Общая химия. Ответы по методичке 287-345

2

различают растворы ненасыщенные-насыщенные-перенасыщенные и разбавленные-концентрированные:

насыщенный

содержит max массу в-ва, которая может раствориться при данных условиях,

если в-во добавляют в раствор и в-во больше не растворяется, то такой раствор является насыщенным, между в-вом в растворе и в-вом в осадке устанавливается динамическое равновесие,

max масса в-ва(число), которая может раствориться в 100 г растворителя! – коэффициент растворимости ненасыщенный

содержит растворенного в-ва меньше, чем в насыщенном растворе(при данных условиях), если в-во добавляют в ненасыщенный раствор, то в-во растворяется

перенасыщенный

содержит растворенного в-ва больше, чем в насыщенном растворе(при данных условиях), не устойчив, легко образует насыщенный раствор с выпадением избытка растворенного в-ва в осадок

разбавленный

имеет относительно низкую концентрацию

концентрированный

имеет относительно высокую концентрацию

растворение как физико-химический процесс, гидраты и кристаллогидраты

*Д.И.Менделеев растворение – сложный физико-химический процесс:

физический идет диффузия молекул-атомов–ионов растворяемого в-ва между молекулами растворителя

химический

идет разрушение хим.связей растворяемого в-ва и образование соединений из молекул в-ва и растворителя гидраты - соединения ионов-молекул растворяемого в-ва и молекул воды каждый ион или полярная молекула вещества окружается оболочкой из молекул воды гидратная оболочка удерживается электростатическими силами

чем больше заряд и меньше размеры заряженной частицы, тем сильнее гидратация ПР: NaCl + nH2O Na+*zH2O + Cl-*mH2O

некоторые гидраты - прочные соединения, которые можно выделить из раствора в виде кристаллогидратов кристаллогидрат - кристаллическое соединение растворяемого в-ва и молекул воды

ПР: CuSO4*5H2O медный купорос FeSO4*7H2O железный купорос

CaSO4*2H2O гипс

Na2CO3*10H2O кристаллическая сода

294)термодинамика процесса растворения, энтропийный и энтальпийный факторы

в-во самопроизвольно растворяется, если энергия Гиббса системы «растворяемое вещество-раствор» уменьшается

G = (H - T S) < 0,

где H - энтальпийный фактор, T S - энтропийный фактор

растворение продолжается до образования насыщенного раствора, когда G = 0 и H = T S

при растворении твердых в-в

S > 0, T S > 0, Н > 0(эндотермический процесс) или Н < 0(экзотермический процесс)

-энтропия системы увеличивается S > 0, энтропийный фактор увеличивается T S > 0 увеличение энтропии системы - движущая сила растворения твердых в-в

с ростом температуры рост энтропийного фактора усиливается и растворимость твердых в-в увеличивается

-энтальпия системы зависит от соотношения энергии:

энергии, затраченной на разрушение межмолекулярных связей растворителя, энергии, затраченной на разрушение структуры растворяемого в-ва, энергии, выделяющейся при образовании гидратов-сольватов

изменение энтальпии равно сумме изменения энтальпии за счет разрушения структуры растворяемого в-ва и

изменения энтальпии за счет образования гидратов-сольватов..

H =Hкр + Hгидр

энтальпийный фактор определяет тепловой эффект растворения

-энтропия системы увеличивается S > 0, энтропийный фактор увеличивается T S > 0 увеличение энтропии системы - движущая сила растворения жидких в-в

с ростом температуры рост энтропийного фактора усиливается и растворимость жидких в-в увеличивается

-энтальпия системы зависит от соотношения энергии:

энергии, затраченной на разрушение межмолекулярных связей растворителя, энергии, затраченной на разрушение структуры растворяемого в-ва, энергии, выделяющейся при образовании гидратов-сольватов

изменение энтальпии равно сумме изменения энтальпии за счет разрушения структуры растворяемого в-ва и изменения энтальпии за счет образования гидратов-сольватов..

