2.1 Способы выражения концентрации раствора

Растворы – гомогенные смеси переменного состава. Растворы состоят из растворенного вещества и растворителя. Растворителем называют компонент, который сохраняет свое фазовое состояние при образовании раствора и его концентрация выше концентрации других компонентов. Концентрация раствора указывает на количественный состав раствора.

Существует несколько способов выражения концентрации растворов.

1. Массовая доля вещества  - показывает массу растворенного вещества в 100 г раствора:

,

где m_в-ва – масса растворенного вещества, г;

m _р-ра – масса раствора, г;

m _р-ра = m_в-ва + m _р-ля

Массовая доля может быть выражена в процентах – процентная концентрация:

Например, 5 % - ный раствор NaCl, значит в 100 г раствора содержится 5 г NaCl, а для приготовления 100 г 5 % - ного раствора необходимо 5 г NaCl растворить в 95 г воды.

2. Молярная концентрация вещества С_м – показывает количество моль растворенного вещества в 1 литре раствора, размерность моль/л или М:

,

где n – количество моль растворенного вещества, моль;

V – объем раствора, л.

Например, для приготовления 0,5 М раствора NaNO₃ необходимо 0,5 моль вещества поместить в мерную колбу на 1 л, растворить в небольшом количестве воды, далее объем раствора довести до метки.

3. Эквивалентная концентрация или нормальная концентрация С_н – показывает количество моль – эквивалентов растворенного вещества в 1 литре раствора, размерность моль – экв/л или н:

,

где n_экв – количество моль – эквивалентов растворенного вещества, моль – экв;

V – объем раствора, л.

Например, для приготовления 0,5 н раствора Ca(NO₃)₂ необходимо 0,5 моль - эквивалентов вещества поместить в мерную колбу на 1 л, растворить в небольшом количестве воды, далее объем раствора довести до метки.

4. Мольная доля,  – величина, показывающая отношение количества молей данного вещества n_i к общему количеству молей всех веществ, находящихся в смеси или в растворе

5. Моляльная концентрация, С, показывает количество моль растворенного вещества, находящегося в 1 кг растворителя, моль/кг

,

где n – количество моль растворенного вещества,

m _{р – ля} – масса растворителя, кг

Например, для приготовления 0,5 моляльного раствора хлорида магния необходимо 0,5 моль вещества растворить в 1 кг воды

6. Титр раствора, Т – масса вещества в 1 мл раствора, г/мл

Все концентрации взаимосвязаны друг с другом, значит, зная, например, молярную концентрацию раствора, можно легко получить моляльную или эквивалентную концентрацию раствора.

2.2 Коллигативные свойства растворов

Общими (коллигативными) свойствами раствора являются такие свойства, которые зависят только от концентрации растворенного вещества. Такие свойства могут проявляться в полной мере в идеальных растворах. Идеальным называют раствор, в котором не происходят химические реакции между компонентами, а силы межмолекулярного взаимодействия между компонентами одинаковы. Образование этих растворов не сопровождается изменением теплового эффекта, и каждый компонент ведет себя в растворе независимо от других компонентов. По своим свойствам к идеальным растворам приближаются лишь очень разбавленные растворы. К таким свойствам относятся:

1. понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором

2. понижение температуры замерзания раствора

3. повышение температуры кипения раствора

4. осмос

Эти свойства проявляются в случае растворов нелетучих растворенных веществ, т.е. веществ, давлением паров которых можно пренебречь. Молекулы нелетучего растворенного компонента раствора препятствуют улетучиванию из раствора молекул растворителя. Французский ученый Р.Рауль установил, что понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором пропорционально мольной доле растворенного нелетучего вещества:

р = р₀  х,

где р – понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором,

р₀ – давление насыщенного пара чистого растворителя,

х – мольная доля растворенного нелетучего вещества

Значит, с увеличением содержания нелетучего растворенного компонента давление пара растворителя над раствором уменьшается – закон Рауля.

Из этого закона вытекают следствия:

1. Температура кипения раствора выше температуры кипения растворителя. Это объясняется тем, что давление насыщенного пара растворителя над раствором становится равным атмосферному давлению (условие кипения жидкости) при более высокой температуре, чем в случае чистого растворителя. Повышение температуры кипения пропорционально моляльной концентрации растворенного вещества:

Т_кип = К_э  С_,

где К_э - эбуллиоскопическая постоянная растворителя, показывает на сколько градусов повысится температура кипения раствора, при растворении 1 моль вещества в 1 кг растворителя.

2. Температура замерзания (кристаллизации) раствора ниже температуры замерзания (кристаллизации) чистого растворителя.

Это обусловлено более низким давлением пара растворителя над раствором. Понижение температуры замерзания (кристаллизации) пропорционально моляльной концентрации растворенного вещества:

Т_зам = К_к  С_,

где К_к - криоскопическая постоянная растворителя, показывает на сколько градусов понизится температура замерзания раствора, при растворении 1 моль вещества в 1 кг растворителя

Осмос – самопроизвольный переход растворителя через полупроницаемую мембрану, разделяющую раствор и растворитель или два раствора с различной концентрацией растворенного вещества. Осмос обусловлен диффузией молекул растворителя через полупроницаемую перегородку, которая пропускает только молекулы растворителя, причем молекулы растворителя проникают через полупроницаемую мембрану в раствор или из менее концентрированного раствора в более концентрированный. Количественно осмос характеризуется осмотическим давлением, равным силе, приходящейся на единицу площади поверхности, и заставляющей молекулы растворителя проникать через полупроницаемую перегородку. Осмотическое давление возрастает с увеличением концентрации растворенного вещества и температуры. Вант – Гофф предположил, что для осмотического давления можно применить уравнение состояния идеального газа

и и

Растворы с одинаковым осмотическим давлением называются изотоническими. Если осмотическое давление выше внутриклеточного, то оно гипертоническое, если ниже – гипотоническое.