Ciepła kawa

Jak zagrzaź kubek kawy w czasie zamieci śnieżnej w górach? Proste! Wcisnąć denko i potrzasnąć przez 40 sekund: kawa gotowa! Kosztuje taka przyjemność 2 euro, ale czego nie zrobi się w śnieżycy, aby się ogrzać! A na lato jest inna przyjemność: kawa mrożona. Instrukcja obsługi jest identyczna.

W rzeczywistości kubek ma podwójne denko: mieszanina ogrzewająca (lub oziębiająca) jest w dolnej komorze, a sama kawa w górnej. Do ogrzewania używa się reakcji chlorku wapnia (CaCl2) z wodą, do schładzania - reakcji rozpuszczania tiosiarczan sodu (utrwalacza fotograficznego) w wodzie.

Ale tak naprawdę, dlaczego niektóre ciała rozpuszczane lub rozcieńczane ogrzewają się (jak kwasy: "pamiętaj chemiku młody, wlewaj zawsze kwas do wody!") a inne oziębiają - to tak do końca nie wiadomo. Duzi chemicy mówią, że "tak już jest"

Podczas rozpuszczania, cząsteczki wody posiadające moment dipolowy, oddziałują na kationy i aniony sieci krystalicznej ciała rozpuszczanego. Atomy tlenu wody posiadające ładunek ujemny otaczają kationy i "odrywają" je od sieci krystalicznej. Z kolei atomy wodoru, posiadające dodatni ładunek "odciągają" aniony. Mieszanie zapewnia dopływ nie oddziaływujących cząsteczek wody i dlatego przyspiesza proces rozpuszczania.

W wyniku oddzielania kationów i anionów powstają puste miejsca, które, w dalszej kolejności wypełniają wolne cząsteczki lub jony. Wartość energii (chemicy młwią dokładniej: "entalpii") tego procesu jest równa entalpii sieciowej, tj. przejścia jonowego ciała stałego w jonowy gaz. Dla soli jest to

CaCl2(sieć) → Ca2+(gaz) + 2Cl-(gaz), ΔHsieć = 2260 kJ .

Następnie w przestrzenie między cząsteczkami rozpuszczalnika wnikają jony, otaczając się odpowiednio tymi cząsteczkami, podczas tego procesu, nazywanego hydratacją (lub solwatacją, gdy rozpuszczalnikiem nie jest woda), zawsze wydziela się ciepło, zatem entalpia hydratacji jest zawsze ujemna

Ca2+(gaz) + 2Cl-(gaz) → Ca2+(hyd) + 2Cl-(hyd)

dla tego procesu ΔHhyd = - 2337 kJ.

Z kolei, entalpie rozpuszczania danego związku jest sumą entalpii sieciowej i entalpii hydratacji. Zatem całkowita entalpia rozpuszczania będzie równa ΔH = -77 kJ, co świadczy o tym, że jest to proces egzotermiczny, czyli podczas rozpuszczania wydziela się ciepło.