Растворы. Классификация, способы выражения концентрации, свойства растворов

1.

Растворы
Классификация, способы выражения
концентрации, свойства растворов

2.

• Растворитель – вещество взятое в избытке
• Растворенное вещество – вещество взятое в
недостатке
• Раствор – растворитель и растворенное вещество

3.

Классификация растворов
1. Истинные растворы, гомогенные растворы, в которых
растворенное вещество представлено в виде ионов или молекул.
Между растворителем и растворенным веществом нет границы
раздела.
Размер частиц растворенного вещества ≈ 10- 9 м.
2. Дисперсные системы, дисперсные растворы – являются
гетерогенными системами, т.к. частицы растворенного вещества
образуют крупную структуру (мицеллу) и между растворителем и
растворенным веществом имеется граница раздела - площадь
поверхности мицеллы.

4.

Дисперсные системы рассматривают двух видов:
Высокодисперсные системы – частицы растворенного вещества
имеют размер ≈ 10- 9 - 10- 7 м.
Грубодисперсные системы – частицы растворенного вещества
имеют размер ≈ 10- 7 - 10- 5 м.
Дисперсная среда (растворитель) – вещество, взятое в избытке, и
представляющее непрерывную фазу.
Дисперсная фаза (растворенное вещество) – вещество, взятое в
недостатке, и образующая структуры, часто называемые
мицеллами.
Дисперсные системы записывают в виде дроби (часто в числители
и знаменателе пишут фазовое состояние вещества)

5.

Классификация дисперсных систем по фазовому состоянию
растворителя и растворенного вещества
Виды
дисперсной
системы
г/г
ж/г
тв./г
г/ж
ж/ж
тв./ж
г/тв.
ж/тв.
тв./тв.
Дисперсная фаза
Дисперсионная
Название и пример
среда
газообразная
жидкая
твердая
газообразная
жидкая
твердая
газообразная
жидкая
газообразная
газообразная
газообразная
жидкая
жидкая
жидкая
твердая
твердая
твердая
твердая
дисперсные системы не образуются
аэрозоли: туманы, облака
аэрозоли: пыль, дым
газовые эмульсии, пены
эмульсии: нефть, молоко
суспензии, золи: ил, взвесь
пористые тела: пемза
капилярные системы: грунт, почва
сплавы, бетон, композиционные
материалы

6.

Нефтяные эмульсии
Нефтяные эмульсии представляют собой дисперсные
системы двух жидкостей (нефти и воды),
малорастворимых друг в друге.
Водонефтяные эмульсии возможны двух типов: вода
в нефти (В/Н) и нефть в воде (Н/В).
В условиях образования нефтяных эмульсий при
добыче и обессоливании нефти более агрегативно
устойчивы эмульсии типа В/Н, и, как правило, на
практике приходится иметь дело с эмульсиями
именно этого типа.

7.

• Содержание растворенного вещества в определенном количестве
раствора или растворителя называется концентрацией.
Существует несколько способ выражения концентрации растворов:
- процентная концентрация – С% (1%);
- молярная концентрация – СМ (1М);
- молярная концентрация эквивалента (нормальность) – Сн(1н).

8.

1) процентная концентрация С% – масса растворенного вещества,
содержащегося в 100 г раствора.
С% =
m р.в.
m р-ра
100% =
m р.в.
100%
m р.в. + mр-ля
где mр.в. – масса растворенного вещества (г),
mр-ра – масса раствора (г),
mр-ля – масса растворителя.
Имеющиеся растворы практически никогда не взвешивают, для них
определяют такой параметр как объем. Чтобы перевести объем раствора в
массу или наоборот, для растворов определяют такой параметр как
плотность - ρ

9.

Плотность – это отношение массы раствора(растворителя) к
объему раствора (растворителя):
ρ=m/V
m =ρ ·V
Плотность измеряется:
в системе СИ (международная система единиц) в кг/м3;
в системе СГС (сантиметр-грамм-секунда) в г/см3
Только для дистиллированной воды при 40С масса
растворителя равна объему растворителя:
ρ(Н2О)= 1000 кг/м3
ρ(Н2О)= 1 г/см3

10.

Определение плотности раствора ареометром
Ареометр - прибор для измерения плотности жидкостей. Действие
ареометра основано на законе Архимеда - по глубине погружения ареометра
(объему вытесненной жидкости) и массе ареометра можно определить
плотность жидкости. Ареометр представляет собой пустотелый стеклянный
поплавок, в верхней части которого находится шкала, а в нижней - груз,
благодаря которому ареометр в растворе находится в вертикальном положении.
Масса груза в каждом ареометре разная, т.к. ареометры используется для
определения плотности разных жидкостей. Взяв один из ареометров,
посмотрите цену деления шкалы

11.

Значение плотности раствора запишите в таблицу 2.3 в двух единицах
измерения - кг/м3, г/см3.
а
б
в
Рис.2.3 Положение ареометра при измерении плотности:
а - правильно; б, в - неправильно.

12.

2) Молярная концентрация (молярность) СМ – число моль растворенного вещества, содержащихся в 1 литре
раствора.
где mр.в. – масса растворенного вещества в г, V – объем раствора в л,
Мр.в – молярная масса растворенного вещества (г/моль).
[СМ] = моль/л
3) Молярная концентрация эквивалента (нормальность) СН – число моль эквивалента растворенного
вещества, содержащихся в 1 литре раствора.
где mр.в. – масса растворенного вещества в г, V – объем раствора в л,
МЭ (р.в.) – молярная масса эквивалента растворенного вещества (г/моль).
[СН] = моль/л

13.

