固體溶於水形成溶液熵變一定大於零為什麼是錯的?

時間 2021-05-05 17:49:54

1樓:

溶劑自身也是有熵的。

舉乙個極端理想化的例子:1mol的無水硫酸銅加到5mol的水中混合均勻的情況下應該得到1mol的五水硫酸銅晶體,對於水分子來說它的熵減小量遠大於固體的熵增加量。

溶劑分子,尤其是極性溶劑分子,會在電荷高,半徑小的離子周圍形成規則的擴散層,從而引起自由度的降低。

2樓:Phosphates

大部分人都會認為,固體溶於水後,更加分散了,所以應該更加混亂了,因而熵變一定是大於零的。實際上,有一些物質溶於水後反而熵變小於零,比如 的溶解熱為 (放熱)卻依然難溶於水,就是因為溶解過程的熵變小於零[1],所以使得吉布斯自由能 0" eeimg="1"/>。另外, 是易溶的,溶解時的熵變為 ,也是熵減的過程[2]。

但是,明明溶解是更分散了應該熵增的啊,這樣的想法為什麼是錯誤的呢?

我們先來簡單介紹一下什麼是熵。從微觀的角度看,熵是系統混亂度的一種體現。體系越混亂,則整體的熵值會越高。看到這裡,你可能愈發覺得溶解過程的熵變一定是大於零的了。

但是我們需要意識到,固體溶於水之後,不僅固體的混亂度(熵)會發生變化,水的混亂度(熵)也會發生變化。而當我們計算熵變時,我們需要同時考慮這兩者的熵變。

比如說一開始我們有固體和純水,那麼此時它們的熵分別為 和 ;當溶解後,它們的熵值則是 和 ;我們要計算的熵變則是

很顯然,因為溶解後更加分散, S_" eeimg="1"/>;但是對於水分子來說情況就不一樣了。當溶於水中形成 和 離子後,這些離子會水合——也就是會結合水分子形成水合離子。在形成水合離子的過程中,這些結合水在配位作用和靜電作用的影響之下,會形成非常規整的結構;也就是說,水分子的熵變是小於零的!

由此我們可見,計算最終的熵變實際上是兩個過程的競爭——溶質的熵增,溶劑的熵減。那麼最終的結果是多少?具體哪個過程更顯著呢?這全取決於溶質的性質。

對於鹽來說,如果鹽的水合效應不明顯——陰陽離子的電荷量低,半徑大——那麼最終形成的溶液的熵變是大於零的,因為溶質的熵增占主導,比如說 的溶解過程是熵增的過程[1]。如果鹽的水合效應明顯——陰陽離子的電荷量高,半徑小——那麼最終形成的溶液的熵變是小於零的,因為溶劑的熵減佔主導,比如說最初提到的和。

所以最終是否熵增,需要考慮體系內各個物質的熵的變化,不能簡單地依靠更分散就是熵增來判斷。我再舉另乙個例子:當你把油滴到水中,最終油滴都會聚集到一起。

那麼油滴聚集的過程是熵增還是熵減的呢?實際上聚集的這個過程,是熵驅動的(entropy-driven),也就是說是熵增的!因為在油附近的溶劑層水分子的移動性也被大大降低,而油滴聚集在一起是減少了表面積,從而釋放了更多的水分子(給了它們以自由),所以整體的熵是增加的[3]。

氨氣溶於水形成一水合氨,為什麼酒精溶於水沒有一水合酒精呢

星斗如盤 總結放前面 顯然氫鍵總是存在的,一水合氨和一水和乙醇都是存在的。但是我們說一水合氨的時候,指的是一水合氨溶液中有1 左右的一水合氨會發生解離,生成銨根離子和氫氧根離子,因此一水合氨是鹼。但是一水和乙醇不會不會解離,只是單純通過氫鍵連線,可以認為他們沒有發生化學反應,一般我們只說乙醇溶液,一...

殼聚醣溶於水嗎?怎樣才能得到殼聚醣的溶液呢?

Kashmir 不是專業,偶然查了一些這方面資料,權當科普好了。殼聚醣是一種半剛性高分子,由於其分子內和分子間強烈的氫鍵作用,殼聚醣不溶於二甲基甲醯胺和二甲基亞碸等有機溶劑。一般情況下,殼聚醣可以溶解於pH低於6的稀酸溶液中。甲酸 醋酸 離子液體等都可以作為殼聚醣的良溶劑。殼聚醣的溶解根據溶解過程中...

食鹽和乙醇哪個更易溶於水?

跳脫的兔子 乙醇能與水以任意比例互溶 最簡單的解釋 相似相溶。就是說有相同結構的溶液可以相互溶解。乙醇的官能團是羥基 OH 水的分子式H2O,其中也含有乙個羥基 OH 所以酒精和水可以任意混合,絕對互容。乙醇水溶性 與水混溶,可混溶於乙醚 氯仿 甘油 甲醇等多數有機溶劑。在一定溫度下,某固態物質在1...