Термодинамика процесса растворения

С позиции термодинамики вещество может растворяться в жидкости самопроизвольно при р, Т — const, если в результате этого процесса энергия Гиббса системы уменьшается, т. е. G_раств < 0. Изменение энергии Гиббса в процессе растворения вещества равно:

Проанализируем влияние энтальпийного (H_раств) и энтро­пийного (T S_pacTB) факторов на процесс растворения веществ.

В процессе растворения вещества в воде энтальпия системы может как увеличиваться ( H_раств > 0), например при раство­рений соли NH₄N0₃ (эндотермический процесс), так и умень­шаться ( H_раств < 0), например при растворении H₂S0₄ (экзотермический процесс). Изменение энтальпии системы при рас­творении вещества слагается из ее изменения в результате раз­рушения структуры вещества ( H_структ) и за счет сольватации его частиц растворителем (АH_сольв):

Процесс сольватации молекул или ионов всегда экзотерми­ческий ( H_С0ЛЬВ < 0), так как сопровождается образованием связей. Процесс разрушения структуры вещества - эндотермический ( Hструкт > 0).

При растворении твердых веществ с молекулярной кри­сталлической решеткой или жидкостей, где межмолекулярные связи не очень прочные, обычно | H_структ| < | H_сольв |-Поэтому растворение таких веществ, как сахар, спирт, глицерин и серная кислота, является экзотермическим процессом ( H_раств < 0).

Теперь рассмотрим влияние энтропийного фактора на про­цесс растворения. При растворении жидких и твердых веществ обычно происходит их переход из более упорядоченного в ме­нее упорядоченное состояние, т. е. энтропия системы возраста­ет ( S_paCTB > 0). Следовательно, энтропийный фактор, особенно при повышенных температурах, будет способствовать растворе­нию. Поэтому растворимость твердых и жидких веществ при нагревании, как правило, увеличивается.

При растворении газов в жидкости происходит переход в более упорядоченное состояние, т. е. энтропия системы умень­шается ( S_paCTB < 0). Поэтому понижение температуры благо­приятствует растворению газов, так как произведение T S уменьшается, а кроме того этот процесс обычно экзотермичес­кий ( H_раств < 0).