Теплоты сольватации и гидратации ионов

Теплоты растворения твердых веществ, в том числе ионных кристаллов, состоят из поглощаемой теплоты разрушения кристаллической решетки с удалением образовавшихся частиц на расстояния, отвечающие объему раствора, и выделяемой теплоты сольватации (в частном случае — гидратации ионов в водных растворах) молекулами растворителя. Каждый из этих эффектов достигает сотен и тысяч кДж/моль. Сумма их имеет порядок единиц и десятков кДж/моль. Знак суммарного теплового эффекта зависит от того, какое из двух слагаемых больше по абсолютному значению. Если растворяемое вещество в индивидуальном виде состоит из молекул, а в растворе диссоциирует на ионы (минеральные и органические кислоты и основания), то в теплоту растворения входит теплота диссоциации. [c.47]

Определение реальных энергий (теплот) гидратации отдельных ионов. Энтропии гидратации ионов. С помощью модельных методов определяются химические энергии сольватации, так как В них не учитывается поверхностный потенциал на границе жидкость— вакуум XI- Поскольку пока величину нельзя ни изме-1)ить, ни рассчитать (она отвечает разности потенциалов между точками, расположенными в двух разных фазах), химическая энергия гидратации определяется с точностью до некоторой неопределенной постоянной. Рекомендуемые разными авторами значения /р10 для воды отличаются на 0,5 В, что может дать ощибку в определении энергии гидратации однозарядного иона порядка БО кДж-моль- . Вероятные значения лежат внутри =Р0,2 В. Многие авторы принимают В. Если это значение от- [c.62]

Под энергией сольватации (гидратации) ионов принято понимать количество энергии, отвечающей процессу перевода ионов из газообразного состояния в раствор. Например, для КС1 АЯ,,г.ш = 682,4 кДж/моль, а энтальпия растворения АЯ =16,7 кДж/моль. Отсюда АЯ р = = —682,4+16,7 = —665,7 кДж/моль. Это большое количество выделяющейся теплоты, как видно, почти полностью компенсирует затрату энергии на разрушение решетки. Еще примеры АЯгмр =—527,4 кДж/моль, АЯги др =—674,0 кДж/моль. [c.196]

В сильных электролитах при больших разведениях многие величины, характеризующие свойства растворенных веществ, оказываются аддитивно складывающимися из соответствующих свойств ионов. Такими величинами являются кажущийся объем соли, теплота гидратации, сжимаемость и некоторые другие. Это естественно, поскольку при полной диссоциации соли в разбавленном растворе свойства одних ионов никак не влияют на взаимодействие других ионов с растворителем. Однако представление того или иного измеренного (вернее, вычисленного по результатам измерений) термодинамического свойства растворенной соли как суммы свойств ионов этой соли и нахождение величины слагаемых этой суммы невозможно без использования какого-либо более или менее произвольного предположения. Теплоты (энергии) гидратации отдельных ионов могут быть получены из вычисленных по уравнению (XVI, 55) теплот гидратации солей, если предположить, что энергии гидратации ионов и С1 одинаковы (с учетом различия в ориентировке молекул воды около аниона и катиона) . Другой метод определения теплоты гидратации заключается в подборе аддитивных слагаемых таким образом, чтобы величины энергий сольватации ионов линейно зависели от величин, обратных радиусам ионов. Вычисленные разными способами теплоты гидратации того или другого иона полуколичественно согласуются между собой. Теплоты гидратации одновалентных ионов имеют величины по- [c.420]

Интегральная теплота растворения электролитов является алгебраической суммой двух величин 1) поглощения теплоты при разрушении кристаллической решетки (АЯреш) и удаления ионов на расстояния в соответствии с объемом раствора и 2) выделения теплоты при гидратации или сольватации АЯгидр каждого иона молекулами растворителя. В бесконечно разбавленном растворе [c.36]

Метод Бернала и Фаулера. Поскольку энергия сольватации небольших ионов, как следует из логики, определяется главным образом кулоновскими силами и может быть принята обратно пропорциональной ионному радиусу, тогда для такой соли как KF (г и rj в кристалле), индивидуальные теплоты гидратации ионов могут быть найдены делением пополам значений теплоты гидратации соли. Для К+ и F" этот метод дает 95,5 ккал/моль. Учитывая поправки, связанные с несимметричным пространственным расположением воды вокруг ионов, были внесены поправки, изменившие теплоту гидратации до величины —94,0 для К+ и —97,0 для F". На основе этих данных можно определить энтальпии гидратации других ионов. [c.143]

