Procesy fizykochemiczne możemy rozpatrywać w dwóch głównych grupach: te, zachodzące w roztworze (dyfuzja, solwatacja, dysocjacja, asocjacja,
adsorpcja powierzchniowa itp.) i te przebiegające ze zmianą stanu skupienia (topnienie, parowanie, sublimacja itp.) lub pomiędzy fazami (osmoza,
ekstrakcja itp.). Większość tych zjawisk daje się opisać dość prosto (choć niezbyt precyzyjnie) z wykorzystaniem praw fizyki niutonowskiej.
Dokładniejszy, precyzyjny opis wymaga jednak korzystania z niezbyt przez nas lubianych pojęć z zakresu termodynamiki.
Bez względu na to, jakimi sposobami będziemy starali się dojść do mechanizmu omawianych zjawisk, jedno jest niezmienne: zjawiska te, a dokładniej ich
obserwowane wyniki, są najczęściej sumą co najmniej paru (a czasem i kilku) procesów zachodzących jednocześnie w obserwowanym układzie.
Do prostego, fizycznego, modelu szczególnie duże "modyfikacje" wprowadzają silne oddziaływania międzycząsteczkowe w roztworze, stąd roztwory rozcieńczone substancji niezbyt polarnych odbiegają od prostego modelu zazwyczaj nieznacznie, natomiast w przypadku polarnych rozpuszczalników i silnych elektrolitów odstępstwa te mogą być zaskakująco duże. O kierunku samorzutnie przebiegających procesów decyduje, jak wiemy, zmiana entalpii swobodnej (G) czy też potencjału chemicznego (μ). Ponieważ te funkcje termodynamiczne "łączą" w sobie wszystkie procesy zachodzące w danym układzie, są najlepszym, najdokładniejszym sposobem opisu zjawisk. Ich wadą jest to, że nic, lub bardzo niewiele, mówią na temat "materialnego" przebiegu zjawiska, co nie ułatwia jego zrozumienia. Dobrze więc jest zbudować sobie uproszczony model zjawiska, "współgrający" z naszymi doświadczeniami z makroskopowego świata, a później udowodnić jego poprawność obliczeniami termodynamicznymi. Obliczenia termodynamiczne (wyprowadzone wzory) pozwolą nam na dokładne obliczenia parametrów - "przewidywanie przyszłości", zaś zgodny z nimi uproszczony model zjawiska ułatwi nam zapamiętanie przebiegu i kierunku zmian parametrów układu.
"Przy okazji" możemy zaobserwować, jak nieprecyzyjne i wręcz bezsensowne (z punktu widzenia przyrody!) są ulubione przez nas podziały i klasyfikacje, oraz wszelkiego rodzaju "szufladkowanie" elementów otaczającego nas realnie świata. Weźmy pod uwagę na przykład zjawisko podwyższenia temperatury wrzenia roztworu względem czystego rozpuszczalnika (prawo Raoulta). W pierwszej chwili bylibyśmy zgodni, by zaliczyć ten proces do jednofazowych (roztwór), ale głębsza analiza zjawiska skłoni nas do uwzględnienia w procesie drugiej fazy - pary nad roztworem (rozpuszczalnikiem) czy też pary tworzącej się w procesie wrzenia. Dalsze analizowanie znów jednak wyzwala wątpliwości - druga faza (para) rzeczywiście tu występuje, ale jej rola w zjawisku jest tak ściśle związana ze składem roztworu, że w żadnej mierze nie jest przyczyną, podmiotem zjawiska, a jedynie skutkiem. A więc jednak proces jednofazowy, bo wszystko dzieje się i zależy od procesów zachodzących w jednej fazie. No tak, powie ktoś, ale między fazami (ciecz-para) istnieje równowaga, więc nie można wykluczać pary z układu, jako nieistotnego czynnika itp. itd.
Sporo komplikacji w przebieg procesów międzyfazowych wprowadza zjawisko dysocjacji, szczególnie w przypadku elektrolitów nie dysocjujacych całkowicie.
