Процесс растворения, его физико-химический смысл. Понятие о кристаллогидраты

Рассмотрим процесс растворения веществ.

Например, если мы добавляем в чай сахар, то можем наблюдать, как количество твердого вещества постепенно уменьшается. Если чай холодный, то сахар растворяется медленно. Наоборот, если чай горячий и размешивается ложечкой, то растворение происходит быстро. Попадая в воду, молекулы сахара, находящиеся на поверхности кристаллов сахарного песка, образуют связи с молекулами воды. При этом с одной молекулой сахара связывается несколько молекул воды.

Тепловое движение молекул воды заставляет связанные с ними молекулы сахара отрываться от кристалла и переходить в толщу молекул растворителя. Молекулы сахара, перешедшие из кристалла в раствор, могут передвигаться по всему объему раствора вместе с молекулами воды благодаря диффузии.

Если раствор нагреть или перемешивать, то диффузия происходит интенсивнее и растворение сахара проходит быстрее. Молекулы сахара распределяются равномерно и раствор становится одинаково сладким по всему объему.

Вещества при растворении не меняются, после выпаривания растворов мы можем получить растворенное вещество в твердом состоянии. При растворении разрушается кристаллическая решетка растворенного вещества и ее частицы перемещаются в растворе, следовательно, растворение — это физический процесс. Для осуществления такого процесса необходимо затратить энергию.

Но когда молекулы растворенного вещества связываются с молекулами воды, то фактически образуются новые химические соединения. Эти молекулярные ассоциаты не имеют постоянного состава. Их общее название — гидраты. Процесс связывания веществ с водой называется гидратацией.

При выпаривании растворов происходит разрушение гидратов и образования кристаллического вещества. Однако некоторые вещества способны образовывать устойчивые гидраты, которые могут содержать воду даже в кристаллическом состоянии. Такие вещества называются кристаллогидратов. Их можно выделить из раствора, осторожно выпаривая воду. В формулах таких веществ кристаллизационная вода указывается после формулы соединения со знаком умножения.

Например: CuSO4 · 5H2O — медный купорос, FeSO4 · 7H2O — железный купорос. Образование гидратов, т.е. новых веществ, свидетельствует, что растворение — химический процесс.

Разобраться в сущности процесса растворения помогает изучение тепловых явлений, происходящих при этом. Известно, что одним из признаков химических реакций является выделение теплоты, а для физических явлений необходимо тратить энергию.

Растворения серной кислоты сопровождается сильным разогревом раствора. Это результат химического взаимодействия между молекулами воды и растворенного вещества — гидратация сопровождается выделением энергии.

А растворения нитрата аммония сопровождается охлаждением раствора. В этом случае на физический процесс разрушения кристаллической решетки тратится больше энергии, чем образуется при получении гидратов.

Приведенные факты говорят о том, что растворение следует считать физико-химическим процессом.

Растворение — это сложный физико-химический процесс, при котором происходит взаимодействие частиц растворителя и вещества, растворяется.