Теория растворов. Механизм растворения газов, жидкостей и твердых тел. Лекция 7

Август 10, 2022

Главная
Химия
Теория растворов. Механизм растворения газов, жидкостей и твердых тел. Лекция 7

Содержание

2. СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Теории растворов: Физическая теория Суть: процесс растворения рассматривается как процесс равномерного распределения частиц
3. СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Теории растворов: 3. Физико-химическая теория Суть: Процесс растворения можно рассматривать как сложный физико-хими-
4. СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Растворы – это гомогенные системы переменного состава, находящиеся в состоянии химического равновесия. Растворы
5. СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Классификации растворов по различным признакам По агрегатному состоянию: 1. Растворы газов в газах
6. СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Классификации растворов По количеству растворенного вещества: Ненасыщенный – это раствор, в котором еще
7. Растворимость компонентов СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
8. СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 4. Разбавленный – это раствор с низким содержанием растворенного вещества. Отметим, что не
9. СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
10. СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
11. СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Взаимная растворимость жидкостей В зависимости от природы жидкости могут смешиваться друг с другом
12. СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Растворимость газов
13. СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Истинная масса атомов очень мала, например, масса изотопа атома углерода 12 (С12) составляет
14. СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Моль – это количество вещества (n), содержащее столько структурных единиц (атомов, молекул, ионов,
15. СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Масса одного моля вещества, содержащего 6,02·1023 частиц, называется молярной массой размерностью г/моль. Она
16. СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Концентрация – это масса или количество растворенного вещества в единице массы или объема
17. СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Массовая доля (ω) – отношение массы растворенного вещества (г), содержащегося в растворе, к
18. СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Мольная доля (χ, хи) – это количество растворенного вещества (nв) или растворителя (ns)
19. СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Молярная концентрация или молярность – это количество молей растворенного вещества в единице объема
20. СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Молярная концентрация эквивалента или эквивалентная концентрация, или нормальность – это отношение количества эквивалентов
21. СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Моляльная концентрация или моляльность – это количество растворенного вещества в единице массы растворителя.
22. СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Растворимость (коэффициент растворимости) (в) – это масса растворенного вещества в 100 г растворителя
23. СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Коллигативные свойства растворов - это свойства не зависящие от природы растворенного вещества, а
24. СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Зависимость осмотического давления от объема раствора, количества растворенного вещества и температуры выражается законом
25. СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Изменение осмотического давления раствора имеет огромное значение. Так изменение осмотического давления раствора, окружающего
26. СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Понижение давления пара растворителя над раствором
27. СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения растворов Δtкип=tкип р-ра – tкип р-ля;
28. СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Численные значения некоторых криоскопических и эбулиоскопических постоянных
29. Теория электролитической ионизации Аррениуса При растворении солей, кислот и оснований вводе происходит диссоциация этих веществ с
30. Степень ионизации – это отношение числа ионизированных частиц к общему числу растворенных частиц, которая выражается в
31. Другая количественная характеристика электролитической ионизации является константа ионизации: которая зависит от природы электролита и температуры. Чем
32. Для слабых электролитов: Из выражения следует, что если разбавить раствор в 100 раз, то степень ионизации
33. Представление об образовании ионных пар были введены Бьёррумом и Семенченко. Суть концепции: для каждого растворителя свой
34. Например: рассчитать параметр Бьёррума для однозарядного иона в воде при 25 ºС (298 К) Если расстояние
35. Очевидно, что для растворов электролитов ; для растворов неэлектролитов . Изотонический коэффициент можно связать со степенью
36. СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Осмотическое давление раствора электролита Относительное понижение давления насыщенного пара над раствором:
37. СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения растворов электролитов Δtкип=tкип р-ра – tкип
39. Скачать презентацию

Слайд 2

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Теории растворов:
Физическая теория
Суть: процесс растворения рассматривается как процесс

равномерного
распределения частиц растворяемого вещества по всему объему растворителя,
при этом считается, что отсутствует взаимодействие между частицами
растворенного вещества и растворителя.
Подтверждением этой теории является тот факт, что целый ряд свойств:
повышение температуры кипения, понижение температуры замерзания,
осмотическое давление, давление пара – зависят только от концентрации
растворенного вещества, но не зависит от его природы.
2. Химическая теория:
Суть: процесс растворение осуществляется за счет взаимодействия молекул или
ионов растворяемого вещества с молекулами растворителя за счет водородной
связи или электростатического взаимодействия полярных молекул веществ.