4

вещества по растворимости в воде делятся на гидрофильные и гидрофобные

-гидрофильные хорошо растворяются в воде состоят из ионов и полярных молекул или молекул с полярными функциональными группами

варианты гидрофильного взаимодействия – ионно-дипольное ПР: растворение NaCl диполь-дипольное ПР: растворение HCl

образование водородных связей ПР: растворение С2Н5ОН

-гидрофобные плохо растворяются в воде состоят из неполярных молекул

гидрофобное взаимодействие – «отталкивание» молекул воды от молекулы в-ва

-дифильные, у которых молекулы имеют и гидрофильные, и гидрофобные группы дифильные молекулы при растворении в воде деформируются так,

чтобы контакт с водой гидрофобных групп уменьшился, а контакт с водой гидрофильных групп увеличился ПР: в воде белковые молекулы приобретают форму глобул

внутри глобул гидрофобные группы, снаружи глобул гидрофильные группы

влияние на растворимость природы компонентов, температуры и давления

факторы, влияющие на растворимость в-в:

-природа растворителя

одно в-во в разных растворителях растворяется по-разному

289) природа в-ва.полярные растворители и неполярные растворители.

различают полярные растворители и неполярные растворители

ПР: вода, спирт – полярные растворители у полярных растворителей полярные молекулы

полярные растворители сильно поляризуются и имеют высокую диэлектрическую проницаемость в полярных растворителях хорошо растворяются в-ва ионной структуры с ионными связями и

молекулярной структуры с полярными ковалентными связями

внеполярных растворителях хорошо растворяются в-ва молекулярной структуры с неполярными ковалентными..

-природа в-ва

водном растворителе разные в-ва растворяются по-разному

некоторые в-ва имеют низкую растворимость ПР: твердые в-ва с прочной атомной кристаллической решеткой практически нерастворимы

в-ва с ионной и полярной ковалентной связью хорошо растворяются в полярных растворителях в-ва с неполярной ковалентной связью плохо растворяются в полярных растворителях ПР:

одна из причин высокой растворимости в-в – образование связей между частицами в-ва и растворителя ПР: при растворении спирта в воде образуются водородные связи между молекулами воды и спирта

ПР: при растворении AgCl в водном растворе NH3 образуются комплексы [Ag(NH3)4]+

-температура и давление, присутствие в растворе других в-в..

если растворение – равновесное состояние, то влияние внешних факторов оценивается по принципу Ле-Шателье

внешние факторы – температура, давление, присутствие других в-в..

график зависимости растворимости от температуры – кривая растворимости..

растворимость твердых в-в в жидкостях

факторы, влияющие на растворимость твердых в-в в жидкостях:

-природа растворителя..

-природа твердого в-ва..

-температура и давление если растворение – равновесное состояние, то влияние внешних факторов оценивается по принципу Ле-Шателье

если растворение эндотермический процесс – при нагревании растворимость твердых в-в в жидкостях увеличивается если растворение экзотермический процесс –

при нагревании растворимость твердых в-в в жидкостях уменьшается объем системы при растворении твердых тел в жидкостях не меняется – повышение давления не влияет на растворимость твердых в-в в жидкостях

-присутствие в растворе других в-в..

290)растворимость жидкостей в жидкостях.Критическая температура растворения.

факторы, влияющие на растворимость жидкостей в жидкостях:

-природа растворителя..

-природа жидкости некоторые жидкости имеют неограниченную растворимость ПР: спирт в воде

некоторые жидкости имеют ограниченную растворимость ПР: раствор анилина в гексане двухслойный – верхний насыщенный р-р анилина в гексане,

нижний насыщенный р-р гексана в анилине если при нагревании растворимость увеличивается,

то ограничение растворимости связано с высокой эндотермичностью растворения таких жидкостей при температуре выше критической температуры растворения растворимость становится неограниченной ПР: раствор анилина в гексане если при охлаждении растворимость увеличивается,

то ограничение растворимости связано с высокой экзотермичностью растворения таких жидкостей

5

при температуре ниже критической температуры растворения растворимость становится неограниченной ПР: раствор диэтиламина в воде некоторые жидкости не растворяются в другой жидкости ПР: бензол не растворяется в воде

если в-во растворяется в обеих жидкостях, а жидкости взаимно не растворяются (не смешиваются), то распределение в-ва между двумя несмешивающимися жидкостями рассчитывается по формуле Нернста-Шилова

291)распределение в-ва между двумя несмешивающимися жидкостями.закон Нернста-

Шилова.

