химия+ информатика / Тема 7 Растворы
.pdf
РАСТВОРЫ
Системы с молекулярной степенью раздробленности частиц (10-7-10-8см), не разделяющиеся на исходные составные части при сколь угодно долгом стоянии
Растворы – промежуточное положение между смесью и химическим соединением:
А) как смесь – перемены; Б) как соединение – однородны.
В зависимости от размера частиц растворенного вещества:
Системы «растворитель-растворенное вещество»
гомогенные |
микрогетерогенные |
гетерогенные |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10-10 |
10-9 |
10-8 |
10-7 ,м(размер) |
|||
истинные |
коллоидные |
суспензии, эмульсии |
||||
|
растворы |
механические смеси |
||||
В зависимости от агрегатного состояния:
Твердые (сплавы) Т – Т
Fe-Cr, Ni-Mn-Zn
Газообразные Г – Г
Воздух: О2, N2, СО2, Н2О и др.
растворы
жидкие
Ж – Т |
|
Ж – Ж |
|
Ж – Г |
Н2О – NaCl |
|
Н2О-С2Н5ОН |
|
Н2О-СО2 |
С2Н5ОН - |
|
|
|
Н2О-Н2S |
канифоль |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Растворитель (условно) - компонент раствора, концентрация которого выше, чем у других и который не меняет своего фазового состояния при образовании раствора
ЖИДКИЕ РАСТВОРЫ:
однородная, внутри себя взаимодействующая, равновесная система переменного состава
В зависимости от природы растворителя
Водные растворы |
Неводные растворы |
Растворитель: Н2О |
Раст-ль: NH3, CH3COOH |
Способы выражения концентрации растворов.
1. Молярная концентрация, СМ:
отношение количества вещества в растворе к объему этого раствора
CM |
|
в ва |
|
mв ва |
[моль/л, моль/дм3, моль/м3] |
|
Мв ва Vр ра |
||||||
|
|
Vр ра |
|
|
2.
2. Молярная концентрация вещества эквивалента (нормальная концентрация) СН:
отношение количества вещества эквивалента в растворе к объему этого раствора
CH |
|
экв ..в ва |
|
CM |
[моль/л, моль/дм3, моль/м3] |
|
fЭ |
||||||
|
|
Vр ра |
|
|
Пример:
CМ (Н2SО4) = 2 моль/л
Э (Н2SО4) = |
1/2 Н2SО4 f(Н2SО4) = ½ |
||
С |
= |
2 |
= 4 моль/л |
|
|||
Н |
|
1/ 2 |
|
|
|
|
|
3.Титр, Т: отношение массы растворенного вещества (в граммах) к объему раствора (в мл)
T |
mв ва |
|
CM M в ва |
3 |
] |
Vр ра |
1000 |
[г/мл, г/см |
|||
|
|
||||
4.Массовая доля вещества, :
4.Массовая доля вещества, :
отношение массы растворенного вещества к общей массе раствора
в ва |
mв ва |
|
CM |
Mв ва |
|
Т |
(доли или 100%) |
|
mр ра |
р |
ра 1000 |
р ра |
|||||
|
|
|
|
- плотность раствора [г /мл, г/см3]
Растворение - Gрастворения < 0 самопроизвольный, обратимый процесс.
растворение
А(к) 
А(р-р)
кристаллизация
Насыщенный раствор - в данных условиях дальнейшее самопроизвольное растворение
невозможно: Gрастворения = 0, растворения = выделения.
Ненасыщенный раствор - самопроизвольное растворение вещества еще возможно:
Gрастворения < 0, растворения выделения.
Пересыщенный раствор – содержание растворенного вещества больше, чем в насыщенном растворе – неустойчивое состояние.
Растворимость вещества (Sр):
концентрация насыщенного раствора при определенных условиях
Растворимость зависит от:
природы вещества и растворителя,
давления газа над раствором (если растворяемое вещество газ),
от температуры: с
температуры растворимость а) большинства твердых веществ 
, б) газообразных веществ 
Ср |
Cp |
CO2 |
|
O2 |
N2 |
N2 |
|
t,0C |
давление |
Термодинамика процесса растворения
Растворение - физико-химический процесс.
