5. Равновесие газ-раствор

Растворимость газов в жидкостях зависит от ряда факторов: природы газа и жидкости, давления, температуры, концентрации растворенных в жидкости веществ (особенно сильно влияет на растворимость газов концентрация электролитов).

Наибольшее влияние на растворимость газов в жидкостях оказывает природа веществ. Так, в 1 литре воды при t = 18 °С и P = 1 атм. растворяется 0.017 л. азота, 748.8 л. аммиака или 427.8 л. хлороводорода. Аномально высокая растворимость газов в жидкостях обычно обусловливается их специфическим взаимодействием с растворителем – образованием химического соединения (для аммиака) или диссоциацией в растворе на ионы (для хлороводорода). Газы, молекулы которых неполярны, растворяются, как правило, лучше в неполярных жидкостях – и наоборот. Зависимость растворимости газов от давления выражается законом Генри – Дальтона:

Растворимость газа в жидкости прямо пропорциональна его давлению над жидкостью.

Здесь С – концентрация раствора газа в жидкости, k – коэффициент пропорциональности, зависящий от природы газа. Закон Генри – Дальтона справедлив только для разбавленных растворов при малых давлениях, когда газы можно считать идеальными. Газы, способные к специфическому взаимодействию с растворителем, данному закону не подчиняются.

Растворимость газов в жидкостях существенно зависит от температуры; количественно данная зависимость определяется уравнением Клапейрона – Клаузиуса (здесь X – мольная доля газа в растворе, λ – тепловой эффект растворения 1 моля газа в его насыщенном растворе):

Как правило, при растворении газа в жидкости выделяется теплота (λ < 0), поэтому с повышением температуры растворимость уменьшается. Растворимость газов в жидкости сильно зависит от концентрации других растворенных веществ. Зависимость растворимости газов от концентрации электролитов в жидкости выражается формулой Сеченова (X и Xo – растворимость газа в чистом растворителе и растворе электролита с концентрацией C):

6. Равновесие раствор-раствор

Закон распределения Нернста определяет относительное содержание в двух несмешивающихся или ограниченно смешивающихся жидкостях растворимого в них компонента; является одним из законов идеальных разбавленных растворов. Открыт в 1890 В. Нернстом.

Согласно закону распределения Нернста, при равновесии отношение концентраций третьего компонента в двух жидких фазах является постоянной величиной. Этогт закон может быть записан в виде

c₁/c₂ = k,

где c₁ и c₂ — равновесные молярные концентрации третьего компонента в первой и второй фазах; постоянная k — коэффициент распределения, зависящий от температуры.

С₁

С₂

n моль

2n моль

3n моль

Рисунок 3.

Закон распределения Нернста позволяет определить более выгодные условия экстрагирования веществ из растворов.

7. Коллигативные свойства растворов

Коллигативные свойства растворов – это свойства, которые зависят от числа частиц растворенного в веществе и не зависят от его природы: 1. Понижение давления насыщенного пара (ДНП) над раствором

2. Понижение температуры замерзания раствора (ΔТз) и повышение температуры кипения раствора (ΔТк)

3. Осмотическое давление (π).

Понижение давления насыщенного пара (ДНП) над раствором. I закон Рауля

↑t ↑p₀

H₂O:

0⁰C – 4,6 мм рт. ст.

20⁰C – 17,4 мм рт. ст.

100⁰C – 760 мм рт. ст.

p₀= pатм. жидкость закипает

p₀

p

>

Рисунок 4

II закон Рауля

ΔТзамерзания = Тзамерзания р-ля – Тзамерзания р-ра = ΔТз

ΔТкипения = Ткипения р-ра – Ткипения р-ля = ΔТк

Повышение температуры кипения (ΔТк) и понижение температуры замерзания (ΔТз) разбавленных растворов неэлектролитов прямо пропорционально моляльной концентрации раствора.

ΔТк = Кэ·Сm; ΔТз = Кз·Сm

Ч ем больше концентрация растворенного вещества, тем

выше Тк и ниже Тз раствора.

ΔТк = Кэ·Сm; ΔТз = Кз·Сm;

Сm – моляльная концентрация – количество растворенного вещества в 1 кг растворителя (моль/кг):

m вещ-ва

Cm = ————————

M · m раств-ля (кг)

Кэ – эбулиометрическая const;

Кз (КК) – криометрическая const;

Эти константы зависят от природы растворителя.

При Cm = 1 моль/кг; Кз = ΔТз; Кэ = ΔТк.

КзН2О = 1,86 кг·К/моль; КэН2О = 0,52 кг·К/моль;

Криометрия –метод определения молярной массы вещества (М) по температуре замерзания:

М в-ва =	(Кз × mв-ва)	(г/моль)
	(ΔТз×mр-ля)