обычно повышается с изменением температуры и практически не зависит от первоначального давления.
Зависимость термодинамического растворения от внешних факторов
На термодинамическую растворимость оказывает воздействие природа самого растворителя. Наибольший эффект достигается тогда, когда «аналогичное растворяется в аналогичном», - эта закономерность установлена еще алхимиками.
Так, например, малополярные и неполярные физические соединения полностью растворяются в подобных растворителях и менее растворимы в высоко-полярных растворителях.
Посторонние вещества также значительно влияют на растворимость, так как непосредственно связывают растворитель, постепенно уменьшая его начальную концентрацию. Этим можно объяснить «эффект высаливания», заключающийся в том, что из насыщенного вещества выпадает определенный осадок при добавлении в него постороннего элемента.
В первом ускорении частицы подразделяются на малорастворимые, растворимые и практически не растворимые.
Более точные определения приводятся в справочной тематической литературе, при этом растворимость всех веществ выражается универсальной величиной – произведением и реализацией на практике растворимости. Теперь следует рассмотреть воздействие энтропийного фактора на процесс растворения. При растворении твердых веществ и жидкостей обычно происходит их плавный переход из более упорядоченного в менее стабильное состояние, то есть энтропия концепции увеличивается.
Следовательно, энтропийное влияние, особенно при повышенных температурах, будет в итоге способствовать растворению. Поэтому растворимость веществ при медленном нагревании, как правило, возрастает. При растворении идеальных газов в жидкости наблюдается переход в более упорядоченное состояние, следовательно, энтропия системы уменьшается. Поэтому понижение температуры способствует растворению веществ, а сам процесс обычно экзотермический.
Растворимость веществ
Рисунок 3. Растворимость веществ. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Растворимость веществ - это возможность физических веществ растворяться в том или ином растворителе.
Процесс растворения частиц протекает самопроизвольно до тех пор, пока в термодинамической системе установится состояние равновесия. При этом $ΔG =0$. Такой раствор обычно насыщенный, растворимость веществ количественно характеризуют параметром растворимости, который демонстрирует, сколько грамм исследуемого объекта растворяется при конкретной температуре в 100 граммах растворителя с возникновением насыщенного раствора.
Насыщенным называется такой раствор, который находится в постоянном динамическом равновесии с избытком растворенного элемента. На растворимость материальных веществ воздействуют следующие факторы:
- Природа действующих компонентов раствора.
- Вещества с полярными ковалентными и ионными взаимосвязями. Эти элементы лучше растворяются в неполярных растворителях.
- Большое количество полярных гидрофильных групп. Гидрофильность полярных групп в молекулах органических химических соединений всегда уменьшается с повышением температуры.
Хорошая растворимость в воде огромного количества белков обусловлена наличием в их атомах гидрофильных групп. Растворы в термодинамике имеют важное практическое значение в жизни и практической деятельности ученых. Так, простые процессы усвоения пищи напрямую связаны с транспортировкой питательных веществ в раствор. Растворами в физике считаются все физиологические жидкости такие как, лимфа и кровь. В основе многих современных производств лежат химические явления, имеющие отношение к использованию или производству растворов.