Одна из первых попыток рассчитать теоретически теплоты гидратации отдельных ионов принадлежит Борну. Его метод расчета основан на предположении, что энергия сольватации (гидратации) иона должна равняться разности его потенциальной энергии в вакууме Цу и растворе VI,. [c.66]

Следовательно, теплоты гидратации ионов очень велики и имеют порядок величины теплот химических реакций. Хотя последний из рассмотренных процессов протекает с возрастанием числа частиц, однако для него А5 < О (—19,35 э. е.). Это объясняется значительным упорядочивающим влиянием молекул воды в результате сольватации ими ионов. [c.177]

Теплоты гидратации и числа сольватации разных ионов [c.100]

Метод Измайлова, основанный на экспериментально установленном уменьшении энергии сольватации с увеличением ионного радиуса, представляется более обоснованным. Однако в случае неводных растворов оба метода расчета также дают близкие значения эмпирических индивидуальных энергий и теплот сольватации. Это следует из табл. 19, где для ряда растворителей приведены эмпирические химические теплоты и энергии гидратации отдельных ионов, определенные по методам Мищенко (I) и Измайлова (II). [c.81]

Как известно, растворение хлористого водорода в воде сопровождается довольно сильным разогреванием образующегося раствора. Действительно, энергия связи водорода и хлора в молекуле H I равна 1360 кДж/моль. Теплота гидратации протона равна И(Х) кДж/моль, что в сумме с уже приводившейся теплотой сольватации иона С1 дает общую теплоту гидратации H I 1450 кДж/моль, а это заметно больше энергии связи Н— I. Вот почему при образовании раствора соляной кислоты и происходит довольно сильное разогревание. [c.31]

Другой причиной электролитической диссоциации, на которую указывал Д.И. Менделеев, является химическое взаимодействие растворенного вещества с растворителем. В результате такого взаимодействия образуются химические соединения ионов с растворителем, что приводит к измепепию энергии ионов в растворе и сопровождается выделением теплоты сольватации (в воде - теплоты гидратации). [c.12]

Разные исследователи принимают различное значение величины сродства молекул воды и различные значения теплоты сольватации иона гидроксония. Мищенко принимает теплоту гидратации 10 ккал г-ион [c.224]

Сказанное выше о способах определения теплоты сольватации 5 или 9 приложимо к ионным растворам в любых растворителях. Если принять равенство теплот гидратации ионов Сз" и Л и считать, что оно сохраняется в неводных растворах, то можно получить величины для различных растворителей. [c.48]

Ланге и К. П. Мищенко [17] в 1930 г. предложили в основу разделения теплот сольватации электролитов на ионные составляющие положить допущение прхгближенного равенства химических теплот гидратации ионов цезия и иода АЯр Допущение [c.69]

Из табл. 19 видно, что химические энергии сольватации ионов уменьшаются в ряду вода, метанол, этанол. В жидком аммиаке энергии сольватации катионов оказываются большими, а анионов — меньшими, чем соответствующие энергии гидратации в муравьиной кислоте наблюдается обратное. При сопоставлении теплот и энергий сольватации, полученных одним и тем же методом, обнаруживается увеличение разности АЯз — АОд в ряду вода, метанол, этанол. Это увеличение связано с уменьшением энергии сольватации и с ростом теплоты сольватации. Поскольку [c.81]

Причиной положительных теплот сольватации (или в случае водной среды теплот гидратации) является электростатическое взаимодействие между полярными люлекулами растворителя и ионами растворенного вещества, как показано на рис. 8.2. Так [c.323]

Методологически такой подход к определению теплот сольватации отдельных ионов сводится к принятию любого правдоподобного, пусть даже формального, допущения о количественном соотношении между теплотами сольватации любой пары катион— анион. В частности, достаточно сделать любое допущение о величине теплоты сольватации какого-либо индивидуального иона, чтобы сразу можно было путем расчета получить шкалу относительных величин ионных АЯсольв- Несмотря на то что такая шкала будет сугубо формальной, она может помочь по крайней мере качественно проследить за изменением теплот сольватации различных ионов. Например, если принять, что теплота сольватации протона в воде равна нулю (это безусловно не соответствует экспериментальным данным), то такое предположение будет означать, что теплоты сольватации анионов равны теплотам сольватации кислот, а теплоты сольватации катионов — разнице в теплотах сольватации соли и кислоты, имеющих общий анион. Именно такой метод был использован для построения одной из эмпирических шкал теплот гидратации, приведенной в работе [11]. [c.91]

