Номер 683, страница 119 - гдз по химии 8 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

683. Почему при растворении одних веществ теплота выделяется, а при растворении других — поглощается?

Решение

Процесс растворения является сложным физико-химическим явлением, которое включает в себя как физические, так и химические взаимодействия. Тепловой эффект растворения (выделение или поглощение теплоты) зависит от соотношения энергий, затрачиваемых на разрыв связей в исходных веществах, и энергий, выделяющихся при образовании новых связей в растворе.

Этот процесс можно условно разделить на два основных этапа:

1. Разрушение структуры растворяемого вещества. Для того чтобы вещество растворилось, необходимо преодолеть силы взаимодействия между его частицами (ионами или молекулами). Например, в случае растворения кристаллического вещества нужно разрушить его кристаллическую решетку. Этот процесс всегда требует затрат энергии, то есть он является эндотермическим (протекает с поглощением теплоты). Обозначим эту затраченную энергию как $Q_1$.
2. Взаимодействие частиц растворяемого вещества с молекулами растворителя (сольватация). Освободившиеся частицы растворяемого вещества взаимодействуют с молекулами растворителя, образуя так называемые сольватные (или гидратные, если растворитель — вода) оболочки. Этот процесс образования новых связей всегда сопровождается выделением энергии, то есть он является экзотермическим. Обозначим эту выделившуюся энергию как $Q_2$.

Суммарный тепловой эффект растворения, $Q_{раств}$, определяется разницей между количеством теплоты, выделившейся при сольватации ($Q_2$), и количеством теплоты, поглощенной при разрушении структуры растворяемого вещества ($Q_1$):

$Q_{раств} = Q_2 - Q_1$

Отсюда возможны два случая:

• Если энергия, выделяющаяся при сольватации, больше энергии, затрачиваемой на разрушение кристаллической решетки ($Q_2 > Q_1$), то суммарный процесс является экзотермическим. Избыток энергии выделяется в виде теплоты, и раствор нагревается. Примерами таких процессов являются растворение в воде серной кислоты ($H_2SO_4$) или гидроксида натрия ($NaOH$).
• Если энергия, затрачиваемая на разрушение кристаллической решетки, больше энергии, выделяющейся при сольватации ($Q_1 > Q_2$), то суммарный процесс является эндотермическим. Для разрушения связей система забирает теплоту из окружающей среды (из самого раствора), и раствор охлаждается. Примерами являются растворение в воде нитрата аммония ($NH_4NO_3$) или нитрата калия ($KNO_3$).

В некоторых случаях, когда эти энергии примерно равны ($Q_1 \approx Q_2$), заметного изменения температуры при растворении не происходит, как, например, при растворении поваренной соли ($NaCl$) в воде.

Ответ: Выделение или поглощение теплоты при растворении зависит от соотношения двух энергетических процессов: затрат энергии на разрушение связей в растворяемом веществе (эндотермический процесс) и выделения энергии при образовании новых связей между частицами растворяемого вещества и молекулами растворителя (экзотермический процесс). Если при образовании новых связей выделяется больше энергии, чем тратится на разрыв старых, то в целом теплота выделяется, и раствор нагревается. Если же на разрыв связей тратится больше энергии, чем выделяется при образовании новых, то теплота поглощается из окружающей среды, и раствор охлаждается.