Pytanie:
Jaka jest różnica między topieniem a rozpuszczaniem?
Juha
2012-05-09 14:48:40 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jaka jest różnica między topieniem a rozpuszczaniem? Szukam ogólnych funkcji.

Odpowiedź powinna być dostosowana do topienia / rozpuszczania kostek lodu (wody) w klasie czystego alkoholu (etanolu) tuż poniżej (lub w) temperaturze topnienia lodu lub podobnych zjawisk.

Zakładam teraz, że lód rozpuszcza się i topi w tym samym czasie.

Innymi słowy, która energia reakcji jest wyższa w następujących reakcjach:

$$ \ begin {align} \ ce {H_2O (s) & \ to H_2O (l) \\ H_2O (s) + n EtOH (l) & \ to H_2O \ centerdot (EtOH) _ {n}} \ end { align} $$

A może są substancje, które uwalniają więcej energii podczas rozpuszczania niż zużywają się podczas topienia?

Cześć Juha! [Topienie] (http://en.wikipedia.org/wiki/Melting) i [rozpuszczanie] (http://en.wikipedia.org/wiki/Dissolution_ (chemia)) to dwa bardzo różne procesy fizykochemiczne: po pierwsze , topienie jest równowagą czystego składnika między fazą stałą i fazą ciekłą tego samego składnika, podczas gdy rozpuszczanie obejmuje ciało stałe i rozpuszczalnik, czyli różne związki chemiczne. Obawiam się, że w obecnym stanie Twoje pytanie jest zbyt obszerne… Czy mógłbyś poczytać trochę na temat topienia i rozpuszczania i zmienić go na coś bardziej szczegółowego?
Lód topi się, a sól rozpuszcza się w wodzie. Lód składa się z $ H_2 O $, czyli tego samego co woda.
Nad czym właściwie się zastanawiałem, czy istnieje substancja, która istnieje w dwóch różnych fazach, a pierwsza rozpuszcza się w drugiej? czy jest to zawsze przemiana fazowa (np. topienie)? Innymi słowy, jedyna różnica między topieniem a rozpuszczaniem polega na tym, że substancje są różne.
Jeszcze jedno pytanie: czy alkohol może rozpuszczać lód?
Chciałbym również zadać dwa pytania tak / nie: Czy topnienie jest zawsze endotermiczne? Czy desolwatacja jest zawsze egzotermiczna? Czy masz (przeciw) przykłady?
@Juha mówi, że topnienie jest endotermiczne, [Wikipedia] (http://en.wikipedia.org/wiki/Enthalpy_of_fusion) mówi: „Entalpia fuzji jest prawie zawsze wartością dodatnią; hel jest jedynym znanym wyjątkiem. [1] Hel-3 ma ujemną entalpię topnienia w temperaturach poniżej 0,3 K. Hel-4 ma również bardzo nieznacznie ujemną entalpię topnienia poniżej 0,8 K. Oznacza to, że przy odpowiednich stałych ciśnieniach substancje te zamarzają z dodatkiem ciepła. ” Nie wiedziałem o tym wyjątku i wątpię, czy większość chemików by to zrobiła. Krótko mówiąc, dla chemika: topienie jest endotermiczne.
Pytanie do @F'x. Czy topienie definiuje się jako mające zastosowanie tylko do czystych substancji? Czy nie jest poprawne stwierdzenie, że stopy… stałe mieszaniny… topią się? A może źle zrozumiałem twoje warunki? (A jak usunąć drugi komentarz?)
Cztery odpowiedzi:
#1
+7
Janice DelMar
2012-05-13 10:03:51 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Juha zaprosił mnie do napisania podsumowania (zobacz komentarz do mojej poprzedniej odpowiedzi) różnic między topnieniem a rozpuszczaniem. Spróbuję zarysować to mniej więcej w tej samej kolejności, co jego. Podaję to jako nową odpowiedź, ponieważ moja ostatnia odpowiedź była dość długa.

