Co to jest ciepło roztworu?

Ciepło roztworu, znane również jako zmiana entalpii roztworu, to zmiana entalpii, która występuje, gdy dana substancja rozpuszczona zostanie rozpuszczona w rozpuszczalniku z wytworzeniem roztworu. Entalpia to termin używany w termodynamice do opisywania energii w układzie. Nie można bezpośrednio zmierzyć całkowitej entalpii systemu, więc zmiana entalpii jest wykorzystywana do pomiarów takich jak ciepło roztworu, a nie do całkowitej entalpii systemu. Istnieje kilka procesów, które zachodzą, gdy substancja rozpuszczona rozpuszcza się w roztworze, i każdy może zmienić entalpię roztworu. W wielu przypadkach zerwane są różnorodne wiązania chemiczne i powstają nowe wiązania, z których wszystkie powodują zmianę entalpii.

Istnieją trzy podstawowe aspekty rozpuszczania substancji rozpuszczonej w rozpuszczalniku, które przyczyniają się do ciepła roztworu. Po pierwsze, po dodaniu substancji rozpuszczonej interakcje chemiczne łączące cząsteczki substancji rozpuszczonej ulegają zerwaniu, co wymaga zużycia pewnej ilości energii. Następnie atrakcje chemiczne łączące cząsteczki rozpuszczalnika również pękają, gdy cząsteczki substancji rozpuszczonej wchodzą do układu, co ponownie wymaga zużycia energii. Wreszcie, po zniszczeniu tych atrakcji, powstają nowe interakcje między cząsteczkami rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej, co powoduje uwolnienie pewnej energii.

Pierwsze dwa aspekty rozpuszczania wymagają nakładu energii i są nazywane procesami endotermicznymi. Trzeci, w którym przyciągają się cząsteczki rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej, jest określany jako proces egzotermiczny, ponieważ uwalnia energię do układu. Aby określić całkowite ciepło roztworu, wystarczy wziąć sumę każdej zmiany entalpii. W niektórych przypadkach pierwsze dwie części rozpuszczania wymagają większego wkładu energii niż powstawanie nowych uwolnień atrakcji, w wyniku czego proces jest ogólnie endotermiczny. W innych, końcowe uwalnianie energii jest większe niż energia wymagana do przerwania przyciągania substancji rozpuszczonej w rozpuszczalniku i rozpuszczalnika-rozpuszczalnika, więc proces jest ogólnie egzotermiczny.

Możliwe jest również zmierzenie ciepła roztworu na podstawie zmian temperatury w roztworze. Przeważnie proces egzotermiczny uwalnia energię do układu, a zatem podnosi temperaturę roztworu. Z drugiej strony proces głównie endotermiczny zużywa energię, a zatem obniża temperaturę reakcji. Znając z góry różne właściwości substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika, można wykorzystać zmianę temperatury do ustalenia ciepła roztworu z rozsądną dokładnością.