Процес розчинення, його фізико-хімічний зміст. Поняття про кристалогідрати
Розглянемо процес розчинення речовин.
Наприклад, якщо ми додаємо в чай цукор, то можемо спостерігати, як кількість твердої речовини поступово зменшується. Якщо чай холодний, то цукор розчиняється повільно. Навпаки, якщо чай гарячий і розмішується ложечкою, то розчинення відбувається швидко. Потрапляючи у воду, молекули цукру, що знаходяться на поверхні кристалів цукрового піску, утворюють зв'язки з молекулами води. При цьому з однією молекулою цукру зв'язується кілька молекул води. Тепловий рух молекул води змушує пов'язані з ними молекули цукру відриватися від кристала й переходити в товщу молекул розчинника. Молекули цукру, що перейшли із кристала в розчин, можуть пересуватися по всьому об'єму розчину разом з молекулами води завдяки дифузії. Якщо розчин нагрівати або перемішувати, то дифузія відбувається інтенсивніше й розчинення цукру проходить швидше. Молекули цукру розподіляються рівномірно, і розчин стає однаково солодким по всьому об'єму.
Речовини при розчиненні не змінюються, після випарювання розчинів ми можемо отримати розчинену речовину у твердому стані. При розчиненні руйнується кристалічна ґратка розчиненої речовини і її частинки переміщаються в розчині, отже, розчинення — це фізичний процес. Для здійснення такого процесу необхідно витратити енергію.
Але коли молекули розчиненої речовини зв'язуються з молекулами води, то фактично утворюються нові хімічні сполуки. Ці молекулярні асоціати не мають постійного складу. Їхня загальна назва ― гідрати. Процес зв'язування речовин з водою називається гідратацією. При випарюванні розчинів відбувається руйнування гідратів і утворення кристалічної речовини. Однак деякі речовини здатні утворювати стійкі гідрати, які можуть містити воду навіть у кристалічному стані. Такі речовини називаються кристалогідратами. Їх можна виділити з розчину, обережно випарюючи воду. У формулах таких речовин кристалізаційна вода вказується після формули сполуки зі знаком множення. Наприклад: CuSO4 · 5H2O ― мідний купорос, FeSO4 · 7H2O ― залізний купорос. Утворення гідратів, тобто нових речовин, свідчить, що розчинення — хімічний процес.
Розібратися в сутності процесу розчинення допомагає вивчення теплових явищ, що відбуваються при цьому. Відомо, що однією з ознак хімічних реакцій є виділення теплоти, а для фізичних явищ необхідно витрачати енергію. Розчинення сірчаної кислоти супроводжується сильним розігрівом розчину. Це результат хімічної взаємодії між молекулами води й розчиненої речовини — гідратація супроводжується виділенням енергії. А розчинення нітрату амонію супроводжується охолодженням розчину. У цьому випадку на фізичний процес руйнування кристалічної ґратки витрачається більше енергії, чим утворюється при одержанні гідратів.
Наведені факти говорять про те, що розчинення варто вважати фізико-хімічним процесом.
Розчинення — це складний фізико-хімічний процес, при якому відбувається взаємодія частинок розчинника та речовини, що розчиняється.