Теплота разбавления - Heat of dilution

В теплота растворения, или же энтальпия растворения, относится к энтальпия изменение, связанное с процессом разбавления компонента в решение при постоянном давлении. Если исходное состояние компонента представляет собой чистую жидкость (предполагается, что раствор жидкий), процесс разбавления равен его растворение процесс и теплота разбавления такая же, как теплота раствора. Обычно теплота разбавления равна нормализованный посредством число родинок решения и его единицы измерения - энергия на единицу массы или количества вещества, обычно выражаемая в кДж / моль (или Дж / моль).

Определение

Теплота растворения может быть определена с двух точек зрения: дифференциальная теплота и интегральная теплота.

Дифференциальная теплота разбавления рассматривается в микромасштабе, что связано с процессом, в котором небольшое количество растворителя добавляется к большому количеству раствора. В молярная дифференциальная теплота растворения таким образом определяется как энтальпия изменение, вызванное добавлением моля растворителя при постоянной температуре и давлении в очень большое количество раствора. Из-за небольшого количества добавляемой концентрации концентрация разбавленного раствора практически не меняется. Математически молярная дифференциальная теплота разбавления обозначается как:^[1]

${\displaystyle {\begin{aligned}\ \ \ \ \ \ \ \ \Delta _{dil}^{d}H=\left({\frac {\partial \Delta _{dil}H}{\partial \Delta n_{i}}}\right)_{T,p,n_{B}}\end{aligned}}}$

где ∂∆n_я бесконечно малое изменение или дифференциал число родинок разбавления.

Однако интегральная теплота разбавления рассматривается в макроуровне. Что касается интегральной теплоты, рассмотрим процесс, в котором определенное количество раствора разбавляется от начальной до конечной. В энтальпия изменение этого процесса, нормализованное число родинок растворенного вещества, оценивается как молярная интегральная теплота растворения. Математически интегральная молярная теплота растворения обозначается как:

${\displaystyle {\begin{aligned}\ \ \ \ \ \ \ \ \Delta _{dil}^{i}H={\frac {\Delta _{dil}H}{n_{B}}}\end{aligned}}}$

Если к раствору с известной концентрацией растворенного вещества добавляется бесконечное количество растворителя, соответствующее изменение энтальпии называется интегральной теплотой разбавления до бесконечного разбавления.^[2]

Разбавление между двумя концентрациями растворенного вещества связано с промежуточной теплотой разбавления на моль растворенного вещества.

Разбавление и растворение

Процесс растворение и процесс разбавления тесно связаны друг с другом. В обоих процессах достигаются схожие конечные состояния решений. Однако исходные статусы могут быть разными. В процессе растворения растворенное вещество превращается из чистой фазы - твердой, жидкой или газовой - в фазу раствора. Если чистая фаза растворенного вещества представляет собой твердое вещество или газ (при условии, что сам растворитель является жидкостью), процесс можно разделить на две стадии: фазовый переход в жидкость и смешивание жидкостей. Процесс растворения обычно выражается как:

${\displaystyle {\begin{aligned}\ \ \ \ \ \ \ \ {\textrm {solute(s,l,g)}}+{\textrm {solvent(l)}}\rightarrow {\textrm {solute(l)}}+{\textrm {solvent(l)}}\rightarrow {\textrm {solute(sln)}}+{\textrm {solvent(sln)}}\end{aligned}}}$

Обозначение «sln» означает «раствор», который представляет состояние растворителя или растворенного вещества, входящего в состав раствора.

С другой стороны, в процессе разбавления раствор меняется с одной концентрации на другую, что показано как:

${\displaystyle {\begin{aligned}\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ {\textrm {solute(sln}}_{1}{\textrm {)}}+{\textrm {solvent(sln}}_{1}{\textrm {)}}\rightarrow {\textrm {solute(sln}}_{2}{\textrm {)}}+{\textrm {solvent(sln}}_{2}{\textrm {)}}\end{aligned}}}$

Рассмотрим экстремальные условия для процесса разбавления. Пусть исходным состоянием будет чистая жидкость. Затем процесс разбавления описывается как:

${\displaystyle {\begin{aligned}\ \ \ \ \ \ \ \ \ {\textrm {solute(l)}}+{\textrm {solvent(l)}}\rightarrow {\textrm {solute(sln)}}+{\textrm {solvent(sln)}}\end{aligned}}}$

Стоит отметить, что это выражение - лишь вторая стадия процесса растворения. Другими словами, если растворенное вещество, которое должно быть растворено, и исходный «раствор», который необходимо разбавить, являются жидкостями, процессы растворения и разбавления идентичны.

Шаги в разбавлении

Если смотреть с микроскопической точки зрения, процессы растворения и разбавления включают три этапа молекулярного взаимодействия: нарушение притяжения между молекулами растворенного вещества (энергия решетки ), нарушение притяжения между молекулами растворителя и формирование притяжения между растворенным веществом и молекулой растворителя. Если раствор идеален, что означает, что растворенное вещество и растворитель идентичны во взаимодействии, тогда все виды притяжения, упомянутые выше, имеют одинаковую ценность. В результате изменение энтальпии, вызванное разрушением и образованием притяжения, отменяется, и разбавление идеального раствора не вызывает изменения энтальпии.^[3]

Однако, если растворенное вещество и растворитель нельзя рассматривать одинаково, если рассматривать их с точки зрения молекулярного притяжения, что делает раствор неидеальным, чистое изменение энтальпии не равно нулю. Другими словами, теплота растворения является следствием неидеальности раствора.

Примеры кислот

Интегральные теплоты разбавления до бесконечного разбавления некоторых кислот в водных растворах показаны в следующей таблице.^[2]

${\displaystyle -\Delta _{m}H(dil)}$ в кДж / моль при 25 ° C
м	Dil. соотношение	HF	HCl	HClO4	HBr	ЗДРАВСТВУЙ	HNO3	CH2О2	C2ЧАС4О4
55.506	1.0		45.61		48.83		19.73	0.046	2.167
5.5506	10	13.66	5.841	-0.490	4.590	3.577	1.540	0.285	1.477
0.5551	100	13.22	1.234	0.050	0.983	0.736	0.502	0.184	0.423
0.0555	1000	12.42	0.427	0.259	0.385	0.351	0.318	0.121	0.272
0.00555	10000	8.912	0.142	0.126	0.130	0.121	0.130	0.105	0.243
0.000555	100000	3.766	0.042	0.042	0.038	0.038	0.046	0.054	0.209
0	∞	0	0	0	0	0	0	0	0

Рекомендации

1. H. DeVoe, "Реакции других химических процессов", в Термодинамика и химия, 2-е изд. Лондон, Великобритания: Pearson Education, 2001, стр. 303-366.
2. Паркер В. Б. «Теплоты разбавления» в сб. Тепловые свойства водных одновалентных электролитов, Вашингтон, округ Колумбия: Типография правительства США, 1965, стр. 10-19.
3. П. Аткинс и Дж. Д. Паула, «Простые смеси», в Физическая химия, 8-е изд. Нью-Йорк: W.H. Фримен и компания, 2006, стр. 137-173.