Растворы. №8

Растворы в природе и технике имеют огромное значение.

Растения усваивают вещества в виде растворов.

Усвоение пищи связано с переводом питательных веществ в раствор.

Все природные воды являются растворами.

Растворами являются все физиологические жидкостями: кровь, лимфа и т.д.

Растворы – это гомогенные (однофазные) системы, состоящие из 2-х и более компонентов и продуктов их взаимодействия.

По агрегатному состоянию растворы бывают жидкие, твердые и газообразные.

Примером первых могут быть растворы солей в воде.

Примером вторых – различные сплавы.

Примером третьих – смесь газов, воздух.

Наибольшее значение имеют жидкие растворы (водные).

Важной характеристикой любого раствора является его состав, который выражается концентрацией.

Концентрацией раствора называют количество растворенного вещества, содержащегося в определенном количестве раствора или растворителя.

Для приблизительного выражения концентрации растворов применяют термины концентрированный или разбавленный.

Концентрированный раствор содержит количества растворенного вещества сравнимые с количеством растворителя.

Например, при 20⁰С в 100 г воды растворено 20 г медного купороса (20 и 100 сравнимые величины). Это концентрированный раствор.

Разбавленный раствор содержит очень малое количество растворенного вещества по сравнению с количеством растворителя.

Например, в 100 г воды растворено 0,2 г медного купороса. Это разбавленный раствор (0,2 г соли очень мало по сравнению со 100 г растворителя).

Границы между разбавленными концентрированными растворами условны.

Способы выражения концентрации растворов.

1 Процентная концентрация –это количество вещества в граммах, содержащегося в 100 г раствора.

Например,5% раствор NaCl содержит 5 г NaCl в 100 г раствора или, что то же самое 5 г приходится на 100-5=95 г воды.

2 Молярная концентрация или молярность выражается числом молей растворенного вещества, содержащегося в 1 литре раствора.

Раствор, в 1л которого содержится 1 моль растворенного вещества, называется молярным.

Если в 1 л раствора содержится 0,1 моль вещества, то он называется децимолярным;

0,01 моля - сантимолярным;

0,001 моля - миллимолярным.

Молярность раствора обозначается буквой М.

Размерность молярной концентрации - моль/л.

3 Нормальная концентрация или нормальность выражается числом грамм-эквивалентов вещества, содержащегося в 1 л раствора.

Раствор, в 1 л которого содержится 1 г-э растворенного вещества, называется нормальным.

Если в 1 л раствора содержится 0,1 г-э вещества, то он называется децинормальным;

0,01 г-э-сантинормальным;

0,001 г-э-миллинормальным.

Нормальность обозначается буквой N.

Размерность нормальной концентрации - г-э/л.

Моляльная концентрация выражается количеством растворенного вещества, приходящееся на 1 кг растворителя.

Обозначение моляльности – в (Х). Выражается моляльность в моль / кг. Чтобы рассчитать в (Х), необходимо разделить количество растворенного вещества υ (Х) на массу растворителя в кг.

Растворимость веществ.

Растворимость-это свойство вещества растворяться в воде или другом растворителе.

В воде могут растворяться твердые, жидкие или газообразные вещества.

По растворимости в воде все вещества делятся на 3 группы:

1 Хорошо растворимые.

2 Малорастворимые.

3 Практически нерастворимые.

Абсолютно нерастворимых веществ нет.

Если опустить в воду стеклянную палочку или проволочку из золота или серебра, то они в ничтожно малых количествах все же растворяются в воде.

Как известно, растворы серебра и золота в воде убивают микробов.

Стекло, серебро и золото – это практически нерастворимые в воде вещества.

К ним также относятся керосины, растительное масло, инертные газы.

Процесс растворения твердых веществ в жидкостях можно представить так: под влиянием растворителя от поверхности твердого вещества постепенно отрываются отдельные ионы или молекулы и равномерно распределяются по всему объему.

Если растворитель соприкасается с большим количеством вещества, то через некоторое время раствор становится насыщенным.

Насыщенным называется раствор, который находится в динамическом равновесии с избытком растворяемого вещества.

В насыщенном при данной температуре содержится максимально возможное количество растворенного вещества.

Количественно растворимость выражается концентрацией насыщенного раствора.

Максимальное количество вещества в граммах, которое можно растворить в 100 г растворителя при данной температуре называется коэффициентом растворимости или просто растворимостью вещества.

Как правило, при увеличении температуры растворимость увеличивается.

Однако, имеются вещества, растворимость которых при увеличении температуры уменьшается: Ca (OH)₂.

Давление влияет на коэффициент растворимости весьма незначительно, т.к. при растворении не происходит заметного изменения объема системы.

Закон Рауля. Молекулы нелетучего растворенного компонента раствора препятствуют улетучиванию из раствора молекул растворителя. Французский ученый Рауль открыл закон, согласно которому понижение давления насыщенного пара растворителя А над раствором ∆р_х пропорционально молярной доле растворенного нелетучего вещества х_в:

р^о_А –р_А = ∆р_А = р^о_Ах_В, (1)

где р^о_А , р_А – давления насыщенного пара растворителя соответственно надчистым растворителем и над раствором, ∆р_А – разность между давлением насыщенного пара растворителя над раствором р_А и растворителем р^о_А.

Из уравнения (1) следует, что с увеличением содержания нелетучего растворенного компонента давление пара растворителя над раствором уменьшается. Из закона Рауля следует два следствия. Согласно одному из них: температура кипения раствора выше температуры кипения растворителя. Это обусловлено тем, что давление насыщенного пара растворителя над раствором становится равным атмосферному давлению (условие кипения жидкости) при более высокой температуре, чем в случае чистого растворителя. Повышение температуры кипения ∆Т_кип пропорционально моляльности раствора с_м

∆Т_кип = К_э с_м (2)

где К_э –эбулиоскопическая постоянная растворителя.

Согласно второму следствию из закона Рауля температура замерзания (кристаллизации) раствора ниже температуры замерзания (кристаллизации) растворителя Это обусловлено более низким давлением пара растворителя над раствором, чем над растворителем. Понижение температуры замерзания (кристаллизации)

∆Т_зам = К_кс_м

где К_к – криоскопическая постоянная.

Значения К_А и К_к зависят от природы растворителя.

Осмотическое давление. Самопроизвольный переход растворителя через полупроницаемую мембрану, разделяющую раствор и растворитель или два раствора с различной концентрацией растворенного вещества, называется осмосом. Осмос обусловлен диффузией молекул растворителя через полупроницаемую перегородку, которая пропускает только молекулы растворителя. Вант – Гофф предположил, что для осмотического давления можно применить давление состояния идеально газа

ПV=nRT или П=nRT/V

Откуда получается уравнение Вант – Гоффа

П =cRT,

где П – осмотическое давление, с -молярная концентрация раствора, R -газовая постоянная, равная 8,314 ДжК^-1моль^-2 или 0,083 10^-5 Па дм³ К^-1 моль^-2.