Растворы. Классификация растворов. (Лекция 5)

либо не меняет своего агрегатного состояния

Раствор – гомогенная (однофазная) система, состоящая из двух или более независимых компонентов (растворитель и растворенное(ые) вещество(а)), а также продуктов их взаимодействия

Компоненты растворов сохраняют свои уникальные свойства и не вступают в химические реакции между собой с образованием новых соединений

2H2+O2→2H2O

t

воды, углекислого газа (СО2) и благородных газов в азоте

растворы твердых веществ в жидкостях: соль+Н2О, сахар+Н2О , йод+Н2О
растворы газообразных веществ в жидкостях: лимонады, нашатырный спирт
растворы жидкостей в жидкостях: уксус, водка

Растворы. Классификация растворов

Раствор – гомогенная (однофазная) система, состоящая из двух или более независимых компонентов (растворитель и растворенное(ые) вещество(а)), а также продуктов их взаимодействия

Растворитель – компонент, количество которого в системе преобладает либо не меняет своего агрегатного состояния

и цинка), образующих одну твёрдую фазу

По агрегатному состоянию :

Растворы. Классификация растворов

Раствор – гомогенная (однофазная) система, состоящая из двух или более независимых компонентов (растворитель и растворенное(ые) вещество(а)), а также продуктов их взаимодействия

замещения

внедрения

Растворитель – компонент, количество которого в системе преобладает либо не меняет своего агрегатного состояния

который находится в равновесии с твёрдой фазой растворенного вещества и содержит максимально возможное при данных условиях количество этого вещества

По соотношению преобладания частиц, переходящих в раствор и удаляющихся из раствора:

ненасыщенные, насыщенные и пересыщенные

Пересыщенный раствор - раствор, в котором при данной температуре содержится бОльшее количество растворенного вещества, чем возможно в насыщенном растворе

Раствор концентрация которого ниже концентрации насыщенного раствора называется ненасыщенным

разбавленные и концентрированные

компонентами (т.е. компоненты равномерно распределены в системе на уровне атомов, молекул или ионов)

при пропускании через него луча света образуется светящаяся дорожка – конус

Коллоидный раствор – тонкодисперсная (гетерогенная) система с размерами частиц от 500 до 1 нм 

Эмульсия – дисперсная система, состоящая из микроскопических капель жидкости (дисперсной фазы), распределенных в другой жидкости (дисперсионной среде

Суспензия или взвесь – это грубодисперсная система с твёрдой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой

По размеру частиц:

и подобия газовым системам (Я.Вант-Гофф)

Процесс растворения является результатом диффузии, т.е. проникновением растворенного вещества в промежутки между молекулами растворителя, т.е. физическое явление
(Вант-Гофф, Аррениус, Оствальд)

Химическая теория (Д.И.Менделеев)

Растворение является результатом химического взаимодействия растворенного вещества с молекулами растворителя, т.е. химическое явление

Якоб Хендрик
Вант-Гофф

Дмитрий Иванович
Менделеев

Сольватация – процесс взаимодействия растворителя и растворённого вещества

свойств от состава

однородность состава по всей фазе
наличие теплового эффекта при образовании

Физико-химическая теория растворов

1 молю растворенного вещества называется
молярной теплотой растворения ∆Нраств.

∆Н1 > 0 – количество теплоты, затраченной на распределение частиц растворяемого вещества среди молекул растворителя (процесс эндотермический)
∆Н2 < 0 – количество теплоты, выделяющейся при взаимодействии растворенного вещества с молекулами растворителя и образование связей между ними (тепловой эффект сольватации, процесс экзотермический)

В зависимости от преобладания первой или второй составляющих, процесс растворения может быть экзотермическим или эндотермическим:
если │∆Н2│> │∆Н1│, процесс экзотермический и ∆Нраств. < 0
если │∆Н2│< │∆Н1│, процесс эндотермический и ∆Нраств. > 0

для твёрдого вещества:
∆Н1 > 0 – энергия, необходимая для разрушения кристаллической решетки и энергия необходимая для разрыва связей между молекулами растворителя (процесс эндотермический)

NH4NO3
∆Нраств. = 26.48 кДж/моль

KOH
∆Нраств. = –55.65 кДж/моль

или количеством растворенного вещества и всего раствора

Способы выражения концентрации растворов

Массовая доля (ω) – отношение массы растворенного вещества к массе раствора

Объемная доля (ϕ) – отношение объема растворенного вещества к объему раствора

Молярная доля (X) – отношение числа молей растворенного вещества к сумме числа молей всех компонентов раствора

Молярная концентрация (молярность) (См, моль/л) – число моль растворенного вещества в одном литре раствора

Нормальная концентрация или молярная концентрация эквивалента (нормальность) (Сн, моль экв/л) – число моль эквивалентов растворенного вещества, содержащихся в одном литре раствора

1 м р-р H2SO4 = 2 н р-р H2SO4

Титр (СТ, мг/мл или г/мл) – масса растворенного вещества, содержащаяся в одном миллилитре раствора

Моляльность (Сm, моль/кг) – число моль растворенного вещества, приходящееся на 1 кг растворителя

газа, который может раствориться в единице объема растворителя при данной температуре и парциальном давлении газа 1 атм.
Так при 20°С коэффициенты поглощения водой азота и кислорода, молекулы которых неполярны, составляют соответственно 0.016 и 0.031
Для газов, молекулы которых полярны, коэффициент их поглощения водой значительно выше, например для HCI – 500, NH3 – 1300

Растворимость – количественная характеристика соотношения компонентов насыщенного раствора

коэффициент растворимости вещества (Р) – наибольшая масса вещества, способная при данной температуре раствориться в 100 г растворителя
Например, при 20°С в 100 г воды с образованием насыщенного раствора растворяется 36.0 г NaCI, значит Р(NaCI) = 36

