Лекция 5

Растворы, их общая характеристика, способы выражения состава растворов. Растворимость твердых веществ и газов в жидкостях. Идеальные растворы, законы Вант-Гоффа, Рауля и Генри. Криоскопия и эбулиоскопия. Диаграммы состояния раствор — пар для бинарных систем. Законы Коновалова, азеотропные смеси. Ограниченная взаимная растворимость жидкостей. Взаимно нерастворимые жидкости. Распределение вещества в двух несмешивающихся растворителях. Закон распределения Нернста-Шилова.

5.1 Растворы, их общая характеристика.

Раствором можно назвать гомогенную систему, состоящую из двух или большего числа компонентов, состав которой в определенных пределах может непрерывно изменяться.

Компонент – составная часть раствора, которая может быть выделена из раствора в индивидуальном виде, т. е. в виде чистого вещества.

Растворы классифицируют

1) по степени дисперсности

— истинные (молекулярные или атомные смеси компонентов);

— коллоидные (микрогетерогенные);

— тонкие механические взвеси (суспензии и эмульсии).

2) по агрегатному состоянию

— газовые;

— жидкие;

— твёрдые.

3) с термодинамических позиций

— идеальные;

— предельно разбавленные (С₂→ 0);

— реальные.

Физическая химия изучает термодинамические и другие свойства растворов. Коллоидные растворы и тонкие механические взвеси являются предметом исследования коллоидной химии. Мы будем подробно рассматривать только жидкие растворы.

В жидких растворах обычно различают растворительирастворенное вещество,хотя с термодинамической точки зрения эти составляющие раствора равноценны. Свойства растворителя обычно обозначаются индексом (1), а свойства растворенных веществ – индексами (2), (3) и т. д.

Растворителем считают то вещество, которое имеется в растворе в большем количестве.Растворенные вещества– остальные компоненты, присутствующие в растворе в меньших количествах.

Существуют различные способы выражения концентраций компонентов.

1) молярная (мольная) доля – безразмерная величина; (1)

или .

Здесь n_i – количество i-ого компонента (моль).

При этом или.

2) молярность, т.е. количество i-ого компонента в молях, содержащееся в 1 литре раствора.

, (2)

V – объем раствора в литрах, [c_i] = моль/л.

3) массовая доля (W) или массовое содержание данного компонента, выраженное в %

, или (3)

Здесь M_i – масса i-ого компонента.

4) объемная доля _i или _i(%)

, или , (4)

где V_i – объем i-ого компонента, V – объем всей системы.

5) моляльность (m_i) или моляльная концентрация – количество i-ого компонента в молях, приходящееся на 1000 г растворителя.

, моль/1000 г растворителя, (5)

где n_i – число молей i-ого компонента, М – масса растворителя в граммах.

Уравнение Гибса-Дюгема.

Известно, что в химической термодинамике одной из важнейших величин является химический потенциал (парциальная мольная энергия Гиббса), определяемая по уравнению:

.

При постоянных риТсправедливо:

(6)

С другой стороны, суммарная энергия Гиббса системы равна

. (7)

Продифференцируем уравнение (7):

. (8)

Сравнивая (6) и (8), получаем

. (9)

вводим мольную долю разделив все слагаемые суммы на n_i

x_id_I=0 (10)

Уравнение (9) получило название уравнение Гиббса-Дюгема и широко используется в термодинамике растворов.