Свойства истинных растворов неэлектролитов,
коллигативные свойства
Свойства растворов, которые зависят только от концентрации
частиц в растворе и не зависят от природы растворенного
вещества, называются коллигативными.
Коллигативные свойства разбавленных растворов могут быть
описаны количественно и выражены в виде законов. К ним
относятся:
• - давление насыщенного пара растворителя над раствором (закон
Рауля)
• - понижение температуры замерзания раствора
• - повышение температуры кипения раствора
• - осмотическое давление

14.

1 закон Рауля: относительное понижение давления насыщенного пара
растворителя над раствором равно мольной доле растворенного вещества.
p0 p n
p0 n0 n
p0 - давление насыщенного пара над растворителем, Па
p - давление насыщенного пара над раствором, Па
n0 - число моль растворителя
n - число моль растворенного вещества.

15.

2 закон Рауля: понижение температуры замерзания и повышение
температуры кипения раствора прямо пропорционально моляльной
концентрации раствора (число моль растворенного вещества в 1 кг
растворителя):
t зам K кр .
t кип K эб .
m р.в еществ а 1000
М р.в еществ а m раств орител я
m р.в еществ а 1000
М р.в еществ а m раств орител я
Ккр. – криоскопическая константа, Кэб. – эбулиоскопическая константа,
выбираются для растворителя, кг·К/моль
mр. вещества – масса растворенного вещества, г
Мр. вещества – молярная масса растворенного вещества, г/моль.
mрастворителя – масса растворителя, г.

16.

Осмос. Осмотическое давление, закон Вант-Гоффа.
Осмос - односторонняя самопроизвольная диффузия молекул
растворителя через полупроницаемую мембрану из раствора с низкой
концентрацией в раствор с более высокой концентрацией.
Осмотическое давление росм. – внутреннее давление растворенного
вещества, численно равное тому внешнему давлению, которое нужно
приложить, чтобы прекратить явление осмоса:
росм. СМ RT
СМ – молярная концентрация раствора, моль/л
R = 8,31 Дж/моль·К, универсальная газовая постоянная
Т- температура, К.

17.

Данные законы справедливы для идеальных растворов или растворов
неэлектролитов, в растворах электролитов следует учесть диссоциацию
молекул на ионы, т.к. для них не выполняются законы Рауля и Вант-Гоффа.
Для учета этих отклонений Вант-Гофф внес в уравнения поправку для
растворов электролитов:
i – изотонический коэфициэнт.
эксп .
эксп .
эксп .
t зам
tкип
pосм
.
i теор. теор. теор.
t зам
tкип
pосм.
Изотонический коэффициэнт, как поправку вводят в уравнения
свойств растворов. Изотонический коэффициент для растворов
электролитов всегда больше единицы, причем с разбавлением раствора i
возрастает до некоторого целочисленного значения.

18.

Степень диссоциации – отношение числа молекул, распавшихся на
ионы, к общему числу молекул:
N
100%
N0
α – степень диссоциации
N – число молекул, распавшихся на ионы, N0 – общее число молекул
i 1
n 1
n – число ионов, на сколько диссоциирует молекула. Например для реакции:
CaCl2 → Ca2+ + 2Cl¯, n=3.

19.

Задачи по свойствам растворов (слайды7-8)
1. Вычислить понижение температуры замерзания раствора, если в
550 г бензола растворили 60 г гексана (C6H14), криоскопическая
постоянная бензола - Ккр =5,07 К·кг/моль.
2. Вычислить повышение температуры кипения раствора, если в
320 г во-ды растворить 15 г этанола (C2H5OН), эбулиоскопическая
постоянная воды –Кэб= 0,52 К·кг/моль.
3. Вычислить молярную массу этанола, если при растворении в 550
г воды 65 г этанола понижение температуры замерзания раствора
составило 4,78ºC, криоскопическая постоянная воды - Ккр=1,86
К·кг/моль.
4. Вычислить осмотическое давление раствора при температуре
26ºC, если в 1 литре раствора содержится 140 г глюкозы.

20.

Примеры решения задач
1.
Вычислите понижение температуры замерзания раствора, если
в 200 г бензола растворили 15 г гексана (C6H14), криоскопическая
постоянная бензола - Ккр =5,07 К·кг/моль.
Дано:
mрастворителя=200г (C6H6)
mр. в-ва=15г (C6H14)
Mр. в-ва =86г/моль (C6H14)
Ккр =5,07 К·кг/моль(C6H6)
Δt - ?
Решение:
t зам K кр .
t зам 5,07
m р.вещества 1000
М р.вещества m растворителя
15 1000
4,42 0 С
86 200
Аналогично решаются задачи на вычисление повышения температуры
кипения

21.

1.
Вычислите осмотическое давление раствора при температуре
20ºC, если в 1 литре раствора содержится 50 г глюкозы (C6H12О6).
Дано:
Vраствора=1л = 1·10-3 м3
mр. в-ва=50г (C6H12О6)
Mр. в-ва =180г/моль
(C6H12О6)
t = 20ºC; 293 К
R = 8,31 Дж/моль·К
росм. -?
Решение:
росм. СМ RT ; росм.
m р .в в а
M р.в в а V р ра
50
8,31 293
3
180 1 10
676342 Па 676,342кПа
росм.
RT