Różnice :

  • Topienie i rozpuszczanie są zupełnie inne procesy na poziomie molekularnym / atomowym, których nie można by pomylić ze sobą, gdybyś mógł obserwować, co dzieje się w tej skali.
  • Jeśli schłodzisz ciecz powstałą w wyniku stopienia ciała stałego do temperatury poniżej temperatury topnienia cała próbka zestaliłaby się. Jeśli ochłodzisz roztwór (rozpuszczona substancja stała + substancja rozpuszczona) poniżej temperatury topnienia znajdującej się w niej substancji stałej (substancji rozpuszczonej), nie zobaczysz żadnej zmiany. (Chyba że masz roztwór nasycony lub prawie nasycony).
  • Topienie wymaga tylko jednej substancji i wkładu energii, podczas gdy rozpuszczanie wymaga rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej, które są kompatybilne („podobne siły”). (W rzeczywistości jest to dość duża różnica i potencjalnie wpłynęłaby na wszystkie właściwości fizyczne i chemiczne). Rozpuszczanie ciała stałego może być endo- lub egzo-termiczne.
  • „Zmiana fazy” (sformułowanie z poprzedniego podsumowanie) W każdym przypadku otrzymasz płyn. Stopienie spowodowało zmianę fazową (skład substancji nie zmienił się), podczas gdy rozpuszczanie ciała stałego w cieczy nie jest uważane za zmianę fazową, ponieważ nastąpiła zmiana składu.

Podobieństwa :

  • W każdym przypadku siły między cząstkami, które składają się na ciało stałe, są zakłócane, a to pochłania energię. (To, czy chodzi o wiązania chemiczne, czy siły międzycząsteczkowe, zależy od procesu, ciała stałego i twoich definicji. ( Zobacz to pytanie.) Ale topienie (rzadki wyjątek odnotowany w poprzednich komentarzach ) jest endotermiczny , a rozpuszczanie może być endotermiczne lub egzotermiczne.
  • W każdym przypadku otrzymasz płyn. Makroskopowo, gdybyś wszedł do pokoju i zobaczył ciecz na stole, trudno byłoby powiedzieć, czy ten płyn pochodzi z ciała stałego, które się stopiło, czy z ciała stałego, które rozpuściło się w substancji rozpuszczonej i utworzyło roztwór. byłoby bardzo łatwo określić, który miałeś eksperymentalnie na „tuzin” różnych sposobów.
  • Zarówno topienie, jak i rozpuszczanie wymagają interakcji między grupami atomów, cząsteczek lub jonów.

Prawdopodobnie można podać więcej różnic (jak radzić sobie z obliczeniami termodynamicznymi, złożoność systemu itp.) i prawdopodobnie więcej podobieństw, ale to mi wystarczy w tym temacie.

Ponadto topnienie zachodzi tylko w punkcie eutektycznym - jest definiowane przez przekształcenie jednej cieczy w jedną substancję stałą. Topienie nieeutektoidalne byłoby również uważane za proces solwatacji.
#2
+5
Janice DelMar
2012-05-11 02:00:16 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Dodatkowe informacje związane z tym pytaniem.

Zamierzam użyć "sił" i "cząstek" w tym wyjaśnieniu, aby to uogólnić. Cząstkami mogą być jony (związki jonowe utrzymywane razem przez silne siły elektrostatyczne), atomy metali (utrzymywane razem przez siły elektrostatyczne z przyciągania jąder atomów metalu do „morza elektronów”) lub cząsteczki (w przypadku związków kowalencyjnych utrzymywanych razem w ciele stałym lub cieczy przez siły międzycząsteczkowe: siły dyspersji Londynu, przyciąganie dipolowo-dipolowe i wiązanie wodorowe. Uwaga: w tym wyjaśnieniu nie mówimy o wewnątrzcząsteczkowych wiązaniach kowalencyjnych). Zatem ciała stałe i ciecze są utrzymywane razem w tej formie przez siły między cząstkami .

Powodem, dla którego topienie jest zawsze endotermiczne (z wyjątkiem wyjątków podanych przez F'x ... o których też nie wiedziałem), jest to, że kiedy topisz substancję, musisz rozbić trochę sił utrzymujących cząstki razem w ciele stałym, tak aby mogły mijać się nawzajem i tworzyć ciecz. Wymaga to energii, „ciepła topnienia” (zwykle podawanego na mol) wspomnianego powyżej. Im silniejsze siły, tym więcej energii potrzeba do stopienia substancji. Dopóki topisz substancję i utrzymujesz temperaturę na poziomie temperatury topnienia (tj. Nie dodajesz wystarczającej ilości energii, aby podnieść temperaturę), będziesz mieć równowagę między ciałem stałym a cieczą.

Myślę, że jest pewne zamieszanie w terminach, których używasz. Desolwatacja oznacza usuwanie rozpuszczalnika z mieszaniny rozpuszczonego rozpuszczalnika. (Może się to zdarzyć na przykład podczas krystalizacji). Solwatacja (o którą myślę, że pytasz) to interakcja cząstek rozpuszczalnika z cząsteczkami substancji rozpuszczonej. Rozpuszczanie lub rozpuszczanie to proces, w którym ciało stałe, ciecz lub gaz tworzy roztwór z rozpuszczalnikiem.

