РАСТВОРЫ
Классификация дисперсных систем
Дисперсные системы
Понятие об идеальных растворах
Коллигативные свойства растворов
Фазовая диаграмма чистой воды
Следствия из закона Рауля
Явление осмоса
Электролитическая диссоциация
Количественные характеристики электролитической диссоциации
электролиты
Электролитическая диссоциация воды
5.36M
Категория: ХимияХимия

Растворы. Классификация дисперсных систем

1. РАСТВОРЫ

Лекция 5

2.


Сложные химические системы могут быть получены из чистых химических веществ в результате
дробления и перемешивания исходных фаз (диспергирования).
Дисперсные системы – это системы, состоящие из сплошной среды (называемой
дисперсионной средой) с распределенным в ней веществом (дисперсной фазой), которое
состоит из отдельных частиц с большой удельной поверхностью.
Растворы – это гомогенные системы переменного состава, образованные не менее чем
двумя компонентами
Растворитель - тот компонент, который находится в жидкой фазе и, как правило, превалирует
количественно
Образование раствора является самопроизвольным процессом, неизбежно протекающем
при контакте фаз. Это - принципиальное следствие Второго Начала термодинамики, поскольку
общая энтропия при смешении растет
Энергетической характеристикой процесса растворения является изменение энергии Гиббса в
ходе этого процесса.
Процессы
при растворении
Отрицательна
при любом
значении
энтальпии.
может быть как
положительной,
так и
отрицательной.
абсолютно нерастворимых
веществ нет
Положительна
и очень велика
эндотермический процесс разрушения
связей в растворяемом
веществе
экзотермический процесс образования
сольватов

3. Классификация дисперсных систем

• В случае, когда распределенная
фаза диспергирована до
молекулярно- ионного состояния,
дисперсная система становится
истинным раствором
• В случае истинных растворов:
• дисперсионная среда
называется растворителем,
• доведенная до предельной
степени дробления дисперсная
фаза называется растворенным
веществом.

4. Дисперсные системы

Суспензии (suspensio) — это такие системы, которые состоят из раздробленного твердого
вещества и жидкой фазы. Размер частиц в них колеблется от 0,1 до 50 мкм и более
(грубодисперсные системы). Суспензии гетерогенны, но в отличие от коллоидных
растворов это мутные жидкости, частицы которых видны под обычным микроскопом. Эти
жидкости седиментируют, их частицы задерживаются даже крупнопористыми
фильтрующими материалами. Они не склонны к диализу и диффузии.
Эмульсии (emulsus) представляют собой дисперсные системы, в которых и дисперсная
фаза, и дисперсионная среда представлены взаимонерастворимыми или мало
взаиморастворимыми жидкостями. Эмульсии относятся к грубодисперсным системам, в
которых размер дисперсных частиц (капелек) колеблется в пределах от 1 до 150 мкм, но в
некоторых случаях они бывают и более высокодисперсными
Золи - жидкая (лиозоль) или газообразная (аэрозоль) дисперсионная среда, в объеме
которой распределена другая (дисперсная) фаза в виде капелек жидкости, пузырьков газа
или мелких твердых частиц
Гели - состоят, по крайней мере, из двух компонентов, один из которых образует
непрерывную трёхмерную макромолекулярную сетку, выступающую в роли каркаса,
пустоты в которой заполнены низкомолекулярным растворителем — дисперсионной
средой.

5.

Процесс растворения твердого тела в жидкости является результатом явления
сольватации – взаимодействия молекул растворителя с частицами
растворяемого вещества.
В результате этого взаимодействия возникают сольваты – образования
молекулярных размеров, представляющие собой ассоциаты частиц
растворяемого вещества (A) с молекулами растворителя (R):
В случае, когда растворителем является вода, процесс называется
гидратацией, а ассоциаты – гидратами.
Процесс сольватации может приводить к распаду молекул растворяемого
вещества на заряженные частицы - электролитическая диссоциация.

6.

