Растворы

1.

РАСТВОРЫ
е

2.

ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ – системы, состоящие из двух или
более фаз, которые не смешиваются и химически не
взаимодействуют друг с другом. Простейший случай – бинарные
системы, в которых мелкие частицы одного вещества (дисперсной
фазы) статистически распределены во втором (в дисперсной
среде). Дисперсные системы можно разделить физическим
воздействием.
Устойчивость (и другие физико-химические свойства) дисперсных
систем сильно зависят от размеров частиц дисперсной фазы.
Если размер дисперсной фазы существенно больше размеров
молекул – это взвеси. Взвеси делятся на суспензии (тв./жидк.) и
эмульсии (жидк./жидк). Устойчивость взвесей мала.
В молекулярных растворах (растворах, истинных растворах)
распределенное вещество находится в виде молекул (ионов),
такие растворы не разделяются при сколь угодно долгом стоянии.

3.

КЛАССИФИКАЦИЯ
ДИСПЕРСНЫХ
СИСТЕМ
ОСНОВАНА НА ФАЗОВОМ РАЗЛИЧИЕ
ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ И СРЕДЫ. СУЩЕСТВУЕТ ГРАДАЦИЯ И ПО КИНЕТИЧЕСКИМ СВОЙСТВАМ
ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ: СВОБОДНОДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ (С ПОДВИЖНОЙ ФАЗОЙ) И
СВЯЗНОДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ (ФАЗЫ СВЯЗАНЫ МЕЖДУ СОБОЙ, ПЕРЕМЕЩАТЬСЯ НЕ
МОГУТ).
Обозначение
Дисперсная фаза
Дисперсионная среда
Г/Г
Газообразная
Газообразная
Г/Ж
Газообразная
Жидкая
Газовые эмульсии и пены
Г/Т
Газообразная
Твёрдая
Пористые тела: пенополимеры, пемза
Ж/Г
Жидкая
Газообразная
Ж/Ж
Жидкая
Жидкая
Эмульсии: нефть, крем, молоко, кровь
Ж/Т
Жидкая
Твёрдая
Капиллярные системы (заполненные
жидкостью пористые тела): грунт, почва
Т/Г
Твёрдая
Газообразная
Аэрозоли (пыли, дымы),
порошкообразные вещества
Т/Ж
Твёрдая
Жидкая
Суспензии и золи:
пульпа, ил, взвесь, паста
Твёрдая
Твёрдые гетерогенные
системы: сплавы, бетон, ситаллы, комп
озиционные материалы
Т/Т
Твёрдая
Название и пример
Всегда гомогенная смесь (воздух,
природный газ)
Аэрозоли: туманы, облака

4.

РАСТВОРЫ
Растворы жидкие или твердые гомогенные (микрогетерогенные)
системы, состоящие из растворителя и растворенного вещества,
относительное количество которых может меняться в широких
пределах. Растворы подразделяют на:
1) истинные растворы, представляющие собой равновесные
термодинамически устойчивые гомогенные системы, с
размерами частиц порядка размеров ионов или молекул ( 10-9
м);
2)
коллоидные растворы – это микрогетерогенные системы,
содержащие как минимум две фазы: дисперсионную среду
(размером частиц 10-9 - 10-5 м) и дисперсионную фазу. Это
термодинамически неустойчивые системы.
Растворы сходны с механическими смесями и с химическими
соединениями.

5.

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАСТВОРЕНИЯ
Растворение твердых веществ сопровождается ростом энтропии ΔS
и тепловыми эффектами, к которым относятся энергетические
затраты (ΔΗр>0) при разрушении исходных связей растворяемого
вещества и выделение энергии при их гидратации (ΔΗ г<0). ΔΗ =
ΔΗр + ΔΗг.
Для большинства твердых
веществ ΔΗр>ΔΗг, поэтому
их растворение происходит
эндотермически,т.е. ΔΗ<0
и растворимость возрастает
при нагревании.
В случае газов и жидкостей ΔΗр<ΔΗг,
и растворение происходит экзотермически (ΔΗ >0),
а растворимость уменьшается с повышением температуры.

6.

РАСТВОРЫ НЕЭЛЕКТРОЛИТОВ
Неэлектролитами – вещества, связанные неполярной или слабо полярной
ковалентной связью и в растворах находятся в виде молекул. Эти растворы не
проводят электрический ток и являются РАСТВОРАМИ НЕЭЛЕКТРОЛИТОВ.
Разбавленные растворы неэлектролитов обладают коллигативными свойствами,
т.е. свойствами, которые зависят только от количества растворенного вещества
(количества частиц в растворе), но не зависят от природы этих частиц. Это (1)
давление насыщенного пара, (2) повышение температуры кипения, (3) понижение
температуры замерзания и (4) осмотическое давление .

7.

СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ
1. Массовая доля (W) любого компонента в системе определяется соотношением:
W= mi./ ∑mi,
где mi – масса i-го компонента в системе, ∑mi – сумма масс всех компонентов в системе.
Массовые (весовые) проценты (масс.%, вес.%) – выраженная в процентах массовая доля
компонента.
2. Мольная доля Хi (мольный процент) – отношение количества растворенного вещества к
суммарному количеству всех веществ в растворе:
Хi = ni / ∑νi.
3. Молярная концентрация (молярность) Сх - количество моль растворенного вещества х в 1
л раствора:
Cх= nр.в. / Vр-ра = mр.в. / (М∙Vр-ра), [моль/л].
4. Эквивалентная концентрация (молярная концентрация эквивалентов), Сн (Сэк) - количество
моль эквивалентов растворенного вещества в 1 л раствора:
Сн = n / v = m / Эm v,
[моль/л];
5. Моляльная концентрация (моляльность) - количество моль растворенного вещества х в 1
кг растворителя, [моль/кг].
сm (x) = νx./ ms
[моль/кг], где ms - масса растворителя.
6. Промиль – это массовое количество растворенного вещества в 1000 граммах раствора,
т.е. промиль в 10 раз больше массового процента или промиль – это количество тысячных
долей в 1000 граммах раствора. Промиль обозначается % 0.

8.

РАСТВОРИМОСТЬ
НЕКОТОРЫХ ВЕЩЕСТВ В
ВОДЕ
AgCl нас ↔ Ag+ + ClKр = [Ag+]•[Cl-] ⁄ [AgCl]
Температурная зависимость растворимости
хорошо растворимых солей в воде
ПРAgCl = 10-10 =>
[Ag+] = [Cl-] = 10-5

9.

ДИАГРАММА СОСТОЯНИЯ ВОДЫ

10.

КОЛЛИГАТИВНЫЕ
СВОЙСТВА РАСТВОРОВ
ЗАКОН РАУЛЯ
Понижение давления
насыщенного пара
растворителя над
раствором по сравнению
с чистым растворителем
прямо пропорционально
числу моль
растворенного вещества
и обратно
пропорционально числу
моль растворителя
ΔР ⁄ Р0 = n ⁄ n+N
ΔР ⁄ P = n ⁄ N

11.

СЛЕДСТВИЯ
1. Повышение температуры кипения
раствора по сравнению с чистым
растворителем прямо
пропорционально его моляльной
концентрации.
Ккип. – эббулиоскопическая константа,
M –молекулярная масса
растворенного в-ва, m′ – масса
растворенного в-ва, m – моляльная
концентрация, g – масса
растворителя.
2. Понижение температуры
замерзания раствора по сравнению с
чистым растворителем прямо
пропорционально его моляльной
концентрации.
Ккрист. – криоскопическая константа

12.

ОСМОС
ОСМОТИЧЕСКОЕ
ДАВЛЕНИЕ

13.

РАСТВОРЕНИЕ ГАЗОВ ВЖИДКОСТЯХ
Влияние температуры. Растворение газов в воде процесс экзотермический (∆Н<0), с
ростом температуры растворимость газов понижается.
Влияние давления. При растворении газа в жидкости устанавливается равновесие
вида
газ + жидкость ↔ насыщенный раствор,
что приводит к заметному уменьшению объема системы. Следовательно, с ростом
давления растворимость газов в жидкостях увеличивается.
ЗАКОН ГЕНРИ
Масса газа, растворенного при изотермических условиях в данном объеме жидкости,
прямо пропорциональна его парциальному давлению.
W=k∙p
k – константа Генри, p – парциальное давление.
СЛЕДСТВИЕ: Объем газа, растворенного при изотермических условиях в данном
объеме жидкости, не зависит от его парциального давления.
Растворимость некоторых газов в воде при 0оС и 20оС, мл/100 мл воды:
Водород – 2.2 / 1.8; кислород - 4.9 / 3.1; азот - 2.4 / 1.5;
хлор – 460 / 236; углекислый газ – 170 / 88.

14.

ТВЕРДЫЕ РАСТВОРЫ
Твердые растворы (ТР)– фазы
переменного состава, в которых частицы
(атомы, ионы) расположены в общей
кристаллической решетке. ТР могут быть
упорядоченными, частично
упорядоченными и неупорядоченными.
ТР внедрения образуются в случае значительных различий частиц по размерам
(электронным структурам), когда
возможно «прорастание» структуры
одного элемента в структуру
другого(природные минералы, чугун,
стали и т.д.).Часто образуются при растворении в металлах неметаллов (бор,
углерод, газы и т.д.)
ТР замещения образуют элементы с
близкими атомными радиусами, с одним
типом кристаллической решетки и
близкой активностью (нерж. стали,
латуни, бронзы, сегнетоэлектрики, п/п).
ТР вычитания образуются при
растворении одного из компонентов в
химическом соединении за счет наличия
в нем дефекта (вакансии). Характерны
для нестехиометрических соединений.

15.

ТВЕРДЫЕ РАСТВОРЫ
ФАЗОВАЯ ДИАГРАММА