Теплота разбавления - Heat of dilution

Теплота разбавления или энтальпия разбавления , относится к энтальпии изменениям , связанным с процессом разбавления компонента в растворе при постоянном давлении. Если исходное состояние компонента представляет собой чистую жидкость (при условии, что раствор жидкий), процесс разбавления равен процессу его растворения, а теплота разбавления такая же, как теплота растворения . Обычно теплота разбавления нормируется на количество раствора, а его размерные единицы представляют собой энергию на единицу массы или количества вещества, обычно выражаемую в единицах 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. Таким образом, молярная разность теплоты разбавления определяется как изменение энтальпии, вызванное добавлением моля растворителя при постоянной температуре и давлении к очень большому количеству раствора. Из-за небольшого количества добавки концентрация разбавленного раствора практически не меняется. Математически молярная дифференциальная теплота разбавления обозначается как:

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

где ∂∆ n _i - бесконечно малое изменение или дифференциал числа молей разбавления.

Однако интегральная теплота разбавления рассматривается в макроуровне. Что касается интегральной теплоты, рассмотрим процесс, в котором определенное количество раствора разбавляется от начальной до конечной концентрации. Изменение энтальпии в этом процессе, нормированное на мольное число растворенного вещества, оценивается как молярная интегральная теплота разбавления . Математически интегральная молярная теплота растворения обозначается как:

${\ displaystyle \ Delta _ {\ text {dil}} ^ {i} H = {\ frac {\ Delta _ {\ text {dil}} H} {n_ {B}}}}$

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

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

Разбавление и растворение

Процесс растворения 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 газообразной - 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:

${\ displaystyle {\ textrm {solute (s, l, g)}} + {\ textrm {растворитель (l)}} \ rightarrow {\ textrm {solute (l)}} + {\ textrm {растворитель (l)} } \ rightarrow {\ textrm {solute (sln)}} + {\ textrm {растворитель (sln)}}}$

Обозначение «sln» означает «раствор», который представляет состояние растворителя или растворенного вещества, являющегося частью раствора.

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

${\ displaystyle {\ textrm {solute (sln}} _ {1} {\ textrm {)}} + {\ textrm {растворитель (sln}} _ {1} {\ textrm {)}} \ rightarrow {\ textrm { solute (sln}} _ {2} {\ textrm {)}} + {\ textrm {растворитель (sln}} _ {2} {\ textrm {)}}}$

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

${\ displaystyle {\ textrm {solute (l)}} + {\ textrm {растворитель (l)}} \ rightarrow {\ textrm {solute (sln)}} + {\ textrm {растворитель (sln)}}}$

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

С микроскопической точки зрения процессы растворения и разбавления включают три стадии 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.

Однако, если растворенное вещество и растворитель нельзя рассматривать одинаково, если рассматривать их с точки зрения молекулярного притяжения, что делает раствор неидеальным, итоговое 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.

${\ displaystyle - \ Delta _ {m} H (dil)}$ в кДж / моль при 25 ° C
м	Dil. соотношение	ВЧ	HCl	HClO 4	HBr	ПРИВЕТ	HNO 3	CH 2 O 2	С 2 Н 4 О 4
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

использованная литература