Растворы

Общая характеристика растворов

Реакции называют гомогенными термодинамическими системами, состоящих из двух или большего числа компонентов, состав которых может изменяться в пределах допустимых растворимостью.

Различают газообразные, твердые и жидкие растворы.

Газообразные – смеси газов

Жидкие – смеси жидкостей или р-ры твердых в-в и газов в жидкостях (вода, водка).

Р-ры твердых в-в (соль).

Газы в жидкостях (соляная кислота).

Твердые р-ры представляют собой твердые фазы, получающиеся при охлаждении растворов или при окристализации из газовой фазы (металлические сплавы – монеты).

В р-ре различают: растворитель и растворенное в-во. Растворителем принято считать то в-во, которое имеется в р-ре в большем кол-ве.

Термодинамические условия образования р-ра

Образование р-ра пред. Собой самопроизвольный процесс, протекающий в открытой системе под влиянием двух внешних факторов (Р,Т). Такой процесс сапровождается убылью энергии Гипса.

Смешение в-в - это процесс разупорядочения.

Следовательно энтропия смещения положительная велечина.

Вывод: Термодинамическими условиями образования р-ов служит уменьшением энергии и увеличением энтропии.

Тепловой эффект растворения

1.Механизм растворения тв-ых в-в в жидкостях можно представлять в виде двух стадий: а) ориентация молекул растворителя вокруг частиц кристаллического в-ва с последующем разрывом связи, т.е. разрушением кристаллической решетки; б) сольвотация образующая ионов в р-ре.

На первой стадии тепло, энергия затрачивается. На второй стадии тепло, энергия выделяется (сольватация).

От соотношения этих величин зависит общая теплота растворения.

Процесс растворителя может быть экзотермическим (преобладание эффекта сольватации) и эндотермическим (разрушение кристаллической решетки – затратно; н-р NaCl)

2.Растворение жидкостей.

В большинстве случаев сопровождается выделением теплоты (н-р ацетон, этиловый спирт). Но может происходить и с поглощением (уксусная кислота и вода), этиловый спирт с водой при смешивании при различных соотношениях и температурах меняет знак теплоты смешения.

3.Растворение газов в жидкостях сопровождается выделением теплоты. И она тем больше, чем лучше идет взаимодействие с растворителем.

Молекулярно-кинетические условия образования р-ра

Определяется: 1.Процессом диффузии частиц растворенного в-ва в р-ре. 2.Межмолекулярным взаимодествием.

Диффузия – направленное перемещение частиц движущей силой которого является градиент (разность) их концентраций.

Диффузия протекает до выравнивания концентраций во всех точках объема.

Самопроизвольный процесс растворения протекает с постепенным увеличением его концентрации до получения насыщенного р-ра.

С молекулярно-кинетической точки зрения р-р становится насыщенным когда скорость отрыва частиц от поваерхности твердого в-ва станет равной скоростям оседания частиц из р-ра на той же поверхности, т.е. когда имеет место динамическое равновесие: тв. в-во  тв. в-во в р-ре.

Растворимость.

Способность одного в-ва растворителя в другом при заданных условиях имеет полное выражение называемое растворимостью.

Растворимость равна концентрации насыщенного при данных условиях р-ра.

Всякий р-р, концентрация которого при данных условиях меньше растворимости в-ва является не насыщенным.

При определенных условиях можно получить р-р, концентрация в-ва в котором больше растворимости (такой раствор перенасыщенный). Однако малейшее воздействие на такой р-р (перемешивание, добавление незначительного в-ва) вызывает выделение в-ва из р-ра, который происходит до тех пор пока концентрация р-ра не станет равной растворимости в-ва.

Поскольку понятие концентрации насыщенного р-ра связано с равновесием процесса растворения то следовательно этот процесс будет зависеть от температуры (Т). Насыщенный при одной температуре р-р при другой может оказаться перенасыщенным, или ненасыщенным.

Таком образом растворимость в-ва яв-ся функцией температуры (Т), а если растворимое в-во газообразно, то и функцией растворения газов над раствором.