Ранее – физическая теория образования растворов: механическое диспергирование за счет сил диффузии.
Д.И.Менделеев – физико-химическая теория
растворов (гидратная (сольватная) теория растворов). : взаимодействие растворенного вещества и растворителя
Растворение NaClк в Н2О:
Гидратированные ионы
Диполи молекул Н2О
Три стадии процесса растворения: |
|
|
|||||||
1) процесс ионизации -разрушение связей: |
|
||||||||
NaCl |
Na+ |
+ Cl- |
(г) |
; |
Н |
> 0; S |
ион |
> 0 |
|
к |
(г) |
|
|
ион |
|
|
|||
2)процесс |
сольватации |
(гидратации)- |
|||||||
взаимодействие растворителя с |
растворяющимся |
||||||||
веществом |
с образованием |
- сольватов |
|
(гидратов): |
|||||
N |
Na+(г) + aq |
Na+ aq (р-р) |
|
Cl-(г) + aq |
Cl- aq (р-р) |
|
Нсольв < 0; |
Sсольв 0 |
3) распределение (диффузия) по объему сольватов
(гидратов):
Ндифф > 0 , Sдифф > 0 – (величины существенно меньше 1 и 2 ст.)
НР = Нион + Нсольв + Ндифф;
SР = Sион + Sсольв + Sдифф;
Н0298NaCl = 335кДж Нион - доминируетS0298NaCl = 142 кДж/К большое значение - хорошая растворимость
G0298раств= -8,8 кДж/моль NaCl |
|
||||
т.к. Нр > 0 с |
Т раст-ть увеличивается. |
||||
Растворимость |
LiFк Li+(р-р) +F-(р-р) |
|
|||
Н0 |
298LiF |
> 0 - Н |
- доминирует |
|
|
|
|
ион |
|
|
|
S0298LiF = -33 кДж/К |
G0298раств 0 |
|
|||
LiF -малорастворимая соль |
|
||||
eсли в H2O растворяются г или ж |
|||||
Нион < Нсольв |
|
Нр < 0. |
|
||
Если растворяются к |
|
||||
Нион Нсольв |
Нр > 0 |
|
|||
Растворение протекает самопроизвольно (GР < 0) вплоть до насыщения раствора.
Cвойства растворов зависят от:
1)числа растворенных частиц (концентрации);
2)энергии взаимодействия молекул растворенного вещества друг с другом;
3)энергии взаимодействия молекул растворенного вещества и растворителя.
Если п.2,3 – малы – раствор идеальный его
свойства зависят только от концентрации
(разбавленные растворы неэлектролитов – сахар в воде)
C концентрации раствора отклонения от законов идеальных растворов из-за взаимодействиями между 
частицами раствора.
Вместо концентрации (с) - активность (а).
|
|
|
экспериментальная величина |
|
а = с |
|
|
||
|
теоретическая величина |
|||
|
|
|
||
|
|
|
|
|
- коэффициент активности, учитывает все виды взаимодействия частиц в растворе.
- вычисляют по экспериментальным данным
(температурам кипения, замерзания и др.)- безразмерная величина.
