Раздел 3. Растворы.
3.1. Основные характеристики растворов
Растворы занимают промежуточное положение между химическими соединениями постоянного состава и механическими смесями.
Раствор – гомогенная система переменного состава, состоящая из двух или более компонентов.
Растворы бывают:
твёрдыми – твёрдые растворы или сплавы (например, сплав серебра и золота);
газообразными – газообразные растворы или смеси газов (например, смесь азота и кислорода);
жидкими – могут быть построены по типу жидкость - газ, жидкость - жидкость, жидкость - твёрдое вещество (например, водный раствор сахара, кровь, водный раствор поваренной соли).
Отсутствие у растворов постоянного состава, неприменимость к ним законов эквивалентов и кратных отношений сближает их с механическими смесями. Но однородность, тепловые и объёмные эффекты – сближают с химическими соединениями.
Способы выражения состава растворов.
На практике состав растворов выражают с помощью следующих величин:
а) безразмерных – массовая и мольная доли;
б) размерных – молярная концентрация вещества, молярная концентрация вещества эквивалентов, моляльность.
Основные способы выражения концентрации растворов приведены в таблице 2.
Растворимость
Растворимость – это способность вещества растворяться в том или ином растворителе.
Мерой растворимости вещества при данных условиях является его содержание в насыщенном растворе, т.е. там, где установилось равновесие между раствором и веществом, которое осталось нерастворённым.
Таблица 2
Основные способы выражения концентрации растворов
Вид концентрации |
Математическая формула |
Пример |
Массовая
доля растворенного
вещества
- это есть отношение массы растворенного
вещества (
|
следует учесть, что
где mв-ва – масса растворенного вещества (г); mр-ра – масса раствора (г); р-ра – плотность раствора (г/мл); Vр-ра – объем раствора (мл). |
4,8 г H2SO4 содержится в 24 г раствора. Тогда
то есть в 100 г раствора содержится 20 г серной кислоты.
|
Молярная концентрация растворенного вещества (или молярность) – это отношение количества моль растворенного вещества (n) к объему раствора (V) или число моль растворенного вещества в 1 литре раствора.
|
где mв-ва – масса растворенного вещества (г); Мв-ва – молярная масса растворенного вещества (г/моль); V - объем раствора (л) |
В 500 мл раствора содержится 28 г KOH. Тогда
то есть в 1 литре раствора содержится 0,1 моль гидроксида калия. |
продолжение таблицы 2 |
||
Вид концентрации |
Математическая формула |
Пример |
Молярная концентрация эквивалента растворенного вещества – это есть отношение количества эквивалентов (числа моль эквивалентов) растворенного вещества (nэкв) к объему раствора (V) (или число моль эквивалентов растворенного вещества в 1 литре раствора).
|
где
mв-ва
– масса растворенного вещества (г);
|
В 100 мл раствора содержится 0,365 г HCl. Тогда
то есть в 1 литре раствора содержится 0,1 моль эквивалентов соляной кислоты. |
Моляльная концентрация (или моляльность) – это есть количество моль растворенного вещества (n) в 1 кг растворителя (или в 1000 г растворителя).
|
(моль/кг)
где mв-ва – масса растворенного вещества (г); Мв-ва – молярная масса растворенного вещества (г/моль); mр-ля – масса растворителя (кг). |
В 500 г воды (т.е. растворителя) содержится 40 г NaOH. Тогда
то есть в 1 кг воды содержится 2 моль NaOH. |
продолжение таблицы 2 |
||
Вид концентрации |
Математическая формула |
Пример |
Молярная доля растворенного вещества – это отношение количества моль растворенного вещества к сумме количеств (к сумме моль) всех веществ, составляющих раствор. |
где nв-ва – количество моль растворенного вещества (моль); nр-ля – количество моль растворителя (моль).
|
49 г H2SO4 растворено в 36 г воды. Тогда
то есть молярная доля H2SO4 в растворе равна 0,2.
|
)
к массе раствора (
).
(51)
(52)
(53)
(54)
(моль/л)
(55)
(56)
(мольэкв/л)
(57)
– молярная масса эквивалентов
растворенного вещества (г/мольэкв);
V
– объем раствора (л)
(58)
(59)
(60)
В зависимости от содержания растворённого вещества раствор может быть:
1. насыщенным – это раствор, который находится в равновесии с твёрдой фазой растворённого вещества и содержит максимально возможное при данных условиях количество этого вещества;
2. ненасыщенным – это раствор, концентрация вещества в котором ниже концентрации насыщенного раствора, т.е. ниже его растворимости;
3. пересыщенным – это раствор, в котором содержится вещества больше, чем определяется его растворимостью.
Количественно растворимость выражается коэффициентом растворимости – это масса вещества, способного растворяться в 100 г растворителя при данной температуре.
Для газов иногда коэффициент растворимости выражают в миллилитрах газа, способного раствориться в 1000 г растворителя (или в 1 л растворителя) при данной температуре и давлении.
Растворимость вещества зависит:
от природы растворенного вещества и природы растворителя (в этом случае полярные вещества (НС1, NaCl) лучше растворяются в полярных растворителях (вода), а неполярные вещества лучше растворяются в неполярных или малополярных растворителях);
от температуры (с повышением температуры путем нагревания растворимость большинства твердых веществ, как правило, увеличивается, растворимость газов (Н2, O2) в воде с повышением температуры уменьшается);
от давления (для растворимости газов)