Энергии и теплоты сольватации электролитов были рассчитаны впервые Борном и Габером (1919) фи помощи циклов, основанных на термохимическом законе Гесса. Так, например, при вычислении теплоты гидратации хлорида натрия 1 моль твердой кристаллической соли мысленно переводят в бесконечно большсш объем воды при зтом выделяется теплота растворения —AHl, = Qь Тот же раствор хлорида натрия можно получить, если сначала разрушить кристаллическую решетку с образованием ионов натрия и хлора в газовой фазе на это затрачивается элергия, равная энергии решетки хлорида натрия —Д(5р = — V Затем эти ионы переводят в бесконечно большой объем воды, при этом освобождается суммарная теплота гидратации ионов натрия и хлора — Д/У , + [c.48]

Разные исследователи принимают различное значение величины сродства молекул воды и различные значения теплоты сольватации иона гидроксония. Миш,енко принимает теплоту гидратации 459,4-10 Дж/моль (110 ккал/моль) и, следовательно, величину Ян о = 643-10 Дж/моль (154 ккал/моль), Яцимирский принимает Ян о = 837 -10 Дж/моль (200,0 ккал/моль) и = 314-10= Дж/моль (75 ккал/моль) (по Райсу), ЯнгО = 711 -10 Дж/моль (170 ккал/моль) (по Юзу) и 770-10 Дж/моль (184 ккал/моль) (по Бриглебу). Кондратьев и Соколов на основании предположения о равенстве энергии изоморфных кристаллов NH4GIO4 и H3O IO4 нашли ЯнгО = 778-10= Дж/моль (186,6 ккал/моль) и Яг= 297 X X 10= Дж/моль (71,3 ккал/моль). Несмотря на большой разброс данных, из них с ясностью следует, что высокое значение энергии сольватации протона обусловлено большой величиной протонного сродства. [c.196]

Значение такого взаимодействия растворителя с растворяемым веществом в процессе растворения мол<но показать на примере растворения хлористого натрия в воде. В кристаллической решетке хлористого натрия положительные ионы натрия и отрицательные ионы хлора испытывают сильное взаимное притяжение. Энергия, необходимая для их разделения, настолько велика, что такие неполярные растворители, как бензол и четыреххлористый углерод, не растворяют хлористый натрий. Однако растворитель, подобный воде, которая обладает высокой диэлектрической постоянной и большим дипольным моментом, сильно притягивается как к ионам натрия, так и к ионам ллора в результате происходит сольватация ионов, которая сопровождается значительным уменьшением энергии системы. Если энергия, требуемая для отрыва ионов от кристалла, приблизительно равна энергии сольватации, как в случае растворения Na l в воде, то значение АН для суммарного процесса близко к нулю. При растворении Na l в воде при 25° С наблюдается лишь небольшое охлаждение величина q положительна. Прн растворении Na2S04 в воде при 25° С выделяется теплота, потому что энергия гидратации ионов больше, чем энергия, необходимая для отрыва ионов от кристалла. [c.36]

В результате рассуждений и расчетов, отчасти отраженных в гл. IV, посвященной проблеме сольватации, мы пришли к заключению, что при выборе пары ионов, п. м. теплоемкости или энтропии которых можно считать приближенно равными, нельзя опираться на како11-либо один признак близость кристаллохимических радиусов или равенство теплот гидратации, как это пытались делать и мы в процессе анализа опытных данных. Как мы видели выше (гл. IV), само содержание понятия равенство радиусов двух ионов зависит от того, в связи с каким явлением оно рассматривается. Так, например, при модельных расчетах теплот сольватации оказалось необходимым учитывать асимметрию диполя воды (0,25)А, добавляя эту величину к кристаллохимическим радиусам катионов и вычитая ее из в случае аниона. С этой точки зрения радиусы пар и СГ, КН и СГ и С8+ и Г в водных растворах близки друг к другу, и использование наиболее сходной в этом отношении пары Сз и Г, [c.222]

