Verdünnungswärme - Heat of dilution
Die Verdünnungswärme oder Verdünnungsenthalpie bezieht sich auf die Enthalpieänderung , die mit dem Verdünnungsprozess einer Komponente in einer Lösung bei konstantem Druck verbunden ist. Wenn der Anfangszustand der Komponente eine reine Flüssigkeit ist (vorausgesetzt, die Lösung ist flüssig), entspricht der Verdünnungsprozess ihrem Auflösungsprozess und die Verdünnungswärme ist die gleiche wie die Lösungswärme . Im Allgemeinen wird die Verdünnungswärme durch die Menge der Lösung normalisiert und ihre Maßeinheiten sind Energie pro Masseneinheit oder Substanzmenge, üblicherweise ausgedrückt in der Einheit kJ/mol (oder J/mol).
Definition
Die Verdünnungswärme kann aus zwei Perspektiven definiert werden: der Differenzwärme und der Integralwärme.
Die unterschiedliche Verdünnungswärme wird auf einer Mikroskala betrachtet, die mit dem Verfahren verbunden ist, bei dem eine kleine Menge Lösungsmittel zu einer großen Menge Lösung gegeben wird. Die molare differentielle Verdünnungswärme ist somit definiert als die Enthalpieänderung , die durch die Zugabe eines Mols Lösungsmittel bei konstanter Temperatur und konstantem Druck zu einer sehr großen Lösungsmenge verursacht wird. Aufgrund der geringen Zugabemenge bleibt die Konzentration der verdünnten Lösung praktisch unverändert. Mathematisch wird die molare differentielle Verdünnungswärme wie folgt bezeichnet:
wobei ∂Δ n i ist die infinitesimale Änderung oder Differenz der Molzahl der Verdünnung.
Die integrale Verdünnungswärme wird jedoch auf einer Makroskala betrachtet. Betrachten Sie in Bezug auf die integrale Wärme einen Prozess, bei dem eine bestimmte Menge Lösung von einer Anfangskonzentration auf eine Endkonzentration verdünnt wird. Die Enthalpieänderung bei diesem Prozess, normiert auf die Molzahl des gelösten Stoffes, wird als molare integrale Verdünnungswärme ausgewertet . Mathematisch wird die molare integrale Verdünnungswärme wie folgt bezeichnet:
Wird einer Lösung mit bekannter Konzentration des gelösten Stoffes die unendliche Menge Lösungsmittel zugesetzt, wird die entsprechende Enthalpieänderung als integrale Verdünnungswärme bis unendliche Verdünnung bezeichnet.
Die Verdünnung zwischen zwei Konzentrationen des gelösten Stoffes ist mit einer mittleren Verdünnungswärme pro Mol des gelösten Stoffes verbunden.
Verdünnung und Auflösung
Der Auflösungsprozess und der Verdünnungsprozess sind eng miteinander verbunden. In beiden Prozessen werden ähnliche Endstände von Lösungen erreicht. Die Ausgangszustände können jedoch unterschiedlich sein. Bei einem Auflösungsprozess wird ein gelöster Stoff von einer reinen Phase – fest, flüssig oder gasförmig – in eine Lösungsphase umgewandelt. Wenn die reine Phase des gelösten Stoffes ein Feststoff oder ein Gas ist (vorausgesetzt, das Lösungsmittel selbst ist flüssig), kann der Prozess in zwei Phasen gesehen werden: der Phasenübergang in eine Flüssigkeit und das Mischen von Flüssigkeiten. Der Auflösungsprozess wird allgemein ausgedrückt als:
Die Notation "sln" steht für "Lösung", was einen Status des Lösungsmittels oder des gelösten Stoffes als Teil der Lösung darstellt.
Bei einem Verdünnungsprozess hingegen wird die Lösung von einer Konzentration in eine andere überführt, dargestellt als:
Betrachten Sie eine extreme Bedingung für den Verdünnungsprozess. Der Ausgangszustand sei die reine Flüssigkeit. Der Verdünnungsprozess wird dann wie folgt beschrieben:
Es ist erwähnenswert, dass dieser Ausdruck nur die zweite Stufe des Auflösungsprozesses ist. Mit anderen Worten, wenn sowohl der zu lösende gelöste Stoff als auch die zu verdünnende anfängliche "Lösung" Flüssigkeiten sind, sind der Auflösungs- und der Verdünnungsvorgang identisch.
Verdünnungsschritte
Aus mikroskopischer Sicht umfassen die Auflösungs- und Verdünnungsprozesse drei Schritte der molekularen Wechselwirkung: das Aufbrechen der Anziehung zwischen gelösten Molekülen ( Gitterenergie ), das Aufbrechen der Anziehung zwischen Lösungsmittelmolekülen und die Bildung der Anziehung zwischen einem gelösten Stoff und einem Lösungsmittelmolekül . Wenn die Lösung ideal ist, dh der gelöste Stoff und das Lösungsmittel in einer Wechselwirkung identisch sind, dann haben alle oben genannten Arten von Anziehung den gleichen Wert. Als Ergebnis wird die durch Brechen und Anziehungsbildung verursachte Enthalpieänderung aufgehoben und die Verdünnung einer idealen Lösung verursacht keine Enthalpieänderung.
Wenn der gelöste Stoff und das Lösungsmittel jedoch im Hinblick auf die molekulare Anziehung nicht identisch behandelt werden können, was die Lösung nicht ideal macht, ist die Netto-Enthalpieänderung von Null verschieden. Mit anderen Worten, die Verdünnungswärme resultiert aus der Nichtidealität der Lösung.
Beispiele für Säuren
Die integralen Verdünnungswärmen bis zur unendlichen Verdünnung einiger Säuren in wässrigen Lösungen sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.
| in kJ/mol bei 25 °C | |||||||||
| m | Dill. Verhältnis | HF | HCl | HClO 4 | HBr | HI | HNO 3 | CH 2 O 2 | C 2 H 4 O 4 |
| 55.506 | 1.0 | 45,61 | 48,83 | 19.73 | 0,046 | 2.167 | |||
| 5.5506 | 10 | 13,66 | 5.841 | -0,490 | 4.590 | 3.577 | 1.540 | 0,285 | 1.477 |
| 0,5551 | 100 | 13.22 | 1.234 | 0,050 | 0,983 | 0,736 | 0,502 | 0,184 | 0,423 |
| 0,0555 | 1000 | 12.42 | 0,427 | 0,259 | 0,385 | 0,351 | 0,318 | 0,121 | 0,272 |
| 0,00555 | 10000 | 8,912 | 0,142 | 0,126 | 0,130 | 0,121 | 0,130 | 0,105 | 0,243 |
| 0,000555 | 100000 | 3.766 | 0,042 | 0,042 | 0,038 | 0,038 | 0,046 | 0,054 | 0,209 |
| 0 | ∞ | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
