Chương 4 : DUNG DỊCH
(nếu là chất rắn). Quá trình vật lý thường phải tiêu tốn năng lượng (do cần năng lượng để tách các phần tử ra khỏi trạng thái ổn định cũ) gọi là Hl. (Hl > 0) Quá trình hóa học : quá trình này kế liền theo quá trình lý học, đó là các phân tử, ion chất tan được an định bởi dung môi gọi là solvat hóa (nếu dung môi là nước thì gọi là hydrat hóa). Quá trình hóa học thường tỏa nhiệt : Hh < 0 4.5.2.Hiệu ứng nhiệt của quá trình hòa tan : Vậy hiệu ứng nhiệt cho quá trình hòa tan gọi là nhiệt hòa tan : H = Hl + Hh. Vậy nhiệt hòa tan là lượng nhiệt phát ra hay thu vào khi hòa tan một mol chất Vì vậy H có thể là âm hoặc dương phụ thuộc vào trị tuyệt đối của Hl và Hh . Đối với chất rắn vì cần phải tiêu tốn năng lượng vào việc phá vỡ mạng tinh thể là lớn nên thường H > 0 (thu nhiệt). Vậy tại sao quá trình hòa tan lại xảy ra ? Ta biết rằng để cho quá trình tự diễn biến thì G < 0. Mà G không chỉ phụ thuộc vào H mà còn phụ thuộc vào S nữa. Ta dễ dàng thấy rằng khi từ trạng thái tinh thể sang trạng thái dung dịch thì hệ tăng entropi. Còn đối với chất khí khi hòa tan vào chất lỏng thường kèm theo sự giải phóng năng lượng do Hl 0 . 4.5.3.Độ hòa tan và các yếu tố ảnh hưởng : Khi ta hòa tan chất tan vào một dung môi nào đó thì thường đến một lúc nào đó chất tan không thể tan được nữa, lúc ấy xảy ra quá trình cân bằng (dĩ nhiên là cân bằng động) : Chất tan trong dung dịch chất tan kết tủa Khi cân bằng, nếu thay đổi một trong các yếu tố bên ngoài thì như mọi quá trình cân bằng, nó tuân theo nguyên lý Le Châtelier, người ta gọi dung dịch khi đạt đến cân bằng đó là dung dịch bão hòa ở một nhiệt độ xác định (vì cân bằng phụ thuộc vào nhiệt độ), nồng độ của dung dịch bão hòa ở một nhiệt độ nào đó gọi là độ hòa tan. Như vậy độ hòa tan phụ thuộc vào bản chất chất tan, dung môi, nhiệt độ và nếu chất tan là chất khí thì độ hòa tan còn phụ thuộc vào áp suất nữa. - Về ảnh hưởng của bản chất của chất tan và dung môi lên độ hòa tan, đến hiện nay chưa có một định luật nào, mà chỉ có qui tắc thực nghiệm : Người ta nhận thấy rằng các chất có cấu tạo phân tử tương tự nhau thì có thể hòa tan trong nhau, có nghĩa dung môi không phân cực thì dễ hòa tan những chất không phân cực, còn dung môi phân cực thì dễ hòa tan các hợp chất ion hay hợp chất có cực. Thí dụ như nước là dung môi phân cực tốt nên dễ hòa tan các muối, các hợp chất phân cực mạnh như HCl, NH3,…và khó hòa tan các chất không phân cực như benzen, CO2, …. - Với chất tan là chất rắn, lỏng khi có cân bằng : Chất tan trong dd chất tan↓ có H > 0 (như đã nói trong phần 4.5.2.Hiệu ứng nhiệt của quá trình hòa tan) theo chiều nghịch nên khi tăng nhiệt độ thì cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều thu nhiệt có nghĩa độ hòa tan sẽ tăng. - Với chất tan là chất khí khi có cân bằng : Khí trên bề mặt chất lỏng khí hòa tan. (cân bằng này có H < 0 theo chiều thuận) nên cũng theo Le Châtelier khi hạ nhiệt độ cân bằng sẽ chuyển dịch theo chiều phát nhiệt là chiều chất khí hòa tan và khi tăng áp suất cân bằng cũng sẽ chuyển dịch theo chiều tạo ít phân tử khí hơn cũng là chiều chất khí hòa tan, cũng có nghĩa đối với chất khí độ hòa tan sẽ tăng khi hạ nhiệt độ hoặc (và) tăng áp suất. Khi xét ảnh hưởng của áp suất lên độ hòa tan của chất khí, Henry đã phát biểu thành định luật mang tên ông : Ở nhiệt độ không đổi, khối lượng chất khí hòa tan trong một thể tích chất lỏng xác định tỉ lệ thuận với áp suất của nó trên bề mặt chất lỏng đó : m = kp. Với m là khối lượng chất khí hòa tan, p là áp suất của khí trên bề mặt chất lỏng và k là hệ số tỉ lệ, hệ số k này phụ thuộc vào bản chất của chất khí đem hòa tan và bản chất của dung môi. (Định luật chỉ đúng khi chất khí tan không có phản ứng với dung môi). 4.4.TÍNH CHẤT CỦA DUNG DỊCH LOÃNG CHỨA CHẤT TAN KHÔNG ĐIỆN LY, KHÔNG BAY HƠI : Vì hệ có hai cấu tử - có tương tác giữa chất tan và dung môi nên tính chất của dung dịch khác với tính chất của dung môi nguyên chất. 4.4.1.Áp suất hơi bão hòa : 4.4.1.1.Áp suất hơi bão hòa của dung môi : 51
HÓA ĐẠI CƯƠNG 2