Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
khimia_pr.doc
Скачиваний:
71
Добавлен:
15.04.2015
Размер:
451.58 Кб
Скачать

3. Свойства идеальных растворов

3.1 Осмос. Закон Вант - Гоффа

В растворе частицы растворенного вещества и растворителя равномерно распределяются по всему объему раствора. Если смешать два раствора с разным содержанием растворенного вещества, то происходит самопроизвольный процесс выравнивания концентрации вещества во всем объеме раствора. Этот самопроизвольный процесс называется диффузией. Если между двумя растворами поместить полупроницаемую перегородку, которая проницаема только для молекул растворителя, то через нее пойдет односторонняя диффузия, называемая осмосом. В этом случае выравнивание концентраций растворов, разделенных полупроницаемой перегородкой, происходит за счет перехода молекул растворителя (z) из раствора с меньшей концентрацией растворенного вещества (См2 (х) ) в раствор с большей концентрацией (См1 (х)), так как в этом случае См1 (z) < Cм2( z).

мембрана

раствор I См1 (х)  раствор II См2 (х),

 молекулы (z)

Процесс перехода молекул растворителя через мембрану оказывает на нее давление, которое является количественной характеристикой осмоса. Осмотическое давление (Росм) – это равновесное давление раствора, которое препятствует диффузии растворителя через полупроницаемую мембрану. Осмотическое давление зависит от концентрации раствора и температуры раствора, но не зависит от природы растворенного вещества и растворителя.

Закон Вант - Гоффа: для разбавленных растворов неэлектролитов осмотическое давление прямо пропорционально концентрации растворенного вещества и температуре:

Росм = СМ ·RT или Росм = [ m(x)·/ M(x) V(y)] RT ,

где Росм = [кПа], СМ = [моль/л], T - абсолютная температура (К), R- универсальная газовая постоянная, которая равна 8,314 Дж/(моль·К). Очевидно, что в растворах с одинаковой молярной концентрацией в единице объема раствора содержится одинаковое число молекул любого по природе неэлектролита, поэтому осмотическое давление для этих растворов будет одинаковым при Т=const.

3.2 Законы Рауля

Общим свойством всех жидких систем является давление насыщенного пара жидкости, которое определяется равновесием между жидким и газообразным состоянием вещества. Это равновесие устанавливается на границе раздела фаз жидкость- пар (газ). При растворении в жидкости (z) какого-либо нелетучего вещества (х) давление насыщенного пара этой жидкости понижается. Это происходит вследствие того, что концентрация молекул растворителя в поверхностном слое раствора становится меньше чем в чистом растворителе, а значит, равновесие может быть достигнуто при меньшем давлении насыщенного пара. При постоянной температуре величина давления насыщенного пара жидкости зависит от ее летучести и концентрации растворенного вещества. Если обозначить через P(z) и Р(у) - давление насыщенного пара растворителя над чистым растворителем и раствором, соответственно, то вышесказанное можно выразить следующими соотношениями:

-разность P(z) - P(y)>0 называется абсолютным понижением давления насыщенного пара растворителя над раствором;

-величина P(z) - Р(у) / P(z) или P(y) / P(z) называется относительным понижением давления насыщенного пара растворителя над раствором.

Первый закон Рауля (1887 г). Выражает зависимость относительного понижения давления насыщенного пара растворителя от концентрации раствора неэлектролита. Относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором нелетучих веществ равно мольной доле растворенного вещества.

С(х) = P(z) - Р(y) = Δ Р(y)

P(z) P(z)

Жидкость закипает, кода давление насыщенного пара этой жидкости становится равным внешнему атмосферному давлению, и кристаллизуется, когда давление насыщенного пара жидкости становится равным давлению насыщенного пара твердой фазы этой жидкости (для воды – лед). Исходя из первого закона Рауля, становится очевидным, что присутствие растворенного вещества понижает температуру кристаллизации раствора и повышает температуру кипения раствора по сравнению с tкp и tкип чистого растворителя.

Второй закон Рауля определяет зависимость температуры кристаллизации и кипения раствора от концентрации растворенного вещества: Повышение температуры кипения и понижение температуры кристаллизации разбавленных идеальных растворов пропорциональны моляльной концентрации растворенного вещества. Δtкип = Ккип·Сm, Δtкp = Ккр·Сm.

Здесь Сm -моляльная концентрация раствора (моль/кг); Ккип - эбуллиоскопическая константа или константа кипения растворителя; Ккр - криоскопическая константа или константа кристаллизации растворителя.

Для воды Ккип = 0,52°С, Ккр = 1,86°С.

По своему смыслу эбуллиоскопическая и криоскопическая константы показывают повышение температуры кипения и понижение температуры кристаллизации раствора, моляльная концентрация которого равна единице. Используя вышесказанное, можно составить следующие соотношения:

tкp(у) 0С = tкp(z) 0С – Δ tкp ; где Δ tкp = tкp(z) - tкp(y) ,

tкип. (у) 0С = tкип. (z) 0С + Δ tкип , где Δ tкип = tкип(y) - tкип(z) .

Например, 1m водный раствор любого неэлектролита закипает при температуре 100,52°С , а кристаллизуется при температуре –1,86 °С.

Пример 1. Вычислите осмотическое давление раствора, содержащего в 1,4 л 63 г глюкозы C6H12O6 при О°С.

Решение. Согласно закону Вант-Гоффа, Росм = СМ *RT. Сначала рассчитаем молярную концентрацию раствора глюкозы:

n (C6H12O6) (C6H12O6) 63 СМ = ———————— = ——————————— = ——————— = 0,25 (моль/л),

V(у) М (C6H12O6) · V(у) 180,16 · 1,4

Росм = 0,25 ·8,314 · 273 · 103 = 5,67 · 105 Па

Пример 2. Определите температуры кипения и замерзания раствора, содержащего 1 г нитробензола C6H5NO2 в 10 г бензола. Температура кипения чистого бензола 80.2°С, температура кристаллизации -5.4°С. Ккр = 5,1°С. Ккип = 2,57°С.

Решение. Из закона Рауля следует:

Δtкp = Ккр · Cm = Ккр · m (C6H5NO2)·103/ [M (C6H5NO2) · m (С6Н6)],

Δtкип = Ккип · Cm = К кип · m (C6H5NO2)·103/ [M (C6H5NO2) · m (С6Н6)],

где m (C6H5NO2) и m (С6Н6) - массы нитробензола и бензола, M (C6H5NO2) - молекулярная масса C6H5NO2, которая равна 123,11 г/моль. Подставляя численные значения всех величин в формулы, находим:

Δtкp = [5,l · l·103]/ [123,11 · 10] = 4,14°С,

Δtкип =[2,57 · l·103]/ [123,11 · 10] = 2,05°С. Находим температуру кипения и кристаллизации раствора:

tкип = tкип6Н6) + Δtкип = 80,2 + 2,05 = 82,25°С ;

tкp = tкp6Н6) - Δtкp = 5,4 · 4,14 = 1,26°С.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]