Теплота разбавления

В термохимии теплотой разбавления , или энтальпией разбавления , называют изменение энтальпии , связанное с процессом разбавления компонента в растворе при постоянном давлении . Если исходное состояние компонента представляет собой чистую жидкость (предполагая, что раствор жидкий), то процесс разбавления равен процессу его растворения , а теплота разбавления равна теплоте раствора . Обычно теплота разбавления нормируется по количеству раствора, а ее размерные единицы — это энергия на единицу массы или количества вещества, обычно выражаемая в единицах кДж / моль (или Дж/моль).

Определение

Теплоту разбавления можно определить с двух точек зрения: дифференциальную теплоту и интегральную теплоту.

Дифференциальную теплоту разбавления рассматривают в микромасштабе, что связано с процессом, при котором небольшое количество растворителя добавляется к большому количеству раствора. Таким образом, молярная дифференциальная теплота 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: ^[1]

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

где ∂∆ n _i — бесконечно малое изменение или дифференциал мольного числа разбавления.

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

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

Если к раствору с известной концентрацией растворенного вещества добавляют 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 молем 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 (твердого, жидкого или газообразного) в фазу раствора. Если чистая фаза растворенного вещества представляет собой твердое вещество или газ (при условии, что сам растворитель является жидкостью), процесс можно рассматривать в две стадии: фазовый переход в жидкость и смешивание жидкостей. Процесс растворения обычно выражается следующим образом:

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

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

С другой стороны, в процессе разбавления раствор меняется от одной концентрации к другой, что показано следующим образом:

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

Рассмотрим экстремальные условия процесса разбавления. Пусть начальным состоянием является чистая жидкость. Тогда процесс разбавления описывается как:

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

Стоит отметить, что это выражение — всего лишь второй этап процесса растворения. Другими словами, если и растворяемое вещество, которое нужно растворить, и исходный «раствор», который нужно разбавить, являются жидкостями, процессы растворения и разбавления идентичны.

Этапы разбавления

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, то есть растворенное вещество и растворитель идентичны во взаимодействии, то все упомянутые выше виды притяжения имеют одинаковую величину. В результате изменение энтальпии, вызванное разрывом и образованием притяжения, компенсируется, и разбавление идеального раствора не вызывает изменения энтальпии. ^[3]

Однако, если растворенное вещество и растворитель нельзя рассматривать одинаково с точки зрения молекулярного притяжения, что делает раствор неидеальным, чистое изменение энтальпии не равно нулю. Другими словами, теплота разбавления возникает из-за неидеальности раствора.

Примеры кислот

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

$-\Delta _{m}H{\text{(dil)}}$ в кДж/моль при 25 °C
м	Дил. соотношение	ВЧ	HCl	HClO ₄	ХБр	ПРИВЕТ	HNO_HNO3	СН ₂ О 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

Ссылки

^ Х. ДеВо, «Реакции других химических процессов», в «Термодинамике и химии» , 2-е изд. Лондон, Великобритания: Pearson Education, 2001, стр. 303–366.
^ Перейти обратно: ^а ^б В. Б. Паркер, «Теплость разбавления», в «Термических свойствах водных одно-унивалентных электролитов » , Вашингтон, округ Колумбия: Типография правительства США, 1965, стр. 10-19.
^ П. Аткинс и Дж. Д. Паула, «Простые смеси», в журнале «Физическая химия», 8-е изд. Нью-Йорк: WH Freeman and Company, 2006, стр. 137–173.

[1] Х. ДеВо, «Реакции других химических процессов», в «Термодинамике и химии» , 2-е изд. Лондон, Великобритания: Pearson Education, 2001, стр. 303–366.

[:0-2] Перейти обратно: ^а ^б В. Б. Паркер, «Теплость разбавления», в «Термических свойствах водных одно-унивалентных электролитов » , Вашингтон, округ Колумбия: Типография правительства США, 1965, стр. 10-19.

[3] П. Аткинс и Дж. Д. Паула, «Простые смеси», в журнале «Физическая химия», 8-е изд. Нью-Йорк: WH Freeman and Company, 2006, стр. 137–173.

[1]

[2]

[3]