Дисперсные системы

н. дисперных систем, т.е.
многокомпонентных смесей разл. агр. состояния, состоящих из сплошной, непрерывной фазы (дисперсионной среды) и прерывистой дисперсной фазы в виде ч-ц разл. размера, формы и агр. состояния).
В природе дисперсные системы чрезвычайно распространены и многообразны. Например, земная атмосфера, природные воды, почва, грунты, различные изделия и материалы и др. относятся к дисперсным системам.

агрегатное состояние частиц д.ф. и д.с.;
форма частиц дисперсной фазы,
интенсивность межфазового взаимодействия,
наличие структурообразования м. ч-цами д.ф.

- жидкость, Г - газ.
Д. среда - индекс 1, а д. фаза – индекс 2.

* - В нормальных условиях гомогенны, гетерогенность возможна только при очень низких температурах или высоких давлениях.

удобный способ классификации связан с делением на
а) линейные частицы, вытянутые в одном измерении;
б) плоские или пластинчатые, имеющие два измерения; и
в) объёмные, когда частицы имеют все три пространственные измерения примерно в равной степени.

4) По интенсивности межфазового взаимодействия:
а) с интенсивным межфазовым взаимодействием (например, когда поверхность твёрдых частиц смачивается жидкой дисперсионной средой - лиофильность), и
б) с его отсутствием (например, когда поверхность твёрдых частиц не смачивается жидкой дисперсионной средой – лиофобность).

неупорядоченная структура

плотная упорядоченная структура

(от лат. gelate - замерзать)

нетекучая

(раствор)

Процесс структурообразования называют гелеобразованием (желатинированием, желатинизацией или студнеобразованием).

текучая

твёрдыми и газовыми.
Фазовое состояние раствора определяется фазовым состоянием растворителя.
Растворитель – это компонент, фазовое состояние к-рого при обр-нии р-ра не изменяется.

т → ж ΔS > 0
б) для г → ж ΔS < 0

ОБРАЗОВАНИЕ РАСТВОРОВ

Вклад энтальпии: ΔН = ΔU + pΔV
ΔНраст = ΔНстр + ΔНсольв + ΔНдифф
а) для г → ж ΔНстр = 0 и ΔНраст = ΔНсольв < 0 (экзоэффект) ΔG = ΔН – ТΔS < 0 при низких температурах Движ. силой растворения явл-ся энтальпия.
б) для т → ж знак ΔНраст зависит от типа структуры
(молекулярная или ионная)
Движ. силой р-ния м.б. и энтропия и энтальпия.

= Краст = const (при Т = const)
ϑкрист = Ккрист*Ср.в.
При ϑраст = ϑкрист (равновесие), откуда
Краст = Ккрист*Ср.в. или Ср.в. = Краст/Ккрист = const
(при Т = const)
Такой раствор называется насыщенным.
Конц-ция насыщ. р-ра явл-ся мерой раствори-мости, к-рая выражается в граммах раств. в-ва на 100 г р-ля. Различают в-ва хорошо раст-мые (>1г/100г), малораст-мые (<1г/100г) и практически нераст-мые (<10-3 г/100г).

и замерзания растворов,
Осмотическое давление.

Концентрация раствора – это содержание растворённого вещества в определённой массе или объёме р-ра или р-ля.
Содержание раств. в-ва в р-ре может быть выражено либо безразмерными единицами – долями или процентами, либо величинами размерными – концентрациями.

СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРА
а) массовые доли или процентная концентрация, С (%).
б) мольные доли, N
в) мольно-объёмная (молярная) концентрация или молярность, СМ.
г) эквивалентная концентрация или нормальность, Сн.
д) мольно-массовая концентрация или моляльность, Сm.
е) титр раствора, Т.

мол-л, ионов или др. структурных единиц в-ва сколько их содержится в 12 г изотопов 12С.
1 моль углерода или 12 г изотопов 12С содержит 6·10-23 атомов (NA).
Мольная масса в-ва – это масса 1 моль в-ва, численно равна его молекулярной (атомной) массе, выраженной в граммах.

Сколько моль воды содержится в 100 г воды?

ех, вода Н2О имеет молекулярную массу 18 а.е.м, откуда

Кол-во в-ва в любой его массе:

водорода или замещает их в хим. реакциях.

