Тема 6. Растворы

6.1 Способы выражения концентрации растворов

Раствор – система, состоящая из растворенного вещества и растворителя. Количественно растворы характеризуются следующими понятиями:

1. Растворимость. Это понятие показывает массу растворенного вещества при данных условиях температуры и для газов - давления, в 100 г РАСТВОРИТЕЛЯ.

2. Концентрация. Это величина, которая показывает содержание растворенного вещества в определенном количестве или объеме РАСТВОРА или РАСТВОРИТЕЛЯ. Существуют различные способы выражения концентрации растворов: массовая доля, молярная, моляльная, нормальная концентрации.

Массовая доля растворенного вещества - это отношение массы растворенного вещества к массе раствора. Массовая доля обозначается буквой  и выражается в долях единицы или в процентах.

Математическое выражение:

m(x) m(x)

 = ______ (6.1); % = ______ . 100% (6.2),

m m

где  - массовая доля растворенного вещества,

m - масса раствора (г, мг, кг) m = m(x) + m(H2O),

m(x) - масса растворенного вещества (г, мг, кг и т.д.).

Если в задачах дается объем, то масса раствора находится по формуле:

m =  . V, (6.3)

где m - масса раствора, V – объём, мл, л, см³,

 - плотность, г/мл, г/ см³, кг/л.

1л = 1000 мл (1000 см³).

Молярная концентрация растворов показывает число молей растворённого вещества в 1 литре раствора. 1л = 1000 мл. Молярная концентрация обозначается буквами «М» или «С_М».

Молярность раствора можно определить по формуле:

С_М = m . 1000, (6.4)

M ^. V

где m – масса растворённого вещества, г;

М – молярная масса, г/моль;

V – объём, мл.

Нормальная (эквивалентная) концентрация раствора показывает число эквивалентов в 1л раствора и обозначается буквами «N» или «C_N». Для расчета нормальности раствора используется формула:

C_N = m . 1000, (6.5)

Э ^. V

где m – масса растворённого вещества, г,

Э – эквивалентная масса растворенного вещества, г/экв.,

V – объём, мл.

Моляльная концентрация показывает число молей растворенного вещества в 1000 г растворителя и обозначается буквами “m” или “С_m”.

Расчет осуществляется по формуле:

С_m = m₁ . 1000 , (6.6)

М . m₂

где m₁– масса растворённого вещества, г,

m₂ – масса растворителя, г,

М – молярная масса растворённого вещества, г/моль.

6.2 Свойства разбавленных растворов неэлектролитов

К неэлектролитам относятся растворы, которые не проводят электрический ток. В таких растворах нет заряженных частиц. Примеры: растворы сахара, глюкозы, мочевины и др.

Поведение таких растворов подчиняется законам Рауля и закону Вант – Гоффа, по которым можно рассчитать температуры замерзания и кипения, осмотическое давление, а также молярные массы растворенных веществ.

Рауль экспериментально установил зависимость между концентрацией растворов неэлектролитов и изменением температуры кипения и замерзания растворов по сравнению с чистым растворителем: повышение температуры кипения или понижение температуры кристаллизации раствора прямо пропорционально моляльной концентрации растворенного вещества. Он выразил эту зависимость уравнениями:

t_зам. = k_кр. ^. C_m; (6.7) t_кип. = k_эб. ^. C_m, (6.8)

где t_зам. – понижение температуры замерзания растворов;

t_кип. – повышение температуры кипения растворов;

k_кр. – криоскопическая константа, для воды она равна 1,86С;

k_эб. – эбуллиоскопическая константа, для воды она равна 0,52 С;

C_m – моляльная концентрация растворов;

k_кр., k_эб. – постоянные величины, зависимые от природы растворителя и независимые от концентрации растворов.

Физический смысл постоянных k_кр. и k_эб.: при концентрации растворов, равной 1 моль/1000 г. k_кр. = t_зам.; k_эб. = t_кип.

При соприкосновении раствора с растворителем вследствие теплового движения всех частиц будет происходить диффузия частиц растворенного вещества и молекул растворителя в слой растворителя и обратный переход молекул растворителя в слой раствора до выравнивания концентрации обоих слоев. Если между растворителем и раствором поместить перегородку, через которую могут проходит только молекулы растворителя, то из слоя растворителя в слой раствора через перегородку будет проходить больше молекул растворителя. Диффузия становится односторонней, возникает явление, называемое осмосом. Осмос – диффузия молекул растворителя из раствора через полупроницаемую перегородку, разделяющую раствор и чистый растворитель. Мерой интенсивности протекания осмоса является осмотическое давление. Теоретическое выражение для осмотического давления получил Вант-Гофф: осмотическое давление раствора прямо пропорционально молярной концентрации раствора и температуре.

π=СмRT, (6.9)

где - осмотическое давление, кПа;

R – универсальная газовая постоянная 8,314 Дж/моль ^∙ К;

Т – температура, К;

См – молярная концентрация раствора, моль/л.