«Учение о растворах»

Содержание

2.1. Классификация растворов, особенности истинных растворов

2.2. Растворы неэлектролитов

2.3. Растворы электролитов

2.4. Протолитическая теория кислот и оснований

2.1. Классификация растворов, особенности истинных растворов

Растворами называются системы, состоящие из одного или нескольких растворенных веществ и продуктов их взаимодействия, относительные количества которых могут меняться в широких пределах.

Согласно современным представлениям, растворение есть результат химического взаимодействия растворителя и растворяемого вещества, при этом между ними образуются молекулярные соединения (гидраты или сольваты). Для разрушения связей между молекулами в кристалле энергия затрачивается, а при образовании сольвата или гидрата – выделяется. Разница между этими энергиями будет наблюдаться в виде теплового эффекта при растворении.

Классификация растворов.

По агрегатному состоянию: - твердые (например, сплавы) - газообразные - жидкие

По величине частиц: - истинные, размер частиц в которых d<10-7 см -коллоидные 10-5< d<10-7 см -дисперсные (эмульсии и суспензии) d >10-5 см

Особенности истинных растворов:

- В них отсутствует поверхность раздела между составными частями раствора.

- Они обладают одинаковым составом и свойствами по всему объему раствора.

Растворы в животных и растительных организмах являются водными, т.е. растворителем в них является вода.

Животные и растительные организмы содержат очень много воды (иногда до 90 %). Вода, как растворитель, обладает рядом уникальных свойств.

1. Вода участвует в процессах набухания и осмоса, создавая в тканях организма и крови осмотическое давление.

2. Обладая высокой теплоемкостью и теплопроводностью, вода поддерживает температуру тела постоянной.

3. Высокая полярность молекул воды, ее высокая диэлектрическая проницаемость обуславливают участие воды в гидратации белков, углеводов, диссоциации электролитов.

2.2. Растворы неэлектролитов

Это растворы, компоненты которых не диссоциируют на ионы, представляют собой электронейтральные частицы, непроводящие электрический ток (например, растворы спирта, сахара и т.д.). Свойства таких растворов не зависят от природы растворенного вещества, а зависят только лишь от концентрации частиц.

К общим свойствам растворов относятся:

1. Давление насыщенного пара растворителя.

Из практики мы знаем, что жидкость в закрытом сосуде никогда не испарится, а любая открытая влажная поверхность рано или поздно высохнет. Это связано с тем, что в закрытом сосуде наряду с процессами испарения протекают обратные процессы – конденсации. Когда скорость испарения равна скорости конденсации, наблюдается процесс равновесия, при этом пар над жидкостью называется насыщенным. Испаряясь с поверхности, молекулы растворителя оказывают давление на крышку сосуда. Если в растворитель внести неэлектролит, то давление насыщенного пара будет уменьшаться, т.к. испарение протекает с поверхности раствора, а часть поверхности будут занимать молекулы растворенного вещества. Уменьшение скорости испарения в равновесной системе приводит к уменьшению скорости конденсации пара. Эти закономерности изучал естествоиспытатель Рауль, который установил закономерность, носящую его имя:

Относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором неэлектролита равно мольной доле (γ) растворенного вещества:

Р_о – Р ₌ γ_В

Р_о

Р_о – давление насыщенного пара над чистым растворителем,

Р – давление насыщенного пара над раствором,

γ_В – мольная доля растворенного вещества.

От величины давления насыщенного пара раствора зависят температуры его кипения и замерзания. Рауль экспериментально подтвердил вывод, следующий из данного закона, что любой раствор кипит при более высокой температуре, а замерзает при более низкой температуре, чем чистый растворитель.

Так, например, любой водный раствор будет кипеть при температуре выше чем 100 ^оС, а замерзать при температуре ниже, чем 0 ^оС. Величину, показывающую эту разницу, определяют по формулам:

∆t_{зам. раствора} = k_{кр *} C_m

∆t_{кип. раствора} = k_{эб *} C_m

C_m – моляльность раствора,

k_кр – криоскопическая постоянная растворителя,

k_эб – эбулиоскопическая постоянная растворителя.

Криоскопическая и эбулиоскопическая постоянные растворителя имеют определенный физический смысл. Они показывают на сколько градусов ниже температура замерзания или выше температура кипения одномоляльного раствора неэлектролита, чем чистого растворителя.

2. Осмос.

В природе многие растворы отделены друг от друга мембранами, через которые могут проникать только молекулы воды или какого-либо другого растворителя, а молекулы растворенных веществ проникать не могут. Такие мембраны называются полупроницаемыми.

Явление проникновения молекул воды через полупроницаемую мембрану называется осмосом. Что бы остановить проникновение молекул воды через полупроницаемую мембрану, с другой стороны этой мембраны, необходимо приложить давление. Это избыточное гидростатическое давление называется осмотическим (Р_осм, кПа). Явление осмоса изучал голландский естествоиспытатель Вант-Гофф и доказал, что для растворов неэлектролитов осмотическое давление Р_осм = С_{м *} R _* T, где

R – универсальная газовая постоянная, (8,314 Дж/моль _*К)

С_м – молярная концентрация раствора,

Т – абсолютная температура, (К).

Растворы с одинаковым осмотическим давлением называются изотоническими. Раствор с большим осмотическим давлением по отношению к первому будет гипертоническим, а раствор с меньшим давлением - гипотоническим. Все жидкости, вводимые внутрь организма, должны быть изотоничными физиологическим жидкостям, т.к. при попадании, например, клеток крови в гипотонический раствор, начинается явление осмоса и вода из раствора будет проникать в клетку, она разорвется – произойдет явление гемолиза. Если же клетка попадет в гипертонический раствор, то вода из нее будет вытекать и клетка сморщится – будет наблюдаться явление плазмолиза. Известно, например, что осмотическое давление крови и лимфы при 38 ^оС составляет 7,7 атм, поэтому вводимые в организм жидкости должны иметь такое же осмотическое давление.