РАСТВОРЕНИЕ

РАСТВОРЕНИЕ твердых тел, гетерогенное физ.-хим. взаимод. твердого тела и жидкости, сопровождающееся переходом твердой фазы в р-р; один из осн. процессов хим. технологии. Растворение следует отличать от экстрагирования, при к-ром контактирующие с р-ром твердые частицы состоят из двух или более р-римых и инертных твердых фаз, а растворение носит избират. характер (см. также Выщелачивание).

Различают физическое, химическое и электрохимическое растворение. При физическом растворении переход в р-р в-ва не сопровождается изменением его хим. состава; в-во можно выделить в твердом состоянии с помощью выпаривания и кристаллизации. При химическом растворении переход в-ва в р-р сопровождается хим. р-цией; исходное в-во нельзя выделить из р-ра в твердом состоянии физ. методами (примеры-растворение металлов или их оксидов в к-тах, растворение фосфоритов либо апатитов в сернокислотном р-ре с получением Н3РО4 и др.). Электрохимическое растворение протекает в условиях, когда процессу сопутствует перенос электрич. зарядов. Наиб. изучены закономерности и практика растворения твердых в-в с ионной кристаллич. решеткой (гл. обр. соли), к-рым в осн. посвящена данная статья.

Физико-химические основы процесса

Растворение сопровождается поглощением или выделением теплоты. Тепловой эффект растворения находят по ур-нию: DHр = U — — DHг(с), где 17- энергия кристаллич. решетки растворяемой соли, DHг(с) - теплота гидратации (сольватации) перешедших в р-р ионов соли. При U > DHг(с) и DHр > 0 процесс эндотермичен; при U < DHг(с) и DHр > 0 процесс экзотермичен. Условия самопроизвольного протекания процесса определяются знаком величины DG, к-рую вычисляют по выражению: DG = DHр — TDS, где Т-абс. т-ра; DS-изменение энтропии. При DG < 0 вероятно растворение, при DG > 0 вероятен обратный процесс-кристаллизация. Расчет может дать положит. либо отрицат. результат (отсутствие или наличие растворимости).

При нек-рой концентрации, наз. концентрацией насыщения сн, между твердым телом и жидкостью устанавливается равновесие. При нем хим. потенциал в-ва в р-ре становится равным хим. потенциалу того же в-ва в твердом состоянии. Концентрация сн не зависит от давления, однако в значит. степени определяется т-рой, с увеличением к-рой р-римость возрастает. Последняя оказывает сильное влияние на кинетику растворения. С увеличением р-римости возрастает разность концентраций (движущая сила процесса) и растворение ускоряется (см. также Растворы).

Физическое растворение может протекать по диффузионному, кине-тич. или смешанному механизму (см. Массообмен). Рассмотрим наиб. распространенный диффузионный механизм. При растворении на пов-сти растворяющегося тела возникает диффузионный пограничный слой, в пределах к-рого концентрация изменяется от сн на пов-сти тела до концентрации с в осн. массе р-ра. При погружении тела в неподвижную жидкость в пределах диффузионного слоя возникает движение жидкости, побуждаемое разностью плотностей ее и тела в слое и вне его (естеств. конвекция). При погружении тела в движущуюся жидкость в пределах диффузионного слоя также возникает движение, скорость к-рого снижается по мере приближения к пов-сти тела (вынужденная конвекция, ускоряемая перемешиванием). При этом толщина слоя зависит от его диффузионных и гидродинамич. параметров и уменьшается с увеличением числа Рейнольдса Re = ud/v (u-скорость обтекания жидкостью объекта растворения, d-eгo размер, v-кинематич. вязкость жидкости).

Осн. закон кинетики .диффузионного растворения: —dM/dt = = kF(cн — с), где М-масса растворяющегося в-ва, t-время, k-коэф. массоотдачи, F-площадь пов-сти растворения. Параметр k определяется ур-ниями в обобщенных переменных (табл.; см. Подобия теория).