молярная растворимость вещества (S) – число молей вещества, способное при данной температуре раствориться в 1 л указанного растворителя с образованием насыщенного раствора
Пример: S(NaCI) = 6.154 моль/л

веществ

от концентрации раствора

от температуры

присутствия других веществ в растворе

от давления (для газообразных веществ)

растворов справедливо уравнение Шредера

N1 – растворимость твердого вещества

ΔHраствор. – энтальпия растворения 1 моль вещества в почти насыщенном растворе

1. Плавление твердого вещества

Процесс растворения

2. Смешение жидкого вещества с идеальным раствором

для идеального раствора

так как

то

Идеальная растворимость твердого вещества увеличивается с температурой

высокого давления

Неограниченная растворимость – жидкости смешиваются в любых пропорциях

Растворимость до известного предела – имеет место расслаивание

Качественная зависимость:
ПОДОБНОЕ РАСТВОРЯЕТСЯ В ПОДОБНОМ

УМЕНЬШАЕТСЯ

Закон Генри
при постоянной температуре растворимость газа в данной жидкости прямо пропорциональна давлению этого газа над раствором

Растворимость газов в жидкостях зависит от давления под которым он находится над жидкостью

k – константы скорости
p – давление газа над раствором
c – концентрация

Закон пригоден лишь для идеальных растворов и невысоких давлений

Г – константа Генри

Закон Дальтона
  в случае растворения смеси газов в жидкости каждый из них растворяется пропорционально своему парциальному давлению

Уильям Генри

Джон Дальтон

вещества 3 в жидкости 1

3

Соотношение концентраций при T=const есть величина постоянная

Не зависит от количества растворенного вещества в обеих жидкостях

Зависит от
- природы растворителей
- природы растворенного вещества
- температуры

составом

Для бинарного раствора, состоящего из компонентов А и В, где компонент А – растворитель, удобнее использовать другую формулировку:

Относительное понижение парциального давления пара растворителя над раствором не зависит от природы растворённого вещества и равно его мольной доле в растворе

Франсуа Мари
Рауль

Парциальное давление насыщенного пара компонента раствора прямо пропорционально его мольной доле в растворе, причём коэффициент пропорциональности равен давлению насыщенного пара над чистым компонентом

от природы растворённого вещества и равно его мольной доле в растворе

Франсуа Мари
Рауль

∆Нраств. > 0
∆V > 0

∆Нраств. < 0
∆V < 0

Причиной отклонений от закона Рауля является то обстоятельство, что однородные частицы взаимодействуют
друг с другом иначе,
чем разнородные
(сильнее в случае положительных
и слабее в случае отрицательных отклонений)

и Kкр – эбулиоскопическая и криоскопическая константы, характеризующие растворитель

ΔT не зависит от природы растворенного вещества, а определяется природой растворителя и моляльностью,
т.е. числом молекул, растворенных в определенном количестве растворителя

Повышение температуры кипения
Понижение температуры замерзания

Эти свойства разбавленных растворов зависят только от числа частиц растворенного вещества, но не от их природы

Поэтому эти свойства назвали коллигативными
(в том смысле, что они «зависят от количества»)

Франсуа Мари
Рауль

Второй закон Рауля

для прекращения переноса растворителя

Осмос

Растворитель

Раствор

Явление осмоса (по-гречески значит «толкать») представляет собой самопроизвольный переход чистого растворителя в раствор, отделенный от него полупроницаемой мембраной, т.е. перегородкой проницаемой для молекул растворителя, но не проницаемой для растворенного вещества

транспорт жидкостей через клеточную мембрану

полностью или частично из ионов

Электролиты – проводники второго рода (с ионной проводимостью)

Электролиты – НЕ ПОДЧИНЯЮТСЯ законам Рауля

Сильные электролиты при растворении в воде практически полностью диссоциируют на ионы независимо от их концентрации в растворе, поэтому в уравнениях диссоциации сильных электролитов ставят знак равенства (=)
К сильным электролитам относятся:
- растворимые соли
- многие неорганические кислоты: HNO3, H2SO4, HCl, HBr, HI
- основания, образованные щелочными (LiOH, NaOH, KOH и т.д.) и щелочно-земельными металлами (Ca(OH)2, Sr(OH)2, Ba(OH)2)

Слабые электролиты в водных растворах лишь частично (обратимо) диссоциируют на ионы. Поэтому в уравнениях диссоциации слабых электролитов ставят знак обратимости (⇄)
К слабым электролитам относятся:
- почти все органические кислоты и вода
- некоторые неорганические кислоты: H2S, H3PO4, H2CO3, HNO2, H2SiO3 и др.;
- нерастворимые гидроксиды металлов: Mg(OH)2, Fe(OH)3, Zn(OH)2 и др.

сильных электролитов

В растворах слабых электролитов

Константа диссоциации в одном и том же растворителе при постоянной температуре – величина постоянная, свойственная данному электролиту

Степень диссоциации – характеризует состояние электролита в растворе только данной концентрации и меняется с ее изменением

Закон разбавления Оствальда – с разбавлением раствора его степень диссоциации увеличивается

Fe(CNS)3, Pb(CH3COO)2
Большинство минеральных кислот, гидроксиды щелочных и щелочно-земельных металлов

Почти все органические кислоты, некоторые минеральные, многие основания

H3PO4, H2C2O4, Mg(OH)2 и пр.

взаимодействия между ионами

В растворах сильных электролитов в качестве стандартного принимают не чистое состояние данного вещества, а состояние раствора при полной диссоциации и при отсутствии осложняющего взаимодействия между его ионами

воде

показатель