Тема 1.2. Фазова рівновага та вчення про розчини план:

1. Загальна характеристика розчинів.

2. Розчини газів в рідинах. Закон Генрі.

3. Розчинність твердих речовин в рідинах.

4. Дифузія і осмос в розчинах. Закон Вант-Гоффа.

5. Тиск пари над розчинами. Закон Рауля.

6. Температура кристалізації і кипіння розчинів.

7. Фазові переходи. Фазова рівновага.

ВИВЧИВШИ ТЕМУ, ВИ ПОВИННІ:

Знати:

 визначення “розчини”, “фази”, “фазовий перехід”;

 правило фаз Гіббса;

однокомпонентні системи, діаграма стану води;

 види розчинів;

 способи виразу концентрації розчинів;

явища дифузії і осмосу, закон Вант-Гоффа;

 правила приготування розчинів. Закон Генрі;

особливості поведінки розчинів;

тиск насиченої пари над розчином;

температури кристалізації та кипіння розчинів;

закон Рауля.

Вміти:

 розраховувати число ступенів свободи за правилом Гіббса;

 визначати розчинність газів за законом Генрі;

 розрахувати потрібні величини за законом Рауля;

 визначати Тзам. та Ткип.в залежності від концентрації розчину;

 працювати з діаграмою стану води.

1. Загальна характеристика розчинів

Розчини – одна з найважливіших фізико-хімічних систем. Розробка теорії розчинів відіграла важливу роль у розвитку фізичної хімії. Ще М.В.Ломоносов звернув увагу на важливість розчинів для розвитку хімічних наук. Важливість розчинів визначається перш за все їх поширеністю. Переважна більшість біологічних процесів відбувається в розчинах.

Розчинами називають багатокомпонентні гомогенні системи, в яких одна або кілька речовин розподілені у вигляді молекул, атомів або іонів в середовищі іншої речовини – розчинника.

До розчинів відносяться суміші газів, розчини різних речовин в рідинах та тверді розчини. Найбільш розповсюджені рідкі розчини. Прикла­дами рідких розчинів є розчини солей, спирту, кислот у воді; твердих - сплави. Газоподібним є повітря.

У рідких розчинах один із компонентів називають розчиненою речовиною, другий - розчинником.

Розчинник – це рідкий компонент розчину, який береться у надлишку порівняно з іншими компонентами.

У сучасній теорії розчинів визначається важливість як фізичних, так і хімічних сил між молекулами (атомами, іонами) у розчині.

Гомогенність розчинів обумовлена тим, що під час їх утво­рення, внаслідок взаємодії з розчинником, розчинена речовина подрібнюється до молекул або йонів, тобто розміри часток розчиненої речовини, розподілених між молекулами розчинника, не перевищують 10^-9м. Такі розчини називають істинними.

Розчини, в яких частки розчиненої речовини мають розмір від і 10^-9м до 10^{- 7}м є колоїдними, а більше 10^-7м - грубодисперсними.

Істинні розчини прозорі, легко проходять через фільтр.

Розчин утворюється зі складових частин (компонентів) самодовільно, тому його утворення при сталих Р та Т пов’язане зі зменшенням ізобарного потенціалу (вільної енергії) системи. Ізобарний потенціал залежить не тільки від температури і тиску, а й від складу розчину, тобто від кількості компонента в розчині. Це твердження справджується також для інших термодинамічних потенціалів.

Найважливішою характеристикою розчину є його склад або концентрація компонентів.

Концентрація розчину – це кількість розчиненої речовини, що міститься в певній кількості розчинника або розчину.

Розчини з високою концентрацією розчиненої речовини називаються концентрованими, з низькою – розбавленими.

Кількісний склад розчинів в фізичній хімії часто виражають через молярну і моляльну концентрацію, молярні і масові частки.

Молярна концентрація – це відношення кількості розчиненої речовини до об’єму розчину.

В СІ кількість речовини вимірюють в молях, тому одиницею молярної концентрації в СІ є моль/м³ або моль/л.

С = n/V або С = m/(М∙V)

де п - кількість речовини в молях;

V— об'єм розчину;

т - маса розчиненої речовини;

М- молярна маса.

Наведемо приклади назв розчинів різної молярної концентрації, моль/л:

1,000 (1М) – молярний;

2,000 (2М) – двомолярний;

0,100 (0,1М) – децимолярний;

0,200 (0,2М) – дводецимолярний;

0,030 (0,03М) – трисантимолярний;

0,004 (0,004М) – чотиримілімолярний.

Моляльна концентрація – це відношення кількості розчиненої речовини до маси розчинника.

Її вимірюють в моль/кг. Числове значення моляльної концентрації, позначають С_m:

С_m = (n ∙ 1000) / m (розчинника)

де

п - кількість молів розчиненої речовини;

т - маса розчинника.

• Еквівалентна концентрація (або нормальність) Сн - визначається числом молярних мас еквівалентів розчиненої речовини в 1л розчину:

С_н = m / E_m ∙ V,

де т - маса розчиненої речовини;

E_m - еквівалентна маса;

V - об'єм розчину.

Еквівалентну концентрацію за останніми рекомендаціями називають молярною концентрацією еквіваленту.

Молярна частка – це відношення числа молей одного з компонентів розчину до загального числа молей всіх компонентів. Її виражають в долях одиниці або у відсотках (%). Молярна частка N₁ одного компоненту розчину визначається по формулі:

N₁ =

Де n₁ – число молів цього компонента в розчині;

n_2,n_3,….n_к - число молів інших компонентів.

Сума мольних часток всіх компонентів розчину дорівнює 1 або 100%.

N_{1 +} N₂ +....N_к = 1

Масова частка – це відношення маси розчиненої речовини до маси розчину. Її також виражають в частках одиниці або у відсотках (%).