*закон Нернста-Шилова для растворов неэлектролитов соотношение концентрации в-ва, растворенного в двух несмешивающихся жидкостях, постоянно при данной температуре

зависит от природы компонентов, от температуры важно, что если несмешивающиеся жидкости типа «масло-вода», то

чем лучше в-во растворяется в масле и чем больше его коэффициент распределения, тем лучше оно проникает ч/з липидный слой клеточных мембран путем диффузии

распределение в-в между двумя несмешивающимися жидкостями применяется при экстракции в-в

292)экстракция – метод извлечения в-ва из раствора другим растворителем, который не смешивается с р-ром и лучше растворяет извлекаемое в-во

экстракция с помощью делительной воронки для выделения веществ из растворов и эмульсий:

в делительную воронку вливают исходный раствор и несмешивающийся с ним растворитель-экстрагент вещество из исходного раствора переходит в растворитель для ускорения растворения содержимое воронки перемешивают путем встряхивания затем содержимое воронки отстаивают

при отстаивании содержимое воронки разделяется на раствор и несмешивающийся с ним растворитель образуется 2 слоя: нижний более тяжелый и верхний более легкий нижний слой сливают, разделяя раствор и несмешивающийся с ним растворитель-экстрагент

растворитель будет содержать вещество, перешедшее из исходного раствора ПР: иод растворен в воде и его нужно удалить,

добавляют четыреххлористый углерод, который не растворяется в воде, коэффициент распределения иода в системе «четыреххлористый углерод-вода» равен 85, практически, весь иод перейдет в четыреххлористый углерод

- температура и давление если насыщенный р-р – равновесное состояние, то влияние внешних факторов оценивается по принципу Ле-Шателье

если растворение жидкостей в жидкостях экзотермический процесс – при нагревании растворимость жидкостей в жидкостях уменьшается если растворение жидкостей в жидкостях эндотермический процесс – при нагревании растворимость жидкостей в жидкостях увеличивается

есть критическая температура растворения, выше которой ограниченная растворимость становится неограниченной объем системы при растворении жидкостей в жидкостях не меняется – повышение давления не влияет на растворимость жидкостей в жидкостях

- присутствие в растворе других в-в..

296)факторы, влияющие на растворимость газов в жидкостях

факторы, влияющие на растворимость газов в жидкостях:

-природа растворителя..

-природа газа если у газа полярные молекулы, то они лучше растворяются в полярных растворителях

если газы реагируют с растворителем, то их растворимость увеличивается

ПР: NH3 + H2O NH4OH аммиачная вода или нашатырный спирт( =10%)

если молекулы газов в растворе распадаются на ионы, то их растворимость увеличивается ПР: HCl + Н2О соляная кислота( max=38%)

-температура и давление если насыщенный р-р – равновесное состояние, то влияние внешних факторов оценивается по принципу Ле-Шателье

растворение газов в жидкостях экзотермический процесс - при нагревании растворимость газов в жидкостях уменьшается

только растворение инертных газов в некоторых органических растворителях эндотермический процесс объем системы при растворении газов в жидкостях уменьшается –

300)гипербарическая оксигенация

при повышении давления растворимость газов в жидкостях увеличивается

ПР: при недостаточном кровоснабжении(болезни и травмы сосудов), болезни крови.. ткани недополучают O2 развивается гипоксия тканей, которая может закончиться гибелью клеток если больной будет дышать воздухом под высоким давлением,

то растворение кислорода в крови увеличится.., и ткани получат больше кислорода так действует гипербарическая оксигенация, применяемая для лечения гипоксии тканей

7

раствора разность давления насыщенного пара растворителя пропорциональна мольной доле растворителя в растворе

р = К р-теля, где К – постоянная Рауля,р-теля - мольная или молярная доля растворителя

относительная разность давления насыщенного пара р-теля равна мольной доле растворенного в-ва

р в ва р0

-Ткип чистого растворителя ниже, чем Ткип раствора ПР: Ткип водных растворов выше 100 С кипение – испарение, которое идет и на поверхности, и внутри жидкости

кипение начинается, когда давление насыщенного пара уравнивается с атмосферным давлением температура начала кипения – температура кипения Ткип если испарение при кипении – равновесное состояние системы жидкость газ,

то влияние внешних факторов оценивается по принципу Ле-Шателье: если у раствора снижается давление насыщенного пара,

то р-р придется дополнительно нагреть, чтобы повысить давление пара до восстановления равновесия разность температуры кипения чистого р-теля и р-ра пропорциональна моляльной концентрации раствора

t = Е C для идеального раствора,

где Е – эбулиоскопическая константа,равная разности температуры кипения при единичной концентрации р-ра

эбулиоскопическая константа зависит от удельной теплоты испарения р-теля и рассчитывается по формуле

RT2

Е, где - удельная теплота испарения растворителя в ../г

1000

эбулиометрия – метод определения разности температуры кипения растворов и растворителя по разности температуры кипения раствора и растворителя определяют моляльную концентрацию раствора