Концентрация р-ов

Насыщенные р-ми приходится пользоваться сравнительно редко. Чаще на практике мы имеем дело с ненасыщенными р-ми, в этом случае мы пользуемся характеристикой концентрации.

Концентрация р-ра – кол-ная характеристика в-ва, растворенного в определенном объеме или массе р-ра или растворителя.

Существует приблизительная характеристика: концентратный р-р (растворено много в-ва) и разбавленный р-р.

Для точного охарактеризования р-ра существуют различные способы выражения контреций.

Способы выражения концентраций р-ов

1.Массовая доля – отношение массы в-ва (В) к массе р-ра.

безразмерная величина, меняется от 0 до 1 (0÷1). Это истинное значение.

Существует представление это величины в процентах:

(0÷100%) Истинное значение.

Масса р-ра

(m(р-ля) – чаще всего вода)

Св-вом адитивности обладает масса, но не объем (св-во суммироваться)

2.Молярная концентрация. Кол-во моль в-ва (B) в одном литре р-ра

Иногда [M]- , 0,1M=0,1 (0,1 – децимолярная концентрация, 0,01М сантимолярная концентрация.

m(B) – в граммах

V(р-ра) – в литрах

3.Молярная концентрация эквивалентов – это кол-во моль эк-ов в-ва (В) в одном литре р-ра.

С_эк (В)= ,

0,1н≡0,1

С_эк(В)=С(В)*Z

4.Моляльность – моляльная концентрация. Это кол-во моль в-ва(В) в одном килограмме растворителя.

С_m(В )= =

5.Титр. Это масса в-ва(В), содержащаяся в одном миллилитре р-ра.

Т(В)= ,

6.Молярная доля. Это отношение числа моль в-ва (В) к общему чмслу моль всех в-в, находящихся в р-ре, включая р-ль.

X(B)=

X(B)= Величина безразмерная. 0÷1,

Задача:

Приготовлен р-р 200мл воды и 10г борной кислоты H₃BO₃ . _р-ра = 1,2 г/мл, _воды = 1 г/мл.

1. = 10/210 = 0,0476 (4,76%)

m_р-ра – m(H3BO3)+m(H2O)=10+210=210г

2. =10/62*0,175=0,92 моль/л

=210/1,2=175 мл

3.С_эк (H₃BO₃)=C(H₃BO₃)*Z(H₃BO₃)=2,76 моль*эк/л

4.С_m(H3BO3 )= = 0,81

5. Т(H3BO3)=

6. X(H₃BO₃)= = 0,16/0,16+11,11 = 0,014

n(H₃BO₃) = 10/62 = 0,16 моль

n(H₂O) = 200/18 = 11,11 моль

x(H₂O) = 0,986

Теория образования р-ров

Физическая теория:

Сторонники: Аренеус, Оствальд, Вантгоф.

Процесс растворения рассматривается как равномерное распределение частиц растворенного в-ва по всему объему растворителя. Растворитель принимался за индифирентную (безразличную) среду.

Химическая теория:

Сторонники: Менделеев, Курганов.

Рас-ла р-ры как системы, образованные частицами рас-ля раств-го в-ва и неустойчивыми образованиями, которые возникают между р-рами и рас-ым в-вом при участии электростатических и межмолекулярных сил взаимодействия.

Современная теория:

Объединяет обе точки зрения и рассматривает процесс растворения как взаимодействие частиц разной полярности. Полярность молекул выражается в том, что силу неравномерного распределения электронной плотности в одной части молекулы могут преобладать положительные заряды, а в другой отрицательные.

Такое образование наз-ся диполем.

И растворители и растворенные в-ва могут быть и полярными и не полярными. Наиболее полярным рас-лем яв-ся вода и в силу этого яв-ся хорошим рас-лем различных полярных соединений. Процесс взаимодействия в-ва с рас-лем яв-ся сложным и состоящим из нескольких стадий, число которых зависит от природы в-ва и рас-ля.