Tak więc, jak odpowiedział Ashu, rozpad i bądź egzotermiczny lub endotermiczny, jak wspomniano powyżej. Jest to prawdą, ponieważ aby rozpuścić substancję w substancji rozpuszczonej, potrzeba energii do rozbicia interakcji rozpuszczalnik-rozpuszczalnik, potrzeba energii do rozbicia interakcji substancji rozpuszczonej i substancji rozpuszczonej, a energię odzyskuje się z nowych interakcji rozpuszczalnik-substancja rozpuszczona. Jeśli masz silniejsze przyciąganie między rozpuszczalnikiem a substancją rozpuszczoną niż pierwotnie, wówczas proces uwalnia energię i jest egzotermiczny. Te same koncepcje można zastosować do zmieszania dwóch cieczy… co jest zwykle określane jako „mieszalne”, zamiast mówić o rozpuszczaniu się jednego w drugim. Etanol i woda mieszają się we wszystkich proporcjach.

Czy alkohol może rozpuszczać lód („w temperaturze topnienia lodu lub tuż poniżej”, jak sformułowałeś w swoim pierwotnym pytaniu)? Można odpowiedzieć na to pytanie na kilka sposobów. Jeśli umieścisz lód w etanolu o temperaturze 0 stopni (jego temperatura topnienia), stopi się, ponieważ temperatura topnienia lodu w mieszaninie wody i etanolu jest niższa niż temperatura topnienia czystej wody. Temperatura topnienia zależy od proporcji wody i etanolu (to znaczy, gdy niektórzy topili się, nie mógł ponownie zamarznąć, jak można by się spodziewać w mieszaninie równowagowej, więc topiłby się dalej). Patrz koligacja właściwości, aby uzyskać więcej informacji.

Podałeś dwa równania, H2O (s) → H2O (l) H2O (s) + nEtOH (l) → H2O⋅EtOHn W każdym przypadku trzeba zapewnić ciepło topnienia, aby stopić lód. Więc pytanie, które zadałeś, dotyczy tak naprawdę energii rozpuszczania wody w etanolu. Kiedy zmieszasz wodę i etanol, kolba wydaje się cieplejsza, więc jest to proces egzotermiczny; otrzymujesz więcej energii z powrotem, niż w nią wkładasz, dzięki dobrym interakcjom (wiązania wodorowe) między cząsteczkami wody i etanolu. Ta energia solwatacji zapewniłaby część energii potrzebnej do stopienia lodu.

Jeśli chodzi o szersze pytanie „czy coś może się wydarzyć w danej temperaturze”, generalnie pytasz, czy dzieje się to spontanicznie. Aby odpowiedzieć na to pytanie, musisz obliczyć energię swobodną Gibbsa. Uwzględniłoby to nie tylko rozważania dotyczące energii, o których mowa powyżej, ale także rozważania dotyczące entropii (które miałyby tutaj znaczenie). Jeśli wartość energii swobodnej Gibbsa jest ujemna, to proces lub reakcja zachodzi spontanicznie w podanej temperaturze. Zatem odpowiedź na pytanie, który proces byłby preferowany, zależałaby również od rozważań dotyczących entropii.

