Растворение поваренной соли (NaCl) в воде сопровождается несколькими важными энергетическими изменениями, которые можно проанализировать с точки зрения термодинамики, а именно через величины ΔH (изменение энтальпии), ΔS (изменение энтропии) и ΔG (изменение свободной энергии Гиббса).

Изменение энтальпии (ΔH):
При растворении NaCl в воде происходит разрыв ионных связей между натрием и хлором, а также взаимодействие ионов с молекулами воды. Этот процесс требует некоторого количества энергии для разрывов ионных связей, что делает ΔH > 0 (положительное изменение энтальпии). Однако, образуются новые водородные связи между ионами Na⁺, Cl⁻ и водой, которые выделяют энергию. В итоге, хотя процесс требует энергии для разрыва, общее изменение энтальпии может оказаться близким к нулю или даже отрицательным, если учитывать выделение тепла от взаимодействия ионов с водой.

Изменение энтропии (ΔS):
При растворении соли увеличивается степень беспорядка системы. Твердый кристалл соли переходит в раствор, что приводит к увеличению энтропии (ΔS > 0). Разбивание упорядоченной решетки соли и распределение ионов в объеме воды увеличивает количество возможных микросостояний системы.

Изменение свободной энергии (ΔG):
Свободная энергия Гиббса ΔG определяет самопроизвольность процесса. Согласно принципу термодинамики, процесс происходит спонтанно, если ΔG < 0. При высоких температурах увеличение энтропии (положительное ΔS) может приводить к снижению свободной энергии даже в случае, если ΔH > 0. Общее изменение свободной энергии можно выразить уравнением:

[
ΔG = ΔH - TΔS
]

Здесь T – температура в Кельвинах. При увеличении температуры T влияние положительного ΔS на величину ΔG возрастает, что делает процесс растворения более вероятным и спонтанным.

Таким образом, растворение поваренной соли в воде самопроизвольно происходит благодаря тому, что несмотря на возможное положительное изменение энтальпии, значительное положительное изменение энтропии приводит к снижению свободной энергии системы (ΔG < 0), что делает процесс термодинамически благоприятным.