В термохимии теплота разбавления , или энтальпия разбавления , относится к изменению энтальпии , связанному с процессом разбавления компонента в растворе при постоянном давлении . Если начальное состояние компонента представляет собой чистую жидкость (предполагая, что раствор является жидким), процесс разбавления равен процессу его растворения , а теплота разбавления такая же, как теплота растворения . Как правило, теплота разбавления нормируется по количеству раствора, а ее размерными единицами являются энергия на единицу массы или количества вещества, обычно выражаемая в единице кДж / моль (или Дж/моль).
Теплоту разбавления можно определить с двух точек зрения: дифференциальная теплота и интегральная теплота.
Дифференциальная теплота разбавления рассматривается в микромасштабе, что связано с процессом, в котором небольшое количество растворителя добавляется к большому количеству раствора. Таким образом, молярная дифференциальная теплота разбавления определяется как изменение энтальпии , вызванное добавлением моля растворителя при постоянной температуре и давлении к очень большому количеству раствора. Из-за небольшого количества добавки концентрация разбавленного раствора остается практически неизменной. Математически молярная дифференциальная теплота разбавления обозначается как: [1]
где ∂∆ n i — бесконечно малое изменение или дифференциал числа молей разбавления.
Однако интегральная теплота разбавления рассматривается в макромасштабе. Что касается интегральной теплоты, рассмотрим процесс, в котором определенное количество раствора разбавляется от начальной концентрации до конечной концентрации. Изменение энтальпии в этом процессе, нормализованное по числу молей растворенного вещества, оценивается как молярная интегральная теплота разбавления . Математически молярная интегральная теплота разбавления обозначается как:
Если бесконечное количество растворителя добавляется к раствору с известной концентрацией растворенного вещества, соответствующее изменение энтальпии называется интегральной теплотой разбавления до бесконечного разбавления. [2]
Разбавление между двумя концентрациями растворенного вещества связано с промежуточной теплотой разбавления на моль растворенного вещества.
Процесс растворения и процесс разбавления тесно связаны друг с другом. В обоих процессах достигаются схожие конечные состояния растворов. Однако начальные состояния могут быть разными. В процессе растворения растворенное вещество переходит из чистой фазы — твердого вещества, жидкости или газа — в фазу раствора. Если чистая фаза растворенного вещества — твердое вещество или газ (предполагая, что сам растворитель — жидкость), процесс можно рассматривать в два этапа: фазовый переход в жидкость и смешивание жидкостей. Процесс растворения обычно выражается как:
Обозначение «sln» означает «раствор», что отражает состояние растворителя или растворенного вещества, входящего в состав раствора.
С другой стороны, в процессе разбавления раствор переходит из одной концентрации в другую, что иллюстрируется следующим образом:
Рассмотрим экстремальное состояние для процесса разбавления. Пусть начальным состоянием будет чистая жидкость. Тогда процесс разбавления описывается как:
Стоит отметить, что это выражение является всего лишь второй стадией процесса растворения. Другими словами, если и растворяемое вещество, и исходный «раствор», который нужно разбавить, являются жидкостями, то процессы растворения и разбавления идентичны.
Рассматривая с микроскопической точки зрения, процессы растворения и разбавления включают три этапа молекулярного взаимодействия: разрыв притяжения между молекулами растворенного вещества ( энергия решетки ), разрыв притяжения между молекулами растворителя и образование притяжения между растворенным веществом и молекулой растворителя. Если раствор идеальный, что означает, что растворенное вещество и растворитель идентичны во взаимодействии, то все виды притяжения, упомянутые выше, имеют одинаковое значение. В результате изменение энтальпии, вызванное разрывом и образованием притяжения, отменяется, и разбавление идеального раствора не вызывает изменения энтальпии. [3]
Однако, если растворенное вещество и растворитель не могут рассматриваться одинаково с точки зрения молекулярного притяжения, что делает раствор неидеальным, чистое изменение энтальпии не равно нулю. Другими словами, теплота разбавления возникает из-за неидеальности раствора.
Интегральные теплоты разбавления до бесконечного разбавления некоторых кислот в водных растворах показаны в следующей таблице. [2]