Сольватацией называется такое взаимодействие растворенного вещества с растворителем, которое приводит к более низкой активности растворителя вблизи частиц растворенного вещества по сравнению с чистым растворителем. В случае водных растворов сольватация называется гидратацией. Гидратация ионов обусловлена ориентацией дипольных молекул воды в электрическом поле иона, а гидратация полярных групп — в молекулах неэлектролитов и полимеров— ориентацией молекул воды в результате взаимодействия диполей и образования водородных связей. В гидратном слое молекулы воды располагаются более упорядоченным образом, но остаются химически неизмененными, чем гидратация отличается от химического соединения с водой окислов металлов и ангидридов кислот. Благодаря постепенному падению энергии связи растворенного вещества с растворителем (по мере удаления от молекулы растворенного вещества), сольватный слой имеет несколько диффузный характер, но в основном энергия взаимодействия и наибольшее падение активности растворителя сосредоточены в первом молекулярном слое. Растворитель в сольватной оболочке обладает, меньшей упругостью пара, меньшей растворяющей способностью, меньшей диэлектрической постоянной, меньшей сжимаемостью, он труднее вымораживается, обладает большей плотностью и т.,д. изменение любого из этих свойств раствора может быть использовано для определения величины сольватации. Наиболее прямой метод измерения сольватации состоит в установлении теплового эффекта поглощения навеской полимера определенного количества растворителя из смеси последнего с инертной к полимеру жидкостью например, Каргин и Папков определили, что сольватация нитроцеллюлозы в ацетоне и пиридине составляет около 1 молекулы растворителя на одну полярную группу — ОМОг полимера (табл. 15). Думанский и Некряч определили гидратацию ряда полимеров по теплоте смачивания (см. стр. 78), в частности, для крахмала найдено, что на глюкозный остаток приходится 3 молекулы связанной воды. Думанский установил также, что связывание воды самыми различными веществами происходит с тепловым [c.173]

Сопоставление вычисленных по формуле Борна теплот гидратации соединений NaF, Na l, KF и K l с их опытными значениями (см. табл. 12) показывает, что теоретические величины завышены, хотя качественно формула Борна правильно передает взаимную связь между энергиями (теплотами) сольватации и свойствами ионов. Так, например, в полном соответствии с опытом вычис- [c.67]

Сопоставление вычисленных по формуле Борна теплот гидратации соединений NaF, Na l, KF и K l с их опытными значениями (см. табл. 12) показывает, что теоретические величины завышены по сравнению с опытными, хотя качественно формула Борна правильно передает взаимную связь между энергиями (теплотами) сольватации и свойствами ионов. Так, например, в полном соответствии с опытом вычисленные теплоты гидратации растут при замене в молекуле ионов хлора на ионы фтора или ионов калия на ионы натрия, т. е. с уменьшением радиуса иона. [c.64]

Из табл. 22 вытекает, что теплоты (и особенно энергии) сольватации изменяются очень мало при переходе от одного растворителя к другому, хотя их диэлектрические постоянные весьма различны. Учитывая отсутствие четко выраженной зависимости энергий сольватации от диэлектрической постоянной растворителя и от структуры его молекул, Измайлов пришел к заключению, что в основе процесса сольватации должны лежать не те причины, которые принимаются во внимание существующими модельными методами расчета. В этой связи необходимо упомянуть о теории растворов электролитов, разрабатываемой О. "Я- Самойловым (1957) и основанной на молекулярно-кинетической теории жидкостей Я - И. Френкеля в сочетании с теорией структуры воды Бернала и Фаулера. Следуя Мищенко, Самойлов определяет сольватацию как сумму всех изменений в состоянии раствора, вызванных появлением в нем ионов электролита. По Самойлову, эти изменения обусловлены взаимодействием ионов электролита с их непосредственным окружением, а также с влиянием ионов на более удаленные слои воды. Дальнее взаимодействие имеет в своей основе поляризацию слоев воды под действием электрического поля. Ближнее взаимодействие связано с изменением характера теплового движения молекул растворителя, непосредственно прилегающих к иону. Оно проявляется прежде всего в изменении трансляционного движения, т. е. в изменении условий скачкообразного перемещения молекул из одного положения равновесия в соседнее. Влияние ионов в этом случае сказывается, в первую очередь, на энергии активации трансляционного движения и а- Оно характеризуется величиной AUay т. е. изменением энергии активации в результате появления в растворителе ионов электролита. Величина А Уд зависит от природы ионов она может быть положительной и отрицательной. В первом случае введение ионов затрудняет обмен между граничащими с ними молекулами воды и молекулами воды, находящимися в следующем слое, по сравнению с обменом в чистой воде (так называемая положительная гидратация). Во втором случае обмен облегчается (так называемая отрицательная гидратация). Отрицательной гидратацией обладают, например, ионы Rb+ и s+. Таким образом, по концепции Самойлова образование прочных гидратных оболочек — это не главное для процесса гидратации. Ионы, обладающие отрицательной гидратацией, передвигаясь, не увлекают [c.79]

