Spadek energii wewnętrznej układu (zmiana egzotermiczna, omówiona w poprzednim rozdziale o termochemii)
Zwiększone rozproszenie materii w układzie (co wskazuje na wzrost entropii układu, o czym dowiesz się w późniejszym rozdziale o termodynamice)

W procesie rozpuszczania często zachodzi wewnętrzna zmiana energii, ale nie zawsze, gdy ciepło jest pochłaniane lub wydzielane. Wzrost dyspersji materii zawsze następuje, gdy roztwór tworzy się z równomiernego rozmieszczenia cząsteczek substancji rozpuszczonej w rozpuszczalniku.

Spontaniczne tworzenie roztworu jest faworyzowane, ale nie gwarantowane, przez egzotermiczne procesy rozpuszczania. Podczas gdy wiele rozpuszczalnych związków rzeczywiście rozpuszcza się wraz z wydzielaniem ciepła, niektóre rozpuszczają się endotermicznie. Jednym z takich przykładów jest azotan amonu (NH₄NO₃), który jest używany do produkcji natychmiastowych zimnych okładów do leczenia urazów. Cienkościenny plastikowy worek z wodą jest zamknięty w większym worku z solidnym NH₄NO₃. Po rozbiciu mniejszego worka tworzy się roztwór NH₄NO₃, który pochłania ciepło z otoczenia (zranionego obszaru, na który nakłada się okład) i zapewnia zimny kompres, który zmniejsza obrzęk. Rozpuszczalności endotermiczne, takie jak to, wymagają większego wkładu energii w oddzielenie substancji rozpuszczonych niż w przypadku solwatacji, ale mimo to są spontaniczne ze względu na wzrost nieporządku, który towarzyszy tworzeniu się roztworu.

Ten tekst jest zaadaptowany z Openstax, Chemia 2e, Sekcja 11.1: Proces rozpuszczania.

Transcript

Rozpuszczanie substancji rozpuszczonej w roztworze jest procesem egzotermicznym lub endotermicznym

Kiedy wodorotlenek sodu rozpuszcza się w wodzie, ciepło jest przenoszone z roztworu do otaczającej wody, powodując wzrost temperatury wody. Jest to proces egzotermiczny.

W procesach endotermicznych, takich jak rozpuszczanie chlorku amonu w wodzie, ciepło jest pochłaniane przez roztwór, powodując spadek temperatury wody.

Przy stałym ciśnieniu ciepło uwalniane lub pochłaniane nazywa się zmianą entalpii.

Tworzenie roztworu składa się z trzech etapów, z których każdy wiąże się z odpowiednią zmianą entalpii.

Pierwszym krokiem jest oddzielenie cząstek substancji rozpuszczonej. Wymaga to wkładu energii w celu pokonania sił przyciągania między cząstkami substancji rozpuszczonej.

Drugi krok to oddzielenie cząsteczek rozpuszczalnika. Jest to również etap endotermiczny, ponieważ energia jest potrzebna do zakłócenia sił przyciągania między cząstkami rozpuszczalnika.

Krok trzeci występuje, gdy cząstki substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika mieszają się. Ten etap jest egzotermiczny, ponieważ przyciągające interakcje między cząstkami substancji rozpuszczonej a cząstkami rozpuszczalnika uwalniają energię.

W przypadku procesu krokowego prawo Hessa mówi, że zmiana entalpii netto jest sumą zmian entalpii w każdym kroku. Znak entalpii netto zależy od wielkości entalpii składników.

Jeśli suma entalpii składnika jest mniejsza niż entalpia mieszania, zmiana entalpii netto jest ujemna, a proces rozpuszczania jest egzotermiczny.

Jeśli suma entalpii składowej jest większa niż entalpia mieszania, zmiana entalpii jest dodatnia, a proces rozpuszczania jest endotermiczny.

Jeśli oba są równe, ciepło nie jest ani uwalniane, ani absorbowane.

Tworzenie roztworu różni się od reakcji chemicznej. Kiedy substancja rozpuszczona jest rozpuszczona w rozpuszczalniku, zmiana jest fizyczna. Po odparowaniu roztworu można odzyskać substancję rozpuszczoną.

Wręcz przeciwnie, reakcja chemiczna zmienia właściwości reagentów. Gdy wodorotlenek miedzi rozpuszcza się w kwasie solnym, odparowanie roztworu nie spowoduje powrotu wodorotlenku miedzi.

Zamiast tego otrzymamy produkt, chlorek miedzi.