Концентрации (размерные величины)
ХАРАКТЕРИСТИКИ РАСТВОРОВ
Процентная концентрация (массовая) – количество граммов растворенного вещества в 100
граммах раствора [%], или количество миллиграммов вещества в 100 граммах раствора
[мг%]
Процентная концентрация (объемная) – количество миллилитров растворенного вещества в
100 миллилитров раствора [об.%]
Молярная концентрация (молярность) – количество молей растворенного вещества в литре
раствора [моль/л]
Массовая концентрация – масса растворенного вещества в литре раствора [г/л]
Моляльная концентрация (моляльность) – количество молей растворенного вещества в 1000
граммах растворителя. [моль/1000 г р-рителя]
Нормальная концентрация (нормальность) – количество молей химического эквивалента
растворенного вещества в литре раствора [моль-экв/л]
Доли (безразмерные величины)
Мольная доля – отношение числа молей растворенного компонента к общему числу молей
раствора.
Массовая доля – отношение массы растворенного компонента к общей массе раствора.
Объемная доля (для смесей газов и растворов ж-ж) – отношение объема растворенного
компонента к сумме объемов растворителя и растворенного вещества до начала процесса
растворения.

7.

Растворимость - предельное количество растворяющегося в растворе вещества.
[г/100г растворителя].
Чем более похожи по характеру и энергетике химических связей растворитель и
растворяемое вещество, тем растворимость, как правило, больше («подобное
растворяется в подобном»)
РАСТВОРЫ
AmBn mAn+ + nBm-
ненасыщенные
содержание
растворенного
вещества в
растворе меньше
растворимости
насыщенные
содержание
растворенного
вещества в
растворе равно
растворимости
пересыщенные
содержание
растворенного
вещества в
растворе больше
растворимости

8. Понятие об идеальных растворах

Идеальный раствор – это раствор, при образовании которого не изменяется внутренняя
энергия системы ( ∆Us = 0), растворение не сопровождается тепловым эффектом (∆Hs =0) и
остается постоянным объём системы ( ∆Vs = 0).
Для газов, объем которых при переходе в раствор значительно уменьшается (имеется в виду
объем чистого газа и объем раствора, содержащего то же количество компонента),
зависимость растворимости от давления характеризуется законом Генри:
где Pk – парциальное давление k-го газообразного компонента, находящегося над раствором,
Kk – константа Генри для этого компонента.
Влияние температуры на процесс растворения имеет сложный характер и зависит от знака
теплового эффекта процесса растворения.
Для экзотермического процесса растворения газов с ростом температуры растворимость
уменьшается
Для твердых тел возможно как увеличение, так и уменьшение растворимости с ростом
температуры

9.

10. Коллигативные свойства растворов

Коллигативные (общие) свойства растворов – свойства, которые
не зависят от природы растворенного вещества
Поведение насыщенного пара
Явление осмоса
при растворении нелетучего компонента в поверхностном слое
жидкости концентрация молекул растворителя уменьшается,
уменьшается и давление ее пара P по сравнению с давлением
насыщенного пара над чистым растворителем P0
Закон Рауля: Отношение понижения давления пара растворителя
над раствором нелетучего вещества к давлению пара чистого
растворителя равно мольной доле растворенного вещества.

11. Фазовая диаграмма чистой воды

Изменение фазовой диаграммы
воды при растворении в ней
нелетучего компонента.
Чистый
растворитель
раствор

12. Следствия из закона Рауля

повышение температуры кипения раствора по сравнению с
температурой кипения чистого растворителя
Tкип.= Tкип Т0кип
Tкип.= Екип. Сm
Екип.– эбулиоскопическая постоянная растворителя
для воды
Екип.= 0,52, Т0кип = 373,1 К
для этилового спирта Екип = 1,20 Т0кип = 351,4 К
Сm - моляльная концентрация раствора
Температура
кипения раствора
выше температуры
кипения чистого
растворителя
понижение температуры кристаллизации растворителя из раствора по
сравнению с температурой кристаллизации чистого растворителя
Tкрист.= Т0крист. Tкрист.
Tкрист.= Ккрист. Сm
Ккрист.– криоскопическая постоянная растворителя
для воды
Ккрист.= 1,86,
Т0крист. = 273,1 К
для камфоры
Ккрист. = 40
Т0крист. = 447,4 К
Для растворов
неэлектролитов
Температура
замерзания
раствора ниже
температуры
замерзания чистого
растворителя

13. Явление осмоса

Осмос – это диффузия растворителя через
полупроницаемую мембрану, разделяющую два
раствора различной концентрации, из менее
концентрированного в более концентрированный.
Причина осмоса – во Втором законе термодинамики.
Энтропия растворителя в растворе ВЫШЕ энтропии чистого
растворителя самопроизвольно растворитель переходит
из области меньшей концентрации раствора (там больше
растворителя) в область большей концентрации
в области большей концентрации возникает
осмотическое давление π , равное, по уравнению ВантГоффа:
Для растворов
неэлектролитов
Осмотическое давление равно избыточному внешнему давлению,
которое следует приложить со стороны раствора, чтобы прекратить
.
процесс,
то есть создать условия осмотического равновесия

14. Электролитическая диссоциация

Электролитическая диссоциация – процесс распада растворяемого вещества на ионы в
результате действия растворителя
Электролиты – системы, содержащие способные к самостоятельному существованию
ионы
Процесс электролитической диссоциации обусловлен тем, что среда растворителя с
высоким значением диэлектрической проницаемости:
ослабляет электростатическое взаимодействие в ионных соединениях
увеличивает длину диполя полярных молекул.
Образование гидратных
оболочек сопровождается
выделением значительных
количеств энергии

15. Количественные характеристики электролитической диссоциации

Константа электролитической диссоциации Кe.d.:
Степень электролитической диссоциации α - отношение числа
распавшихся на ионы частиц к общему числу перешедших в
раствор молекул
Коэффициент диссоциации i - количество частиц, в среднем
возникающее при переходе в раствор одной молекулы
растворенного вещества,
n - число ионов, образующихся при полной
Tкип.= i Екип. Сm
диссоциации растворенного вещества
Tкрист.= i Ккрист. Сm
π.= i C R T
i – изотонический коэффициент Вант-Гоффа,
численно равен коэффициенту диссоциации

16.

Связь константы диссоциации и степени диссоциации
Закон разбавления
Оствальда
Для сильно разбавленных растворов:
<< 1, K = C 2
Зависимость степени диссоциации α
от концентрации слабого электролита
в растворе с0

17. электролиты

Сильные
Средней силы
Диссоциируют в растворе полностью ( 1)
Диссоциируют не полностью (0,03 < < 0,3)
Кажущаяся степень диссоциации (особенно
для концентрированных растворов) может
понижаться до каж ≈ 0,3.
В растворе молекулы + ионы
Принято, что для сильных электролитов > 0,3
H2SO3, H3PO4, HF
Слабые
В растворе практически нет ионов,
присутствуют только ионы
Диссоциируют не полностью (0 < < 0,03)
1) Все растворимые соли;
1) Почти все органические кислоты,
2) Некоторые минеральные кислоты, такие как
H2SO4, HNO3, HCl, HClO4 и некоторые другие;
3) Основания щелочных и щелочноземельных
металлов, например, NaOH, KOH, Ba(OH)2.
В растворе молекулы + ионы
2) Некоторые минеральные кислоты, например,
H2CO3, H2S, HNO2, HClO.
3) Многие гидроксиды металлов (кроме
гидроксидов щелочных и щелочноземельных
металлов), например Fe(OH)3, Мn(OH)2, а
также гидроксид аммония NH4OH.
4) Вода

18. Электролитическая диссоциация воды

Вода – слабый электролит: при 18 °С степень диссоциации воды равна 1,5 10-9
молярная концентрация воды в воде
CH2O=Const =55,56 моль/л
ионное
произведение
воды.
Квод = 10-14 моль2 /л2 при 298 К
pH= -lgCH+
pОH= -lgCОН+
pH + рОН= 14
English     Русский Правила