Слайд 3

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Теории растворов:
3. Физико-химическая теория
Суть: Процесс растворения можно рассматривать как

сложный физико-хими-
ческий процесс, в котором ярко проявляется взаимодействие между
частицами (молекулами или ионами) различной химической природы.

Слайд 4

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Растворы – это гомогенные системы переменного состава, находящиеся в

состоянии химического равновесия.
Растворы сходны как с механическими смесями частиц, так и с индивидуальными
химическими соединениями. От первых они отличаются тем, что любой объем
раствора обладает таким же химическим составом, что и его масса.
От химических соединений растворы отличаются тем, что их состав может изменяться в зависимости от количеств взятых компонентов. Другое отличие – это
природа связи.

Слайд 5

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Классификации растворов по различным признакам
По агрегатному состоянию:
1. Растворы газов

в газах (газовые смеси);
Жидкие растворы:
- растворов газов в жидкости;
- растворы жидкостей в жидкости
- растворы твердых тел в жидкостях;
Твердые растворы.
По степени дисперсности растворенного вещества:
Грубодисперсные системы;
Коллоидные растворы;
Истинные растворы.

Слайд 6

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Классификации растворов
По количеству растворенного вещества:
Ненасыщенный – это раствор, в

котором еще можно растворить добавочное
количество данного вещества;
Насыщенный – это раствор, в котором данное вещество при данной
температуре больше не растворяется, т.е. раствор находится в
равновесии с растворяемым веществом;
Пересыщенный – это раствор, содержащий значительно большее количество
растворенного вещества, чем его требуется для насыщения при
данной температуре.
Пересыщенные растворы – неустойчивые системы, существующие только при
отсутствии в системе твердых частиц растворенного вещества.

Слайд 7

Растворимость компонентов
СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Слайд 8

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
4. Разбавленный – это раствор с низким содержанием растворенного

вещества.
Отметим, что не всегда разбавленный раствор является ненасыщенным;
5. Концентрированный - раствор с высоким содержанием растворённого
вещества в противоположность разбавленному раствору, содержащему
малое количество растворённого вещества. Деление растворов на
концентрированные и разбавленные не связано с делением на насыщенные
и ненасыщенные.
Так насыщенный 0,0000134М раствор хлорида серебра является очень
разбавленным, а 4М раствор бромида калия, будучи очень концентрированным,
не является насыщенным. Т.е. Граница между разбавленным и концентрирован-
ным растворами весьма условна.

Слайд 9

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Слайд 10

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Слайд 11

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Взаимная растворимость жидкостей
В зависимости от природы жидкости могут

смешиваться друг с другом
в различных соотношениях:
Смешиваются друг с другом в любых соотношениях с образованием
однородного раствора (вода и глицерин, вода и этиловый спирт и т.п.);
2. Обладают ограниченной растворимостью друг в друге (вода и анилин, вода
и эфир и т.п.) ;
3. Практически нерастворимы друг в друге (вода и бензол, вода и ртуть и т.п.)

Слайд 12

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Растворимость газов

Слайд 13

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Истинная масса атомов очень мала, например, масса изотопа атома

углерода 12 (С12) составляет 2∙10-23 г, поэтому была введена атомная
единица массы (а.е.м.), равная 1/12 массы атома углерода, что равно
1,667∙10-24 г.
Значение Мr будет равно сумме относительных атомных масс:

;

Слайд 14

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Моль – это количество вещества (n), содержащее столько структурных

единиц (атомов, молекул, ионов, электронов и др.), сколько содержится в
0,012 кг изотопа углерода .

Установлено, что 12 г углерода содержит 6,02·1023 атомов,
28 г азота – 6,02·1023 молекул.
Число частиц, равное 6,02·1023 называется числом Авогадро

и имеет размерность моль-1.

Например: количество вещества навески воды, содержащей 1,505·1024 молекул
составляет:

моль.

Слайд 15

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Масса одного моля вещества, содержащего 6,02·1023 частиц,
называется молярной

массой размерностью г/моль.

Она равна отношению массы данной навески вещества m к
его количеству:

, г/моль.

Так молярная масса вещества численно равна его относительной
молекулярной массе .

Для определения молярной массы вещества определяют
его относительную молекулярную массу и приписывают
ей размерность г/мольь.

Слайд 16

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Концентрация – это масса или количество растворенного вещества в

единице
массы или объема раствора или растворителя.

Слайд 17

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Массовая доля (ω) – отношение массы растворенного вещества (г),

содержащегося в растворе, к общей массе раствора (г) или это масса
растворенного вещества в 100 г раствора, что позволяет производить
вычисления при недостатке условий. Массовая доля может быть
выражена в массовых долях единицы или в процентах:

, масс. доли;

, % масс.