Ilościowy aspekt zjawisk bardzo często zależy nie od "formalnego" stężenia substancji (ilość moli czy masa przypadająca na jednostkę objętości roztworu) a od
"rzeczywistegio" stężenia (sumaryczna ilość swobodnych elementów w jednostce objętości, np. sumy molekuł, jonów i asocjatów).
Prawo podziału Nernsta opisuje podział substancji między dwie niemieszające się ze soba ciecze wzorem c1/c2 = k, gdzie dla
danego układu i w danej temperaturze k jest wartością stałą, a c1 i c 2 to stężenia tej substancji w fazie 1 i 2 w stanie równowagi.
Jeżeli założymy sobie równe objętości fazy 1 i 2, to w miejsce stężeń c możemy operować ilością moli. Jeśli w fazie 1 na początku procesu było p moli substancji,
to po uzyskaniu równowagi pozostało tej substancji p' moli, a w fazie 2, zgodnie z prawem podziału, będzie jej k·p'.
Jeśli jednak w fazie 1 zachodzą dodatkowe zjawiska np. asocjacji i dysocjacji, rzeczywiste stężenie określające proces podziału, ilość substancji
w fazie 2, która będzie w równowadze z fazą 1, zależność między ilością rozpuszczonej substancji a ilościowym wymiarem zjawiska ekstrakcji, nie
będzie już tak prosta. Aby uzyskać ten sam efekt, jeśli chodzi o stężenie (ilość moli) w fazie 2, musimy w fazie 1 rozpuścić więcej substancji
(q moli), bowiem część z niej zdysocjuje (n moli) a część ulegnie asocjacji (m moli): q = p + m + n . Ilość zdysocjowana
i zasocjowana jest powiązana ze stężeniem substancji w formie ulegającej podziałowi, zależnościami opisanymi stałymi równowagi (i pochodnymi
od niej stopniem dysocjacji czy asocjacji). Obliczenie, ile substancji znajdzie się w fazie 2, jeśli w fazie 1 rozpuścimy q moli, nie jest już
takie proste. A przecież może się zdarzyć, że i w fazie 2 będą zachodzić jakieś dodatkowe zjawiska, zmieniające ilość substancji w formie cząsteczkowej ...
Jeśli roztwór, stanowiący fazę 1 w naszym powyższym przykładzie, zechcemy rozpatrywać pod kątem wpływu substancji rozpuszczonej na temperaturę krzepnięcia czy wrzenia (prawo Raoulta), to przyjęcie, że do wyliczenia wartości stężenia, wstawianej do odpowiednich wzorów obliczeniowych zmian temperatury danej przemiany fazowej, wystarczy nam znajomość ilości substancji i ilości rozpuszczalnika, zaprowadzi nas na manowce. Ponieważ efekt zmian temperatury zależy od ilości niezależnie poruszających się elementów, stężenie należy obliczyć w oparciu o ilość agregatów asocjacyjnych (w naszym przykładzie m/2 - patrz rysunek powyżej), ilość jonów (3·n) i ilość cząsteczek (p). A więc nie q moli a 3·n + m/2 + p.
Tak więc pamiętajmy, (o czym przypominam na tych łamach nie raz), że pojedynczy - jak się nam wydaje - proces, zazwyczaj takim nie jest. Po pierwszym, ogólnym rozważeniu danego procesu, zawsze przychodzi pora na dokładniejszy opis, w który włączyć trzeba, jeśli nie wszystkie, to przynajmniej najważniejsze procesy równoległe, mające znaczący wpływ na proces główny.
I na zakończenie przypomnienie, które ukazuje się na zakończenie każdej strony.
Powyższe rozważania ani nie wyczerpują tematu, ani nie są informacjami do przyswojenia. To dość luźne dywagacje, podpowiedzi, sugestie, abyś miała (miał) nad czym rozmyślać. A jeśli dzięki tym podpowiedziom, a przede wszystkim swoim własnym przemyśleniom, zaczniesz czuć, że rozumiesz - to o to właśnie tu chodzi. A jeśli przyjdzie Ci do głowy jakiś szczególnie "sprytny" sposób na wyjaśnienie rzeczy trudnej i zechcesz się nim podzielić z innymi - prześlij go na adres podany niżej. Umieszczę go na podstronie "Aktualności"