5.4. Растворы неэлектролитов и электролитов

Раствор – гомогенная многокомпонентная система. Для веществ с близкими свойствами и неограниченной взаимной растворимостью понятия "растворитель" и "растворенное вещество" относительны. Например, для системы этиловый спирт – пропиловый спирт растворителем будет считаться тот компонент, количество которого существенно больше. Если в системе присутствует вода, то часто растворителем называют именно ее. При ограниченной взаимной растворимости растворителем считают тот компонент, структуру которого сохраняет раствор.

Концентрацией раствора называется содержание растворенного вещества в определенной массе или определенном объеме раствора (или растворителя). Наиболее часто используемые способы выражения концентрации растворов:

1. Массовая доля растворенного вещества ω (часто в виде процентной концентрации) – отношение массы вещества к массе раствора:

ω = g / m_{раствора}∙ 100% ;

где g – масса растворенного вещества, в граммах

Процентная концентрация раствора показывает, сколько граммов растворенного вещества содержится в 100 граммах раствора.

2. Молярная концентрация C_м – количество вещества (число молей) n в 1 литре раствора (моль/л):

С_м = n _{вещества} / V_р-ра = g∙1000/ М∙V,

М – молярная масса растворенного вещества, г/моль;

V – объем раствора, мл

3. Моляльная концентрация C_m – количество вещества (число молей) n, приходящееся на 1 кг растворителя (моль/кг): 

C_m = n _{вещества}/ m_{растворителя} = g∙1000/ М∙W,

W – масса растворителя, г.

4. Нормальная концентрация С_н – показывает число моль- эквивалентов растворенного вещества, содержащихся в 1 литре раствора (моль-экв/л).

С_н = g∙1000 / Э∙V,

Э – эквивалент растворенного вещества, г/моль-экв.

Эквивалентом вещества называется такое его количество, которое соединяется с 1 молем атомов водорода или замещает то же количество атомов водорода в химической реакции. Масса одного эквивалента вещества, выраженная в граммах, называется эквивалентной массой.

Для вычисления эквивалентной массы элемента атомную массу его делят на валентность:

Э(Al) = A/3.

Для вычисления эквивалентной массы кислоты ее молярную массу делят на количество атомов водорода, замещающихся на металл, т.е. на основность кислот:

Э(H₂SO₄) = М/2.

Для вычисления эквивалентной массы основания его молярную массу делят на количество гидроксильных групп, участвующих в реакции:

Э(Ca(OH)₂) = М/2.

Для вычисления эквивалентной массы соли молярную массу делят на суммарную валентность металла:

Э(Al₂(SO₄)₃) = М/6.

5. Мольная доля растворенного вещества:

N = n_b / (n_a + n_b),

где n_a и n_b - число молей растворителя и растворенного вещества соответственно.

Растворы неэлектролитов

Свойства разбавленных растворов количественно подчиняются газовым законам. Осмотическим давлением раствора называется давление, которое нужно приложить к раствору, чтобы предотвратить осмос. Осмосом называют самопроизвольное перемещение растворителя через полупроницаемую мембрану из менее концентрированного в более концентрированный. Уравнение Вант-Гоффа:

Р_осм = С_м∙R∙Т,

где Р_осм — осмотическое давление (кПа); С_м –молярная концентрация растворенного вещества (кмоль/м³); Т — абсолютная температура; R = 8,314 кДж/моль – универсальная газовая постоянная.

Законы Рауля:

1. Понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором прямо пропорционально мольной доле растворенного вещества:

N_B = (Р˚_А - Р_А)/ Р˚_А,

где Р˚_А – давление насыщенного пара над чистым растворителем; Р_А – давление насыщенного пара растворителя над раствором; N_B - мольная доля растворенного вещества.

2. Понижение температуры замерзания раствора прямо пропорционально моляльной концентрации растворенного вещества:

Δ t_з = К_кр∙С_m,

где Δ t_з – понижение температуры замерзания раствора по сравнению с чистым растворителем, К_кр - криоскопическая константа растворителя, С_m- моляльная концентрация растворенного вещества.

Повышение температуры кипения раствора прямо пропорционально моляльной концентрации растворенного вещества:

Δ t_к = К_эб∙С_m,

где Δ t_к – повышение температуры замерзания раствора по сравнению с чистым растворителем, К_эб - криоскопическая константа растворителя, С_m- моляльная концентрация растворенного вещества.

Растворы замерзают при более низкой, а кипят при более высокой температуре, чем чистые растворители, что является следствием понижения упругости пара раствора по сравнению с упругостью пара чистого растворителя. Величины понижения температуры замерзания и повышения температуры кипения растворов по сравнению с теми же показателями чистого растворителя не зависят от природы растворенного вещества, а зависят только от количества растворенных молекул (или вообще отдельных частиц), т. е. от количества молей вещества, приходящегося на одно и то же весовое количество растворителя.