- Тзамерз чистого растворителя выше, чем Тзамерз раствора ПР: Тзамерз водных растворов ниже 0 С если плавление – равновесное состояние жидкость твердое тело, то влияние внешних факторов оценивается по принципу Ле-Шателье:

если у раствора концентрация р-теля снижается – значит равновесие жидкость твердое тело смещается, активируется процесс плавления, который останавливается при более низкой температуре температура начала плавления или начала кристаллизации(замерзания) – температура замерзания Тзамерз разность температуры замерзания пропорциональна моляльной концентрации раствора

t = К C для идеального раствора,

где К – криоскопическая константа, равная разности температуры плавления при единичной концентрации р-ра

криоскопическая константа зависит от удельной теплоты плавления р-теля и рассчитывается по формуле

RT2

К1000 l , где l – удельная теплота плавления растворителя в ../г

криометрия – метод определения разности температуры кипения растворов по разности температуры плавления раствора и растворителя определяют моляльную концентрацию раствора

по температурам кипения и замерзания раствора рассчитывают молекулярную массу растворенного вещества

302)диффузия

диффузия – взаимное проникновение молекул-атомов-ионов одних веществ между молекулами-атомами-ионами других

врезультате теплового(броуновского) движения молекул-атомов-ионов

внаправлении увеличения энтропии системы

диффузия наблюдается у газов-жидкостей-твердых тел в растворах за счет диффузии происходит выравнивание концентрации в-в:

в-во из области высокой концентрации перемещается в область низкой концентрации

концентрационный градиент

при диффузии вещество из области высокой концентрации перемещается в область низкой концентрации разность концентраций С двух точек, отнесенная к расстоянию х между ними, есть концентрационный градиент

С / х = grad С

303)закон Фика

304)коэффициент диффузии для диффузии в растворах, не разделенных мембранами

скорость диффузии пропорциональна концентрационному градиенту и площади, через которую идет диффузия d /dt = - D S grad С,

где D - коэффициент диффузии в м2/сек,

S - площадь, через которую идет диффузия

d /dt – скорость диффузии в количестве молей переносимого в-ва за единицу времени (моль/сек) анализ уравнения:

скорость диффузии тем больше – чем больше коэффициент диффузии-градиент концентрации-площадь мембраны *А.Эйнштейн М.Смолуховский предложили формулу расчета коэффициента диффузии

8

23 -1

NA - постоянная Авогадро NA = 6,02 10 моль ,- вязкость среды

r - радиус частиц в-ва

анализ уравнения:

-чем больше температура, тем больше коэффициент диффузии

-чем меньше вязкость среды, тем больше коэффициент диффузии

-чем меньше радиус частиц в-ва, тем больше коэффициент диффузии

радиус частиц в-ва увеличивается с ростом молярной массы

поэтому чем больше молярная масса в-ва, тем меньше коэффициент диффузии

305)значение диффузии в биологических процессах

значение диффузии в биологических процессах:

-скорость обмена в-в зависит как от скорости реакций обмена в-в, так от скорости движения реагирующих в-в движение реагирующих веществ в клетках и межклеточном в-ве обусловлено диффузией скорость движения реагирующих веществ в клетках и межклеточном в-ве определяется скоростью диффузии

-питательные вещества и продукты обмена в межклеточном в-ве и в клетках перемещаются путем диффузии

-диффузия лежит в основе пассивного транспорта веществ через клеточные мембраны

различают простую диффузию, ограниченную диффузию, облегченную диффузию облегченная диффузия служит для транспорта крупных ионов и молекул или молекул жиронерастворимых в-в для них из-за большого размера транспорт ч/з клеточные поры невозможен путь транспорта – ч/з мембрану белками-переносчиками (транслоказами)

на внешней стороне мембраны вещество и транслоказы образуют комплексное соединение SX комплексное соединение SX жирорастворимо и диффундирует в липидах мембраны

на внутренней стороне мембраны комплексное соединение SX распадается, и в-во попадает внутрь клетки ПР: транспорт углеводов и аминокислот

кроме пассивного транспорта есть активный транспорт веществ через клеточные мембраны

К+ внутри клетки в 40 раз больше, чем снаружи, Na+ вне клетки в 10 раз больше, чем внутри энергия для выполнения этой работы образуется в результате общей реакции АТФ АДФ + Ф

«NaK-насос» обеспечивает одновременный транспорт 3Na+ и 2К+ на каждую молекулу АТФ