– масса растворенного вещества, г;

– масса раствора, г;

– масса растворителя, г.
Масса раствора складывается из массы растворенного вещества и
растворителя:
где

– объем раствора, мл;
ρ – плотность раствора, г/мл.

Слайд 18

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Мольная доля (χ, хи) – это количество растворенного вещества

(nв) или растворителя (ns) к сумме количеств всех веществ в растворе.
В растворе, состоящем из растворителя и единственного растворенного
вещества мольную долю рассчитывают по формуле:
Мольная доля растворителя в растворе:
Причем, сумма мольных долей растворенного вещества и растворителя в растворе равна единице:
где количества растворенного вещества и растворителя соответственно,
моль

Слайд 19

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Молярная концентрация или молярность – это количество молей растворенного

вещества в единице объема раствора в литрах или количество молей растворенного вещества в 1 л раствора.
моль/л; М

где Vp – объем раствора, л

Слайд 20

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Молярная концентрация эквивалента или эквивалентная концентрация, или
нормальность – это

отношение количества эквивалентов растворенного вещества
к единице объема раствора.
моль-экв/л; н.
фактор эквивалентности, величина, характеризующая процесс.
z – это основность кислоты; кислотность основания и др.
моль-экв./л; н.

Слайд 21

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Моляльная концентрация или моляльность – это количество
растворенного вещества

в единице массы растворителя.
моль/кг
масса растворителя, кг

Слайд 22

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Растворимость (коэффициент растворимости) (в) – это масса растворенного вещества

в 100 г растворителя при данной температуре, что соответствует насыщенному раствору.

Слайд 23

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Коллигативные свойства растворов - это свойства не зависящие от

природы
растворенного вещества, а зависящие от числа частиц в растворе, т.е. от его
концентрации.

Осмос – это процесс диффузии молекул растворителя через полупроницаемую
мембрану в направлении градиента концентраций.
Осмотическое давление – это давление, которое надо приложить в направлении
противоположном осмосу, чтобы его остановить.

Слайд 24

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Зависимость осмотического давления от объема раствора, количества
растворенного вещества

и температуры выражается законом Вант-Гоффа
и уравнением, аналогичным уравнению Менделеева-Клапейрона.

Закон Вант-Гоффа: Осмотическое давление (Росм) прямо пропорционально молярной концентрации раствора (СВ) и абсолютной температуре (Т). Математически эта зависимость выражается уравнением Вант-Гоффа:
Росм=СВRT,
где R – универсальная газовая постоянная, Дж/(моль·К);
Т – абсолютная температура;
V – объем, м3
Поскольку СВ=n/Vр, то формально уравнение Вант-Гоффа аналогично уравнению состояния идеального газа.

Слайд 25

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Изменение осмотического давления раствора имеет огромное значение. Так изменение

осмотического давления раствора, окружающего клетку приводит к изменению клетки:
и дальнейшее усыхание, сморщивание (кренация животных клеток и плазмолиз растительных) клетки; и разрыв клетки (цитолиз животных клеток, гемолиз-разрушение эритроцитов; растительные клетки сопротивляются этому из-за толстой клеточной оболочки.

Слайд 26

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Понижение давления пара растворителя над раствором

Слайд 27

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Понижение температуры замерзания и
повышение температуры кипения растворов
Δtкип=tкип р-ра

– tкип р-ля; Δtзам=tзам р-ра – tзам р-ля.
Раулем было установлено, что обе величины - Δtкип и Δtзам – прямо пропорциональны моляльности растворов:
Δtкип=Е·Сm
Δtзам=К·Сm,
где Е и К – соответственно эбулиоскопическая и криоскопическая константы, зависящие от природы растворителя (прил. 2 задачника),
Сm – моляльность раствора, моль/кг

Слайд 28

СУРГУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Численные значения некоторых криоскопических и
эбулиоскопических постоянных

Слайд 29

Теория электролитической ионизации Аррениуса
При растворении солей, кислот и оснований вводе происходит

диссоциация этих веществ с образованием заряженных частиц – катионов и анионов;
Электрическая проводимость водных растворов солей, кислот и оснований пропорциональна общей концентрации ионов в растворе.
Электролитическая ионизация вызывается взаимодействием полярных молекул растворителя с частицами растворенного вещества, что приводит к образованию гидратированных ионов растворенного газообразного и кристаллического вещества с ионной связью. Переход ионов в раствор сопровождается гидратацией ионов. Процесс гидратации самопроизволен и экзотермичен. Гидратация протонов идет с образованием иона гидроксония :