Эквивалентная масса – масса 1 моль эквивалентов вещества.

Ca(OH)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O

число эквивалентов

содержащихся в 100 г р-ра.

б) мольные доли – отношение числа моль раств. в-ва к сумме моль всех компонентов р-ра.

в 1л р-ра.

г) моляльность или моляльная конц-ция показывает число молей раст. в-ва, содержащихся в 1000г р-ля.

д) нормальность или эквивалентная конц-ция показывает число эквивалентов раст. в-ва, содержащихся в 1л р-ра.

(мл) р-ра.

Закон эквивалентов: массы (объёмы) реагирующих в-в пропорциональны их эквивалентным массам (объёмам).

давление пара равно

СВОЙСТВА РАСТВОРОВ
(законы идеальных растворов)
ДАВЛЕНИЕ ПАРА растворителя над раствором
Первый закон Рауля

Состав раствора в мольных долях:
N1 + N2 = 1

В растворе N1 < 1, а давление пара р1 <

пар

жидкость

р1 = р10

при N1 = 0, т.е. N2 = 1 р1 = 0

В растворе N1 < 1, а давление пара

Поскольку N1 = 1 – N2 , то

Первый закон Рауля – относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором равно мольной доле растворённого вещества.

сторону..

давлению

Жидкость замерзает, когда давление насыщен-ного пара над ней и над твёрдой фазой равны.

Диаграмма состояния воды

при более низкой температуре, чем растворитель.

ΔТкип

ΔТзам

р-ра прямо пропорцио-нально моляльной конц-ции р-ра:
∆Ткип = ЕСm и ∆Тзам = КСm (1)
где ∆Tкип – повышение т-ры кипения;
∆Tзам – понижение т-ры замерзания;
Е – эбуллиоскопическая константа;
К – криоскопическая константа;
Сm – моляльная конц-ция р-ра.

где m – масса раст. в-ва в 1000 г р-ля;
M – молекулярная масса раст. в-ва;
m1 – масса р-ля.

раствор через полупроницаемую мембрану.
Движущей силой осмоса является диффузия и стремление к выравниванию концентрации раствора и растворителя.

п/п

ур-нию Вант-Гоффа
Росм (π) = сМRT,
где сМ - молярная конц-ция раст. в-ва;
R – универсальная газовая постоянная;
T – абсолютная т-ра р-ра, К;
М – молекулярная масса раст. в-ва, г/моль.

Давление Росм (π), удерживающее избыточный столб жидкости или заставляющее растворитель переходить через мембрану, называют осмотическим.

от законов Рауля и Вант-Гоффа. К ним относятся соли, кислоты и щелочи. Для них осм. давление, понижение давления пара, изм-ние т-р кипения и замерзания всегда больше, чем конц-ция р-ра.
Чтобы распространить своё ур-ние на р-ры с "ненормальным" осм. давлением, Вант-Гофф ввёл поправочный коэффициент i (изотонический коэффициент), показывающий во сколько раз осм. давление данного р-ра больше "нормального":
π = icМRT.
Коэффициент i определялся для каждого р-ра экспериментально, ех, по понижению давления пара, или по понижению т-ры замерзания, или по повышению т-ры кипения.

РАСТВОРЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

осм. давление, чем эквимолекулярные кол-ва всех остальных в-в. Как же объяснить это явление?

2. Теория электролитической диссоциации
Объяснение впервые было предложено в 1887 г. С. Аррениусом и легло в основу теории, объясняющей поведение солей, кислот и оснований в водных растворах.
Водные р-ры солей, кислот и оснований обладают еще одной особенностью - они проводят электрический ток. В-ва, проводящие эл. ток, наз-ся электролитами. Причиной чрезмерно высокого осм. давления р-ров эл-тов явл-ся, согласно Аррениусу, диссоциация электролитов на ионы (КАТИОНЫ и АНИОНЫ).
Процесс эл. диссоциации изображают, пользуясь хим. ур-ниями. ех, диссоциация выражается ур-ми:
НCl → Н+ + Cl- или BaCl2 → Ba2+ + 2Cl-
Распад электролитов на ионы объясняет отклонения от законов Вант-Гоффа и Рауля.

