Номер 11, страница 97 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян, Остроумов

§ 22. Растворы. Массовая доля растворённого вещества. Глава 2. Важнейшие представители неорганических веществ. Количественные отношения в химии - номер 11, страница 97.

11. Аргументируйте свою точку зрения на процесс растворения на основе физической и химической теорий растворов. Обсудите этот вопрос с одноклассниками.

Процесс растворения является сложным явлением, и для его объяснения исторически сложились две основные теории: физическая и химическая. Моя точка зрения, основанная на современных научных данных, заключается в том, что ни одна из этих теорий в отдельности не может полностью описать все аспекты растворения. Наиболее полным и аргументированным является современный физико-химический подход, который объединяет положения обеих теорий.

Физическая теория растворов

Сторонниками этой теории (С. Аррениус, В. Оствальд, Я. Вант-Гофф) процесс растворения рассматривался как чисто механический процесс. Согласно их взглядам, растворение — это диффузия, то есть равномерное распределение частиц растворяемого вещества между молекулами растворителя. При этом не происходит никакого химического взаимодействия между компонентами раствора. Аргументами в пользу этой теории служат:

• Возможность выделить растворенное вещество в исходном виде путем простого испарения растворителя (например, получение соли из соленой воды).
• Отсутствие строгих стехиометрических соотношений между растворителем и растворяемым веществом, характерных для химических соединений.
• Процессы диффузии и осмоса, которые легко объясняются с точки зрения хаотичного движения частиц.

Однако эта теория не может объяснить наблюдаемые при растворении тепловые эффекты, изменения цвета или объема.

Химическая теория растворов

Создателем этой теории является Д. И. Менделеев. Он утверждал, что растворение — это результат химического взаимодействия между частицами растворяемого вещества и молекулами растворителя. В результате этого взаимодействия образуются нестойкие соединения переменного состава — сольваты (если растворитель — вода, то гидраты). Аргументами в пользу химической природы растворения являются:

• Тепловые эффекты. Растворение многих веществ сопровождается выделением (растворение серной кислоты в воде) или поглощением (растворение нитрата аммония в воде) теплоты, что является признаком химических реакций.
• Изменение цвета. Некоторые безводные соли имеют один цвет, а их водные растворы — другой. Например, безводный сульфат меди(II) ($CuSO_4$) — белого цвета, а его водный раствор и кристаллогидрат ($CuSO_4 \cdot 5H_2O$) — синего. Это свидетельствует об образовании гидратированных ионов меди $[Cu(H_2O)_4]^{2+}$.
• Изменение объема. Объем раствора не всегда равен сумме объемов его компонентов. Например, при смешивании 50 мл воды и 50 мл этанола, итоговый объем будет меньше 100 мл (явление контракции).
• Образование кристаллогидратов. Из растворов многие соли выделяются в виде кристаллов, содержащих определенное количество молекул воды (например, медный купорос $CuSO_4 \cdot 5H_2O$, железный купорос $FeSO_4 \cdot 7H_2O$).

Тем не менее, эта теория не объясняет, почему взаимодействие не приводит к образованию прочных соединений с постоянным составом и почему возможна диффузия.

Современные представления о процессе растворения (физико-химическая теория)

Современная наука объединяет обе точки зрения. Процесс растворения рассматривается как сложный физико-химический процесс, включающий в себя несколько стадий:

1. Физический этап: Разрушение структуры растворяемого вещества (например, кристаллической решетки соли). Этот процесс требует затрат энергии, т.е. он эндотермический ($ΔH_1 > 0$).
2. Химический этап: Взаимодействие частиц растворяемого вещества с молекулами растворителя — сольватация (или гидратация). Этот процесс сопровождается выделением энергии, так как образуются новые связи, т.е. он экзотермический ($ΔH_2 < 0$).
3. Физический этап: Диффузия образовавшихся сольватов (гидратов) по всему объему растворителя, что приводит к образованию гомогенной (однородной) системы — раствора.

Суммарный тепловой эффект растворения ($ΔH_{раств}$) зависит от соотношения энергии, затраченной на разрушение связей, и энергии, выделившейся при сольватации: $ΔH_{раств} = ΔH_1 + ΔH_2$. Если при сольватации выделяется больше энергии, чем тратится на разрушение решетки ($|ΔH_2| > |ΔH_1|$), то процесс в целом экзотермический (раствор нагревается). Если наоборот ($|ΔH_1| > |ΔH_2|$), то процесс эндотермический (раствор охлаждается). Этот подход объясняет все наблюдаемые явления и примиряет обе исторические теории.

При обсуждении этого вопроса с одноклассниками можно предложить проанализировать конкретные примеры растворения различных веществ (например, поваренной соли, сахара, серной кислоты, гидроксида натрия, нитрата калия) и определить, какие физические и химические явления преобладают в каждом конкретном случае.

Ответ: Процесс растворения является сложным физико-химическим явлением. Он включает в себя как физические процессы (разрушение структуры вещества и диффузию частиц), так и химическое взаимодействие между частицами растворяемого вещества и растворителя с образованием сольватов (гидратов). Эта объединенная точка зрения, называемая физико-химической теорией растворов, наиболее полно и точно описывает все наблюдаемые при растворении явления, включая тепловые эффекты, изменения цвета и объема, а также образование кристаллогидратов.