ВОДНЫЕ РАСТВОРЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ
|
Растворимое |
|
|
|
|
вещество |
– |
|
|
|
вещества |
с |
|
|
|
|
В растворе- |
||
|
ионной |
или |
|
|
|
ковалентной |
|
|
гидратированные ионы |
|
полярной связью |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Растворитель |
|
|
|
|
Н2О |
|
|
|
|
|
|
|
|
Электролитическая диссоциация: |
|
|
Процесс |
||
(впервые Сванте Аррениус – 1886г) |
||
образования ионов |
||
|
NaCl |
к |
+ H O |
|
Na+ aq |
+ Cl- aq |
||
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
гидратированные ионы |
|
|
|
NaCl |
к |
H2O |
Na+ + Cl- |
Н |
0 –эндотерм.пр. |
||
|
|
|
|
дисс |
|
|
|
Электролиты: |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
Вещества, обладающие |
|
||
|
|
|
|
ионной проводимостью |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
степень диссоциации :
= сдисс / со
Отношение числа молекул, продиссоциированных на ионы, к общему числу молекул электролита
со- исходная концентрация электролита
- зависит от:
1) |
природы растворенного вещества: |
|
||||||
(СН3СООН) (НСl) |
|
|
|
|
|
|||
2) |
природы растворителя: |
F |
e1 e2 |
|
||||
r |
2 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
чем F |
|
легче рвется связь под действием |
||||||
полярных молекул растворителя. |
|
|
|
|||||
(Н2О) = 81 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3) |
температуры: с |
Т |
|
|
|
|
|
|
4)концентрации раствора: с 
концентрации 
5)введения одноименного иона:
СН3СООН СН3СОО- + Н+ СН3СООNH4 
СН3СОО- + NH4+
равновесие смещается влево, т.е. 
.
3% - слабые электролиты – плохо распадаются на ионы; 3% 30% - средние электролиты;
30% - сильные электролиты – практически нацело распадаются на ионы.
СЛАБЫЕ ЭЛЕКТРОЛИТЫ
Процесс |
диссоциации |
- |
обратим |
Диссоциация слабой кислоты: НА Н+ + А
константа диссоциации:
KC K Д |
|
aH aA |
|
aAH |
|||
|
|
= 1 (взаимодействие слабое) с = а =а
KC KД |
[H ][A ] |
; [H+] – равновесная концентрация |
|
[HA] |
|||
|
|
||
|
|
|
Диссоциации слабого основания: RОН R+ + ОН-
KC |
KД |
|
[R ][OH ] |
||
[ROH] |
|
||||
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Диссоциация комплексного иона:
[Cu(NH ) |
]2+ |
Cu2+ + 4NH |
|
|
||||||
3 |
4 |
|
|
|
|
|
3 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
K Д Kнестойкости |
[Cu2 ][NH |
]4 |
|
|
|||||
|
|
|
3 |
|
|
|
||||
|
[Cu(NH |
) |
]2 |
|
||||||
|
|
|
|
3 |
4 |
|
|
|
|
|
КД зависит от:
природы диссоциирующего вещества и растворителя;
температуры.
С 
Т КД , т.к. Ндисс 0.
КД - не зависит от концентрации раствора К25д - таблица
КД 10-10 –очень слабые электролиты
КД = (10-5 – 10-9) – слабые электролиты КД = (10-2-10-4) – средней силы электролиты КД 10-1 – сильные электролиты
ЗАВИСИМОСТЬ от Сслабого электролита
Диссоциация муравьиной кислоты: НСООН НСОО + Н+.
со - исходная концентрация кислотыстепень диссоциации,
|
НСООН |
НСОО |
Н+ |
Сисход |
со |
0 |
0 |
С |
со |
со |
со |
Сравн |
со - со |
со |
со |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
K |
|
|
HCOO H |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Д |
|
HCOOH |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 c |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
K Д |
|
|
o |
||
|
|
|
|
2co |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
K Д |
|
|
|
|
|
1 |
|
||||||||
co |
(1 ) |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
закон разведения Оствальда
Если << 1, то 
упрощенная формула КД 2со закона Оствальда -
- уменьшается с увеличением концентрации.
|
Многоосновные слабые кислоты и основания |
|||||||
диссоциируют ступенчато: |
|
|
|
|
|
|||
1 |
ст.: H SО Н+ + HSО |
|
К |
Д1 |
= 1,7 10 2. |
|||
|
2 |
3 |
3 |
|
|
|
|
|
2 |
ст.: HSО |
- H+ + SО 2 |
|
|
К |
Д2 |
= 6,3 10 8. |
|
|
3 |
3 |
|
|
|
|
|
|
раствор имеет сложный ионно-молекулярный состав.
СИЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОЛИТЫ.
Сильные электролиты диссоциированы полностью:
CaCl2 Ca2+ + 2Cl Al2(SO4)3 2Al3+ + 3SО42