Rozpuszczanie

Sól rozpuszczana w wodzie

Rozpuszczanie (rozpuszczanie fizyczne)[1] – proces fizykochemiczny polegający na takim zmieszaniu ciała stałego, gazu lub cieczy w innej cieczy lub gazie, że powstaje jednorodna, niemożliwa do rozdzielenia metodami mechanicznymi mieszanina. Mieszanina taka nazywana jest roztworem, zaś substancja, w której to się odbywa, nazywana jest rozpuszczalnikiem.

Proces rozpuszczania fizycznego nie jest uważany za reakcję chemiczną, gdyż w wyniku interakcji między substancją rozpuszczaną a rozpuszczalnikiem nie powstają nowe trwałe wiązania chemiczne. Niemniej rozpuszczaniu mogą towarzyszyć procesy rozpadania i tworzenia się nietrwałych wiązań wodorowych, generowanie jonów i struktur nadcząsteczkowych. Procesy te są nazywane solwolizą, solwatacją i dysocjacją elektrolityczną. Jednak główną siłą napędową procesów rozpuszczania są pozostałe, słabe oddziaływania międzycząsteczkowe między substancją rozpuszczaną i rozpuszczalnikiem oraz dążenie układu do osiągnięcia jak najwyższej entropii i jak najniższej energii wewnętrznej.

Jeżeli rozpuszczaniu towarzyszy reakcja chemiczna lub elektrochemiczna, w wyniku której następuje trwała zmiana składu chemicznego, proces ten nazywa się odpowiednio rozpuszczaniem chemicznym (roztwarzaniem) lub rozpuszczaniem elektrochemicznym[1].

Procesom rozpuszczania towarzyszą często efekty cieplne i niemal zawsze wzrost entropii układu. Czasami może się jednak zdarzyć, że w trakcie rozpuszczania dochodzi do samoporządkowania się układu i spadku jego entropii, musi to być jednak skompensowane przez wzrost entropii otoczenia.

Ciepło rozpuszczania, czyli sumaryczny efekt cieplny procesu rozpuszczania, zależy od bilansu energii zanikania oddziaływań występujących w wyjściowej substancji rozpuszczanej i powstawania nowych oddziaływań między substancją rozpuszczaną i rozpuszczalnikiem. W zależności od tego, który z tych procesów przeważa energetycznie w określonym układzie substancja rozpuszczana-rozpuszczalnik, proces rozpuszczania może prowadzić do oziębienia (proces endoenergetyczny) lub ogrzania się (proces egzoenergetyczny) całego układu.

Na przykład, gdy rozpuszcza się kryształ chlorku potasu w wodzie, w pierwszym etapie dochodzi do zrywania wiązań jonowych między jonami chlorkowymi (Cl–) i potasowymi (K+), który wymaga wydatkowania energii cieplnej i prowadzi do wzrostu entropii całego układu. W drugim etapie „wyrwane” z kryształu jony są solwatowane, tzn. tworzy się otoczka cząsteczek wody dookoła obu jonów na skutek oddziaływań jon-trwały dipol, co jest procesem, w wyniku którego energia się wyzwala, a entropia układu spada. W przypadku chlorku potasu przeważa zdecydowanie efekt cieplny pierwszego procesu, a zatem rozpuszczanie tej soli w wodzie powoduje oziębienie się całej mieszaniny, podczas gdy np. rozpuszczanie kwasu siarkowego jest związane z silnym efektem ogrzewania.

Inne przykłady:

Na2SO4 w wodzie: +78,6 kJ/mol (układ się oziębia)[2].

Zobacz też

Przypisy

  1. ↑ a b G. A. Aksielrud, A. D. Mołczanow: Rozpuszczanie ciał stałych. Warszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 1981, s. 10–11. ISBN 83-204-0310-3.
  2. ↑ Kenneth S. Pitzer, Lowell V. Coulter, The Heat Capacities, Entropies, and Heats of Solution of Anhydrous Sod um Sulfate and of Sodium Sulfate Decahydrate. The Application of the Third Law of Thermodynamics to Hydrated Crystals, „Journal of the American Chemical Society”, 60 (6), 1938, s. 1310–1313, DOI: 10.1021/ja01273a010, ISSN 0002-7863 [dostęp 2020-09-02].c?

Bibliografia

  • P.W. Atkins, Podstawy chemii fizycznej, PWN, Warszawa 2002, ​ISBN 83-01-12618-3​

Media użyte na tej stronie