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12.3:

溶解焓

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Chemistry
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Enthalpy of Solution

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将溶质溶解在溶液中 是放热过程或吸热过程。当氢氧化钠溶解在水中时,热量从溶液传递到 周围的水中,导致水温 升高。这是一个放热过程。在吸热过程中,例如将氯化铵溶解在水中,溶液吸收热量,导致水温降低。在恒压下,释放或吸收的热量 称为焓变。溶液的形成有三个步骤,每个步骤都伴随着相应的焓变。第一步是溶质粒子的分离。这需要输入能量来克服 溶质粒子之间的吸引力。第二步是溶剂粒子的分离。这也是一个吸热步骤,因为 需要能量来破坏 溶剂粒子之间的吸引力。第三步发生在溶质和溶剂颗粒 混合时。这一步是放热的,因为溶质粒子和溶剂粒子之间的 吸引相互作用 会释放能量。对于逐步过程,赫斯定律 指出,净焓变 是每一步焓变的总和。净焓的符号取决于 各组分焓的大小。如果组分焓的总和 小于混合焓,则净焓变为负,溶解过程是放热的。如果组分焓的总和 大于混合焓,则焓变为正,溶解过程是吸热的。如果两者相等,则既不释放也不吸收热量。溶液形成不同于化学反应。当溶质溶解在溶剂中时,是物理变化。蒸发溶液后,溶质可以被回收。与之相反,化学反应 会改变反应物的性质。当氢氧化铜溶解在盐酸中时,蒸发溶液不会再得到氢氧化铜。相反,我们将得到产物氯化铜。

12.3:

溶解焓

有两个标准支持但不保证自发溶液的生成:

  1. 系统内部能量的下降 (放热变化,如上一章有关热化学的讨论)
  2. 物质在系统中的分布增加 (这表示系统熵增加,您将在后面的热力学一章中了解到这一点)

在溶解的过程中,内部能量的变化通常 (但并非总是) 是在热量被吸收或演变时发生的。 当溶液由溶质分子在溶剂中的均匀分布形成时,物质扩散总是会增加。

自发溶液生成受放热溶解流程的青睐,但不能保证。 虽然许多可溶化合物确实会随着热量释放而溶解,但有些则会在其他情况下溶解。 硝酸铵 (NH4NO3) 就是这样的一个例子,用于制造用于治疗损伤的即时冰袋。 一个薄壁塑料水袋用固体 NH4NO3 密封在较大的水袋内。 当较小的袋子是破损时,会形成 NM4NO3 的溶液,吸收周围的热量 (袋子被应用到的受伤区域) ,并提供冷敷以减少肿胀。 与溶质被溶剂化恢复时相比,此类吸热溶解需要更大的能量输入来分离溶质物种,但它们是自发的,因为随着溶液的形成,无序增加。

本文改编自 Openstax, 化学 2e, 第 11.1 节:溶解过程。

Suggested Reading

  1. Sugihara, Gohsuke, and Mihoko Hisatomi. "Enthalpy–entropy compensation phenomenon observed for different surfactants in aqueous solution." Journal of colloid and interface science 219, no. 1 (1999): 31-36.
  2. Wilhelm, Emmerich, David Raal, Jan Thoen, Jean-Pierre Grolier, Dmitry Zaitsau, Claudio Cerdeiriña, Takayoshi Kimura et al. Enthalpy and Internal Energy: Liquids, Solutions and Vapours. Royal Society of Chemistry, (2017).
  3. Shen, Xinghai, Hongcheng Gao, and Xiangyang Wang. "What makes the solubilization of water in reversed micelles exothermic or endothermic? A titration calorimetry investigation." Physical Chemistry Chemical Physics 1, no. 3 (1999): 463-469.