5.Гетерогенные процессы и равновесия в растворах.

1. Растворение — переход молекул вещества из одной фазы в другую (раствор, растворенное состояние). Происходит в результате взаимодействия атомов (молекул) растворителя и растворённого вещества и сопровождается увеличением энтропии при растворении твердых веществ и её уменьшением при растворении газов. При растворении межфазная граница исчезает, при этом многие физические свойства раствора (например, плотность, вязкость, иногда - цвет, и другие) меняются.

В случае химического взаимодействия растворителя и растворенного вещества сильно меняются и химические свойства - например, при растворении газа хлороводорода в воде образуется жидкая соляная кислота.

Кристаллизация — процесс фазового перехода вещ-ва из жидкого(газообразного) состояния в твёрдое кристаллическое с образованием кристаллической решетки.

Фазой называется однородная часть термодинамической системы отделённая от других частей системы(других фаз) поверхностью раздела, при переходе через которую химический состав, структура и свойства вещества изменяются скачками.

Равновесие в гетерогенной системе

Система находится в механическом и тепловом равновесии, если Р и Т во всех фазах одинаковы. Однако в системе при этих условиях возможен переход вещества из одной фазы в другую. Признаком того, что система также находится в равновесии, т. е. не происходит перехода какого-либо компонента из одной фазы в другую, является равенство удельных химических потенциалов данного компонента в рассматриваемых фазах.

Одним из важнейших законов гетерогенного равновесия является правило фаз. Оно оперирует с основными понятиями о компоненте, фазе и числе степеней свободы. Два первых понятия определены выше.

Под термодинамическими степенями свободы, или просто под степенями свободы, подразумеваются независимые параметры системы, находящиеся в термодинамическом равновесии, которые могут принимать произвольные значения в определенном интервале, причем число фаз не изменяется. Другими словами, степенями свободы являются те параметры системы, которые играют роль независимых переменных. Все остальные параметры будут их функциями.

Число степеней свободы (вариантность системы) – это число, указывающее, скольким параметрам, характеризующим состояние равновесной системы, можно давать произвольные значения без того, чтобы число фаз в системе изменилось.

Правило фаз: В изолированной равновесной системе число фаз плюс число степеней свободы равно числу компонентов плюс 2

φ + V = k + 2

т. к. условием равновесия является равенство химических потенциалов, а значение их не зависит от количества фазы, то и равновесие в системе не зависит от количества фазы.

Пример: В систему, состоящую из 100 г льда и 1 кг воды, можно добавить (или отнять) еще льда или воды, взятого, конечно, в том же состоянии (Т, Р), в котором находился лед.

Если какой-то параметр, характеризующий систему остается постоянным, то число переменных уменьшится на единицу и правило фаз запишется в виде:

φ + V = k + 1

Число степени свободы уменьшится в этом случае на единицу. В таком виде правило фаз применяется при изучении диаграммы состояния систем, образованных практически нелетучими веществами. Влияние давления на эти системы невелико и его принимают за постоянную величину.

Пример: диаграмма плавкости нелетучих металлов при атмосферном давлении.

2. Насыщенный раствор — раствор, в котором растворённое вещество при данных условиях достигло максимальной концентрации и больше не растворяется. Осадок данного вещества находится в равновесном состоянии с веществом в растворе.

Ненасыщенный раствор — раствор, в котором концентрация растворенного вещества меньше, чем в насыщенном растворе, и в котором при данных условиях можно растворить еще некоторое его количество.

Пересыщенный раствор — раствор, содержащий при данных условиях больше растворённого вещества, чем в насыщенном растворе, избыток вещества легко выпадает в осадок. Обычно пересыщенный раствор получают охлаждением раствора, насыщенного при более высокой температуре (пересыщение).

3.Произведение растворимости (ПР, Ksp) — произведение концентрации ионов малорастворимого электролита в его насыщенном растворе при постоянной температуре и давлении. Произведение растворимости величина постоянная.

В общем виде, произведение растворимости для вещества с формулой AmBn, которое диссоциирует на m ионов A и n ионов B, рассчитывается по уравнению:

где [Am+] и [Bn-] — равновесные молярные концентрации ионов, образующихся при электролитической диссоциации.

4.Масса вещества, содержащаяся в 100 г растворителя для получения насыщенного раствора при данной температуре. По величине коэффициента растворимости твердые вещества делят на хорошо растворимые (S >10 г), малорастворимые (10 г > S > 0,01 г) и практически нерастворимые (S < 0,01 г). Обычно при повышении температуры растворимость твердых веществ увеличивается, газов - уменьшается.

5. Дробное осаждение, способ разделения смеси веществ путём их последовательного осаждения из раствора. Возможность количественного разделения смеси зависит от соотношения первоначальных концентраций осаждаемых соединений и значений их произведения растворимости. В процессе Д. о. возможно соосаждение более растворимого соединения с менее растворимым.