Номер 610, страница 104 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

610. От чего зависит, какой тепловой эффект — экзотермический или эндотермический — будет наблюдаться при растворении вещества в растворителе? Может ли этот эффект измениться при замене растворителя? Поясните свой ответ.

Решение

Тепловой эффект (экзотермический или эндотермический), наблюдаемый при растворении вещества, зависит от соотношения двух основных энергетических процессов:

1. Энергетические затраты на разрушение связей. Это эндотермический процесс ($ΔH_1 > 0$), требующий энергии. Он включает в себя:

   • Разрушение кристаллической решетки растворяемого вещества на отдельные ионы или молекулы (для твердых веществ). Энергия, необходимая для этого, называется энергией кристаллической решетки.

   • Ослабление или разрыв межмолекулярных связей между молекулами самого растворителя, чтобы освободить место для частиц растворяемого вещества.

2. Выделение энергии при образовании новых связей. Это экзотермический процесс ($ΔH_2 < 0$), при котором энергия выделяется. Он заключается во взаимодействии частиц растворяемого вещества с молекулами растворителя. Этот процесс называется сольватацией (если растворитель — вода, то гидратацией).

Суммарный тепловой эффект растворения, или энтальпия растворения ($ΔH_{раств}$), является алгебраической суммой энтальпий этих двух процессов:

$ΔH_{раств} = ΔH_1 + ΔH_2$

• Если энергия, выделившаяся при сольватации, по абсолютной величине больше энергии, затраченной на разрушение связей ($|ΔH_2| > |ΔH_1|$), то суммарный процесс является экзотермическим ($ΔH_{раств} < 0$), и раствор нагревается. Пример: растворение концентрированной серной кислоты или гидроксида натрия в воде.

• Если энергия, выделившаяся при сольватации, по абсолютной величине меньше энергии, затраченной на разрушение связей ($|ΔH_2| < |ΔH_1|$), то суммарный процесс является эндотермическим ($ΔH_{раств} > 0$), и раствор охлаждается. Пример: растворение нитрата аммония или хлорида калия в воде.

Да, этот эффект может измениться при замене растворителя.

Это происходит потому, что энергия сольватации ($ΔH_2$) сильно зависит от природы как растворяемого вещества, так и растворителя. Силы взаимодействия между частицами растворенного вещества и молекулами нового растворителя будут иными.

Например, ионное соединение, такое как хлорид натрия ($NaCl$), хорошо растворяется в полярном растворителе, как вода, с небольшим поглощением тепла (эндотермический эффект). Молекулы воды эффективно гидратируют ионы $Na^+$ и $Cl^-$, выделяя значительное количество энергии. Однако, если попытаться растворить хлорид натрия в неполярном растворителе, например, в бензоле, энергия сольватации будет очень низкой, так как молекулы бензола слабо взаимодействуют с ионами. В результате, энергия, затраченная на разрушение решетки, не будет скомпенсирована, и растворение практически не произойдет. Даже если бы оно произошло, тепловой эффект был бы совершенно иным (сильно эндотермическим).

Таким образом, замена растворителя напрямую изменяет величину энергии сольватации ($ΔH_2$), что, в свою очередь, изменяет знак и величину суммарного теплового эффекта растворения ($ΔH_{раств}$).

Ответ: Тепловой эффект при растворении зависит от соотношения энергии, затраченной на разрушение связей в растворяемом веществе и растворителе, и энергии, выделяющейся при их взаимодействии (сольватации). Если при сольватации выделяется больше энергии, чем тратится на разрушение связей, процесс экзотермический. Если меньше — эндотермический. При замене растворителя тепловой эффект может измениться, так как изменится энергия сольватации, которая зависит от природы и растворителя, и растворяемого вещества.