Выбрав соль, образованную ионами по возможности одинаковых кристаллохихмических радиусов, и определив для нее величину Wg, делят эту величину пополам, считая, что если Гк== Га, то и q —q - Было предложено для этой цели использовать фтористый калий, ибо r t /-р 1,33 А. Определив <7 для К и F, нетрудно рассчит ать теплоты сольватации и других ионов, используя величины и переходя последовательно от KF, например к КС1 от КС1 к Na l и т. д. Нужно учесть, что диполь молекулы воды не симметричен (положительный полюс его расположен ближе к периферий молекулы, чем отрицательный) поэтому при гидратации положительный полюс диполя может ближе подойти к центру аниона, чем отрицательный полюс ди- [c.47]

Одна из первых попыток получить индивидуальные ионные энергии сольватации была предпринята Берналом и Фаулером [58], которые разделили суммарную теплоту сольватации K F", равную —191 ккал-моль , на величины ДЯк+ = АЯр- = = —95,5 ккал - моль . Эта величина была несколько уточнена путем учета различия в пространственном расположении молекул воды вокруг катиона и аниона, возникающего из-за несимметричного положения электрического диполя в молекуле воды исправленные величины составили АЯк+ = —94 и АЯр- = = —97 ккал-моль . Исходя из этих значений, Бернал и Фаулер получили АЯць = —276 ккал-моль . Принцип, на основе которого указанные авторы разделили теплоту сольватации K F", следует считать чрезвычайно упрощенным [53] и совершенно не согласующимся с их собственным более сложным выражением для априорных расчетов тенлот и свободных энергий гидратации. Метод Латимера, Питцера и Сланского [73] является, вероятно, еще менее удовлетворительным, так как для выражения свободных энергий сольватации ионов они использовали уравнение Борна с эмпирически исправленным радиусом . В нашем предыдущем обзоре [53] на основании сравнения методов, предложенных до 1953 г., было показано, что расчеты Эли и Эванса [76], получивших (используя несколько отличающуюся от значения Бернала и Фаулера суммарную энергию сольватации соли KF) АЯк+ = —90 и АНр- = —91 ккал -моль , являются, вероятно, наиболее удовлетворительной основой для вычисления индивидуальных ионных теплот гидратации. Так как величина для KF была разделена почти пополам, то значение АЯн4- будет почти таким же, какое получили Бернал и Фаулер, т. е. —276 ккал-моль . Согласно Фервею [77], разделившему ДЯкр = —197 ккал-моль" на АЯк+ = —75 ккал-моль и АЯр- = —122 ккал-моль , получаем АЯн+ = —255 ккал -моль при использовании данных Бернала и Фаулера для НС1, АЯнс1 = —341 ккал-моль . При разделении суммарной теплоты гидратации H+ 1 , табулированной Бенджамином и Голдом [72], в соответствии с соотношением Фер-вея для KF получаем АЯн+ = —253,4 ккал-моль . [c.74]

Построение кривой разности условных теплот гидратации в зависимости от (гг + Гд оУ , как это сделано на рис. 6, является оправданным [78] по следующим причинам. Для данного радиуса и заряда иона величины энергии ион-дипольного взаимодействия и энергии Борна — Бьеррума не изменятся (или почти не изменятся, см. [58]), если знак заряда иона изменить на обратный. Единственный член, который не уничтожается при изменении знака заряда, а значит, и при изменении ориентации диполей,— это энергия ион-квадрупольного взаимодействия, знак которой меняется на обратный при изменении ориентации диполя [79]. Следовательно, разности величин ДЯ для (гипотетических) ионов-одинакового радиуса, полученные путем интерполяции из графика, подобного изображенному на рис. 5, могут быть отложены как функции (Гг + гн2о) - Поэтому разности теплот сольватации анионов и катионов одного и того же радиуса должны рассматриваться [81] как обусловленные в основном ион-квадрупольным взаимодействием, не принимавшимся во внимание до работы Букингема [81]. [c.79]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология