3Растворы

3.1 Теоретические понятия

Раствор – это многокомпонентная, гомогенная, термодинамически равновесная система, образованная за счет всех возможных сил взаимодействия между всеми составляющими ее частицами.

Раствор образуется из компонентов самопроизвольно, поэтому его образование при постоянных температуре и давлении идет с уменьшением энергии Гиббса. Величина энергии Гиббса одного моля раствора зависит от состава (рис. 1)

Рисунок - Энергия Гиббса бинарного раствора.

Пунктирная линия - энергия Гиббса системы из несмешивающихся компонентов А и В. Кривая линия - энергия Гиббса гомогенной системы, все ее точки лежат ниже прямой линии.

Способы выражения состава раствора

Состав раствора выражается различными способами:

а) в виде долей или процентов.

Массовая доля W_i и массовый процент W_i (%)

где - масса i-го компонента и масса всего раствора.

Объемная доля и объемный процент ,(%)

где V_i, V_обш – объем i-гo компонента и общий объем раствора.

Молярная доля X_i и молярный процент X_i(%)

где - количество i-гo компонента и общее количество всех компонентов раствора.

б) Молярная концентрация, С, моль/м³ ; моль/л - это количество вещества в единице объема раствора:

Примеры обозначения: С(Н₂SO₄) = 0,1 моль/л; C(NH₄⁺)= 20 моль/л;

в) молярная концентрация эквивалента (нормальность) - то же, что и молярная концентрация, но в качестве структурной единицы взят эквивалент.

Пример обозначения: С( Н₂SO₄) =0,1 моль/л;

г) массовая концентрация масса данного вещества в единице объема раствора (не путать с плотностью):

; кг/м³;

д) моляльность - количество вещества в 1 кг растворителя:

Пример обозначения: в(H₂S0₄ I H₂0) = 0,1 моль/кг. Часто в литературе моляльность обозначается "m". Однако, согласно ГОСТ 8.417-81, моляльность (в отличие от массы) должна обозначаться в.

3.2 Закон Рауля. Идеальные растворы

Свойства растворов являются сложной функцией состава, температуры, давления и в значительной мере определяются характером межмолекулярных взаимодействий, главным образом, соотношением энергий взаимодействия между одно- и разнородными частицами . Предсказать свойства растворов, зная их состав и свойства компонентов, удается лишь для простейших случаев - идеальных растворов. Они получаются из веществ с одинаковыми размерами молекул и энергиями межчастичных взаимодействий:

При этом смешение не сопровождается тепловым эффектом, Н^смеш =0, изменением объема при смешении ;

При анализе результатов измерений давления насыщенного пара растворов нелетучих веществ Ф. Рауль обнаружил, что парциальное давление растворителя над раствором пропорционально его молярной доле в растворе;

где К - коэффициент пропорциональности, равный - давлению чистого растворителя.

(3.26)

Эта закономерность получила название закона Рауля.

Растворы, в которых оба компонента летучи и каждый из них подчиняется закону Рауля, являются идеальными.

Линейная зависимость парциальных давлений от состава приводят к линейной зависимости и общего давления от состава (рис.2). Так, для системы А - В:

;

Поскольку Х_А + Х_в = 1,

Рисунок - Зависимость парциальных и общего давления паров от состава идеального раствора

Часто закон Рауля используется в виде уравнения:

(3.27)

что отвечает формулировке: относительное понижение давления пара растворителя над раствором равно молярной доле растворенного вещества.