Podsumowując: w obu przypadkach istnieje bariera energetyczna, którą musisz przełamać. W przypadku topienia znana jest tylko jedna reakcja egzotermiczna. Dla mnie procesy wyglądają bardzo podobnie. Jeśli masz dwie reakcje egzotermiczne, ** jedną **, w której stały materiał X topi się w cieczy Y, tworząc mieszaninę cieczy X i Y oraz ** drugą **, w której stały materiał X rozpuszcza się w cieczy Y tworząc roztwór X i Y. Jak możesz stwierdzić, czy się stopił lub rozpuścił? Czy po prostu składniki reakcji są różne (mieszanina cieczy vs. roztwór)?
@Juha: www.thefreedictionary.com/dissolvedis·solve (d -z lv). v. rozwiązany, rozwiązujący, rozwiązujący. v.tr. 1. Aby spowodować przejście do roztworu: rozpuścić sól w wodzie. 2. Redukcja (ciała stałego) do postaci płynnej; topnieć.
@Juha..Więc, być może różnica polega na tym, czy obecny jest rozpuszczalnik z wrzuconym „czy jesteś powyżej temperatury topnienia ciał stałych”. Cukier rozpuszcza się w wodzie w temperaturze pokojowej, nawet jeśli utrzymujesz tę temperaturę na stałym poziomie. . nie topi się. Więc, jeśli cię rozumiem, twoje drugie równanie dotyczyło pytania, czy lód (woda w stanie stałym) rozpuści się w etanolu (tt -114) w temperaturze około -50 stopni C?
Dokładniejsze ponowne odczytanie komentarza: Gdybyś był bliski temperatury topnienia ciała stałego i zmieszania dwóch cieczy, byłoby to trudne (niemożliwe?) Do stwierdzenia i mogłoby być mieszaniną obu. (Gdyby ciecze były niemieszalne, można by obserwować, jak ciało stałe topi się jako oddzielna warstwa). Gdybyś miał temperaturę znacznie niższą niż temperatura topnienia ciała stałego i przeszedł do roztworu, to się rozpuścił.
Czy mogę więc powiedzieć, że topienie i rozpuszczanie są w niektórych przypadkach tak podobne, że nie można ich od siebie oddzielić? A gdybyś chciał to zademonstrować, jakich materiałów użyłbyś i dlaczego? (Mogę zapytać o to w innym wątku, jeśli to stanie się zbyt szerokie)
Czy mógłbyś dodać jakieś podsumowanie na początku swojej odpowiedzi? Zobacz moją odpowiedź poniżej, co mam na myśli. Naprawdę nie chcę zaakceptować własnej odpowiedzi.
@Juha Topienie i rozpuszczanie dają w niektórych przypadkach podobny wynik makroskopowy (jeśli te dwie ciecze są mieszalne), ale na poziomie mikroskopowym są one zupełnie inne (jak zauważył F'x w swoim oryginalnym komentarzu do ciebie). Nie sądzę, żeby większość chemików (myślących na poziomie mikroskopowym) zgodziła się, że są „tak podobni, że nie można ich oddzielić od siebie”. Łatwo byłoby stwierdzić, nawet jeśli dwie ciecze wyglądałyby tak samo, czy masz mieszaninę (rozpuszczony materiał), czy pojedynczą substancję, która się stopiła, a ta różnica wpłynęłaby na wszystkie ich właściwości chemiczne i fizyczne.
@Juha Dzisiaj wieczorem postaram się podsumować moją odpowiedź. W swoim komentarzu powyżej pytasz „jeśli chcesz to zademonstrować, jakich materiałów użyłbyś i dlaczego?” Czy możesz być bardziej szczegółowy o tym, o czym tam myślisz? System, w którym możesz odróżnić różnicę i system, w którym nie możesz odróżnić? System, o którym wiesz na pewno? Włączę tę odpowiedź do podsumowania.
#3
+2
Ashu
2012-05-10 19:23:51 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Czy rozpuszczanie jest zawsze egzotermiczne?

Nie, nie zawsze jest egzotermiczny. Na przykład rozpuszczenie $ \ ce {NaOH} $ jest reakcją egzotermiczną, podczas gdy rozpuszczenie $ \ ce {NH4NO3} $ jest reakcją endotermiczną (wynika to z mojego osobistego doświadczenia)

Topnieje zawsze endotermiczne?

Tak, zawsze jest (z wyjątkiem wyjątku podanego przez F'x). Dzieje się tak, ponieważ podczas topienia ciało, które ma być stopione, pobiera „utajone ciepło topnienia” z otoczenia, obniżając w ten sposób temperaturę. Utajone ciepło topnienia jest niezbędne do rozbicia międzycząsteczkowych sił przyciągania, które definiują ciało stałe. Zerwanie takich wiązań wymaga energii, stąd reakcja jest endotermiczna.

Czy alkohol może rozpuszczać lód?

Niższe alkohole, takie jak metanol i etanol, mogą rozpuszczać lód. Mogą skutecznie tworzyć wiązania wodorowe z wodą, ale wyższe alkohole mogą tego nie robić.

#4
+2
Juha
2012-05-13 00:32:37 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Aby podsumować różnice i podobieństwa, oto lista (zaktualizuję ją, jeśli pojawią się nowe komentarze):

różnice

  • topienie jest (prawie) zawsze egzotermiczne, rozpuszczanie może być endoreksotermiczne
  • topienie zachodzi w obrębie jednej substancji, rozpuszczanie zachodzi pomiędzy substancją rozpuszczoną i rozpuszczalnikiem, które są różnymi substancjami
  • topienie jest zjawiskiem zbiorowym która wymaga $ N_a $ cząsteczek, rozpuszczanie może nastąpić po jednym atomie naraz.

podobieństwa

  • W obu przypadkach wiązania są przełamana przez przekroczenie bariery energetycznej.
  • faza zmian materii
  • Możesz stworzyć sytuację, w której trudno powiedzieć, czy substancja topi się, czy rozpuszcza.


To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 3.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...