水溶液及び水和熱

イオン性溶質は、クーロン力と呼ばれる引力相互作用によって一緒に保持されます。

イオン溶質が水に溶解すると、水分子間の水素結合が切断され、イオン間のクーロン力が乱されます。

このようにイオン性結晶格子をその構成イオンに分解するには、大きなエネルギー入力が必要であり、したがって、溶質のエンタルピーは吸熱プロセスです。

構成する気体イオンから1モルのイオン性固体が形成されたときに放出されるエネルギーは、格子エネルギーと呼ばれ、常に発熱性です。したがって、溶質の1モルをその成分に分解するエンタルピーは、格子エネルギーと等しく、反対です。

しかし、水溶液中でイオン格子が壊れると、各イオンは、水ダイポールの反対側に帯電した端とのイオン-ダイポール相互作用によって取り囲まれ、安定化されます。

この現象を水分補給といいます。1モルのイオンが水に溶解することに伴うエンタルピーの変化は、水和熱として知られています。これは、溶媒のエンタルピーと混合のエンタルピーの組み合わせです。

水和したイオンと水分子との間のイオン双極子相互作用は、水のみの水素結合よりもはるかに強いため、水和は常に発熱プロセスです。

溶液の全体的なエンタルピーは、溶質の吸熱エンタルピーと水和の発熱熱の合計であるため、これら2つの項の相対的な大きさに依存します。

溶質のエンタルピーが水和熱よりも小さい場合、溶液のエンタルピーは負になり、水酸化ナトリウム溶液に見られるように、溶解は発熱性になります。

溶質のエンタルピーが水和熱よりも大きい場合、塩化アンモニウム溶液のように、溶液のエンタルピーは正になり、溶解は吸熱になります。

溶質のエンタルピーが水和熱よりもはるかに大きい場合、硫酸カルシウムの場合に見られるように、溶質は水に不溶のままになります。

2つの項が等しい場合、塩化ナトリウムの場合と同様に、溶液のエンタルピーはほぼゼロになります。そのような溶質は溶液の温度を変化させません。