Δήμητρα Σπανού, χημικός, συνταξιούχος καθηγήτρια Μέσης Εκπαίδευσης από 30-6-2025
υπό κατασκευή
Ενεργειακές επιδράσεις κατά τον σχηματισμό διαλυμάτων
Η διαδικασία της διάλυσης και της δημιουργίας διαλυμάτων, συνοδεύεται, όπως είναι φυσικό και με ενεργειακές μεταβολές.
Οι αυθόρμητες διεργασίες στην Φύση πορεύονται προς την μείωση της συνολικής ενέργειας Gibbs των Συστημάτων
κατά την σχέση ΔG= ΔΗ - ΤΔS < 0
Η διάλυση είναι ένα σύνολο διεργασιών που περιλαμβάνει τρία στάδια:
1. Καταστροφή ενδομοριακών και διαμοριακών αλληλεπιδράσεων των ουσιών που διαλύονται.
Η διαδικασία αυτή ως επί το πλείστον είναι ενδόθερμη γιατί απαιτείται ενέργεια για να σπάσουν όλες οι ενεργειακές χημικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των σωματιδίων της υπό διάλυση ουσίας (διαμοριακές, ενδομοριακές, δεσμών κ.λ.π.) Εδώ απαιτείται κατανάλωση ενέργειας και έχουμε ΔΗ > 0
2. Αλληλεπίδραση μορίων διαλύτη και διαλυμένων σωματιδίων για τον σχηματισμό διαλυμάτων
3. Την αυθόρμητη ανάμειξη του διαλύματος των διαλυμένων ουσιών στον διαλύτη
Πριν προχωρήσουμε στην μελέτη των ενεργειακών επιδράσεων κατά τον σχηματισμό διαλυμάτων θα φέρω κάποια στοιχεία από την θερμοδυναμική που χρειάζεται να θυμόμαστε.
Πολλά από αυτά που αναφέρονται στο κεφάλαιο αυτό, θα διασαφηνίσουν το θέμα μας
επιλέγω...
Η εσωτερική ενέργεια: (U)
Ονομάζεται το άθροισμα της ενέργειας όλων των ατόμων, μορίων και ιόντων ενός συστήματος που οφείλεται στην κινητική ενέργεια λόγω της άτακτης κίνησης των μορίων, λόγω της περιστροφικής κίνησης των μορίων, λόγω των δονήσεων των ατόμων στο μόριο, δυναμική ενέργεια λόγω των ελκτικών ή απωστικών δυνάμεων ανάμεσα στα μόρια, ιόντα, άτομα του συστήματος. Ακόμα, η χημική, πυρηνική κ.α. Παριστάνεται επίσης με το γράμμα U και η τιμή της είναι κολοσσιαία: 1 gr ύλης αντιστοιχεί σε 9. 1020 erg, όμως μας ενδιαφέρουν στη Φυσική και την Χημεία μόνο οι μεταβολές ΔU
Η ενθαλπία : (Η )
Η ενθαλπία αντπροσωπεύει το ολικό ποσό ενέργειας που περικλείει ένα σώμα ή ένα θερμοδυναμικό σύστημα. Εκφράζει σαν έννοια την εσωτερική του ενέργεια και επιπλέον την ενέργεια που απαιτείται για να καταλάβει τον χώρο του. Ή διαφορετικά την ενέργεια που απαιτείται για να δημιουργηθεί ένα σώμα από το τίποτα.
H= U + PV
Η Ενθαλπία στην Χημεία
Η ενέργεια που εκλύεται ή απορροφάται στις χημικές και βιοχημικές ανιδράσεις όταν συμβαίνουν υπό σταθερή πίεση
Στη Χημεία, αποτελεί το άθροισμα της εσωτερικής ενέργειας των σωμάτων συν το γινόμενο της εσωτερικής πίεσης επί τον όγκο (μηχανικό έργο ).
Η Ενθαλπία κατά τις Φυσικές και Χημικές Μεταβολές
Η ενθαλπία στις Φυσικές επιστήμες χρησιμοποιείται σε πολλές περιπτώσεις όπως στην ροή ρευστών, έργο που παράγεται από σύστημα κ.λ.π..
Κατά τις Φυσικές και Χημικές μεταβολές ( όπως τήξη , εξάτμιση, εξάχνωση, χημικές αντιδράσεις, αναμίξεις συστατικών κ.α.) χρησιμοποιείται για τον χαρακτηρισμό των μεταβολών ενεργειών των χημικών δεσμών και της θερμότητας που εκλύεται ή απορροφάται κατά την διεξαγωγή τους.
dU = dQ +dW
Κατά τις χημικές μεταβολές όμως,
πρέπει αρχικά και τα τελικά σώματα πρέπει να μετρώνται σε ιδιες συνθήκες. (Έχει οριστεί με διεθνή σύμβαση οι μεταβολές αυτές να αναφέρονται σε αντιδρώντα και προιόντα που βρίσκονται στην πρότυπή τους κατάσταση που είναι θερμοκρασία 25 βαθμοί Κελσίου, Πίεση 1 ΑΤ και για διαλύματα συγκένρωση 1Μ. )
Στην περίπτωσή μας ενδιαφέρει η ενθαλπία της διάλυσης
4. Πρότυπη ενέργεια διάλυσης
Η διάλυση μιας ουσίας σε διαλύτη περιλαμβάνει τρία στάδια που το κάθε ένα από αυτά δίνει την δική του πρότυπη ενθαλπία.
α. Διάσπαση δεσμών μεταξύ δομικών μονάδων της ύλης της διαλυμένης ουσίας π.χ. κρυσταλλικό πλέγμα. Η μεταβολή αυτή είναι ενδόθερμο φαινόμενο και ΔΗ1>0
β. Δάσπαση διαμοριακών δεσμών του διαλύτη.
Ένα παράδειγμα δεσμών ανάμεσα στα μόρια του διαλύτη είναι οι δεσμοί υδρογόνου . Η διάσπασή τους είναι φαινόμενο ενδόθερμο και η πρότυπη ενθαλία διάλυσης είναι ΔΗο>0 (ΔΗ2)
γ. Ο σχηματισμός δεσμών μεταξύ μορίων διαλυμένης ουσίας και διαλύτη. Το φαινόμενο είναι εξώθερμο και ΔΗο<0 (ΔΗ3)
Το αλγευρικό άθροισμα των τριών ενθαλπιών δίνει την πρότυπη Ενθαλπία διάλυσης που είναι
ΔΗολ = ΔΗ1 +ΔΗ2+ ΔΗ3
εάν είναι αρνητική (ΔΗολ <0) τότε η ουσία διαλύεται αυθόρμητα στον διαλύτη και συνοδεύεται από έκλυση θερμότητας, εάν είναι όμως θετική ΔΗολ >0 στην περίπτωση αυτή είναι φαινόμενο ενδόθερμο και για να γίνει η διάλυση απαιτείται εξωτερική ενέργεια .
ΠΗΓΕΣ
Αλλαγή στην ενθαλπία και την εντροπία του συστήματος κατά τη διάλυση
ακατέργαστο
Κατά τη διάρκεια της κρυστάλλωσης, απελευθερώνεται σημαντική ποσότητα θερμότητας, έτσι ώστε το δοχείο με το διάλυμα να θερμαίνεται αισθητά. Υπερκορεσμένα διαλύματα Na2SOylOH2O (άλας Glauber), Na2B4OylOH2O (βόρακας), Na2S2O3 • SH2O (θειοθειικό νάτριο) σχηματίζονται πολύ εύκολα.