Электролитическая диссоциация - это процесс распада молекул веществ на ионы под действием полярных молекул растворителя, а также при их расплавлении.

к-рой лежало представление о взаимодействии раст. в-ва с р-лем. Кажущееся противоречие обеих теорий было устранено предположением о гидратации ионов (И. А. Каблуков). Развитие этой идеи привело в дальнейшем к объединению теорий Аррениуса и Менделеева.

3. Процесс диссоциации

Для диссоциации наиболее типичны два случая. Один из них - это диссоциация растворяющихся солей, т. е. кристаллов с ионной структурой, второй - диссоциация при растворении кислот, т. е. веществ, состоящих из полярных молекул.

остаются связанными с молекулами воды и образуют гидраты ионов. В рез-те диссоциации образуются не свободные ионы, а соединения ионов с молекулами растворителя.
В случае любого р-ля эти соединения называются сольватами ионов. Но в ур-ниях диссоциации обычно пишут формулы ионов, а не их гидратов или сольватов, тем более что число молекул р-ля, связанных с ионами, изменяется в зав-сти от конц-ции р-ра и др. условий.

HCl ⮀ H+ + Cl─
NaCl ⮀ Na+ + Cl─

наличия между ее молекулами водородных связей. Ион гидроксония из-за своего более поляризованного, чем в молекуле воды, атома водорода участвует в образовании водородной связи, присоединяясь к одной из молекул воды:

H2O + HCl → H3O+ + Cl-

дробными числами, к-рые с разбавлением р-ра возрастают, приближаясь к целым числам.
Аррениус объяснил этот факт тем, что только лишь часть электролита диссоциирует в р-ре на ионы, и ввел понятие степени диссоциации.
Степень диссоциации электролита (α) - это отношение числа его молекул, распавшихся в данном р-ре на ионы, к общему числу его молекул в растворе

где cМ(прод) – молярная конц-ция в-ва, продиссоциировавших на ионы;
cМ – молярная конц-ция в-ва, взятого для приготовления р-ра.

электролит. диссоциации электролита в водных р-рах зависит от природы электролита, его конц-ции и т-ры.
По своей природе все электролиты условно можно разделить на три группы: сильные, средней силы и слабые электролиты.

Сильные электролиты в водных растворах диссоциируют практически полностью. Истинная степень их диссоциации близка к 1 (100%), хотя экспериментально наблюдаемая (кажущаяся) находится в пределах от 30% и выше.
Электролиты средней силы диссоциируют частично, они имеют степень электролитической диссоциации от 3% до 30%.
Слабые электролиты диссоциируют на ионы в очень малой степени, в растворах они находятся, в основном, в недиссо-циированном состоянии (в молекулярной форме); для них α < 3%.

мол-ми и ионами, можно применить з-ны хим. равновесия и записать выражение константы равновесия (константы диссоциации КД).
ех, для электролитической диссоциации (протолиза) уксусной кислоты, протекающей под действием молекул воды

константа равновесия имеет вид

Здесь в числителе дроби стоят равновесные концентрации ионов - продуктов диссоциации, а в знаменателе - равновесная конц-ция исходных недиссоциированных молекул.

степень его диссоциации в данном р-ре через α, то конц-ция каждого из ионов будет cМ·α, а конц-ция недиссоциированных м-л сМ(1 ─ α). Тогда ур-ние КД принимает вид:

Это ур-ние выражает закон разбавления Оствальда. Для р-ров, в к-рых диссоциация эл-та очень мала α→0, ур-ние закона Оствальда упрощается:

KД = α2cМ

С0 = сМ , если степень дис-ции α
АВ ⮀ А+ + В─ Кр = СА·СВ/САВ
Ср cМ(1 ─ α) cМ·α cМ·α

же обладает измеримой эл. проводимостью из-за небольшой диссоциации:

[Н+] = [OH-] ≈ 1∙10-7 моль/л

[H2O] » [Н+] = [OH-]

ионов Н+ и ОН- есть величина постоянная. Эта величина наз-ся ионным произведением воды.

В чистой воде при 25 °С
[Н+] = [OH-] = 1∙10-7 моль/л.

Кв = 10-7∙10-7 = 10-14