Гидратная теория растворов

Для понимания сущности процессов растворения и природы растворов большое значение имеет гидратная (сольватная) теория растворов, которую разработал Д. И. Менделеев. Термин «гидратная» применяют в случае, если растворитель — вода. Если растворителями являются другие вещества (бензин, бензол, ацетон и т. д.), то используют термин «сольватная».

Согласно этой теории растворитель и растворенное вещество при растворении не смешиваются механически, а частицы растворенного вещества (молекулы или ионы) вступают в химическое взаимодействие с молекулами растворителя, при этом образуются сольваты (для всех растворителей, кроме воды), а если растворитель вода, то возникают гидраты. Следовательно, растворение — это физико-химический процесс, состоящий из двух процессов.

• 1. Процесс физического разрушения структуры растворяемого вещества, протекающий с поглощением энергии (+Д//).
• 2. Процесс химического взаимодействия частиц растворяемого вещества с молекулами растворителя, который протекает с выделением энергии (-АН).

Реализация двух таких процессов предполагает наличие трех видов тепловых эффектов при растворении различных веществ.

• 1. Экзотермическое растворение вещества сопровождается выделением энергии (АН < 0). Такой эффект наблюдается в случае, когда энергия разрушения структуры растворяемого вещества невелика, а теплота гидратации (сольватации) — значительна. Такой тепловой эффект наблюдается при растворении серной кислоты в воде, которое сопровождается сильным разогреванием раствора (раствор может кипеть), что нужно учитывать при проведении экспериментов с концентрированной серной кислотой.
• 2. Эндотермическое растворение вещества сопровождается поглощением энергии (АН > 0). Подобные эффекты наблюдаются тогда, когда энергия разрушения структуры растворяемого вещества очень велика, а энергия сольватации — мала, например при растворении нитрата калия в воде (дно стеклянного стакана с раствором примерзает к мокрой стеклянной пластинке).
• 3. Тепловой эффект (или очень мал или близок к нулю) наблюдается тогда, когда энергия разрушения структуры растворяемого вещества и энергия сольватации примерно одинаковы. Такой тепловой эффект характерен для растворения хлорида натрия в воде.

Существование в природе таких эффектов растворения доказывает правильность гидратной теории. Реальность гидратной теории растворов доказывает также и существование кристаллогидратов.

Кристаллогидраты — вещества, являющиеся продуктами взаимодействия соли и воды или гидроксида и воды, в которых молекулы воды химически связаны с частицами, образующими соль или гидроксид за счет донорно-акцепторной связи.

Большое практическое значение имеют купоросы, квасцы и другие кристаллогидраты.

Купоросы — кристаллогидраты некоторых сульфатов металлов, например железный купорос FeS0₄ • 7Н₂0, медный купорос CuS0₄ • 5Н₂0 и т. д.

Квасцы — кристаллогидраты двойных солей, в составе которых содержатся разные металлы, например железокалиевые квасцы KFe (S0₄)₂ • 12Н₂0 или K₂S0₄ • Fe₂(S0₄)₃ • 24Н₂0.

Знак «•» в формуле вещества (кристаллогидрата, купороса) означает, что с 1 моль соли химически связано указанное в формуле число моль воды. При нахождении молярной массы таких веществ проводят сложение молярной массы соли с числом молярных масс воды, указанных в формуле.

Гидратная теория растворов позволяет объяснить механизм электролитической диссоциации различных веществ.

• ? Задания для самостоятельной работы
• 1. Назовите виды физико-химических процессов, протекающих при растворении веществ.
• 2. Назовите и кратко охарактеризуйте особенности тепловых эффектов растворения.
• 3. Назовите важнейшие доказательства правильности гидратной теории растворов и автора этой теории.
• 4. На конкретных примерах поясните практическое значение гидратной теории.
• 5. Рассчитайте молярную массу железного купороса и массовую долю безводной соли в нем. Ответ: 278 г/моль, 54,68%.