- •В.М. Васюков
- •Курс лекций
- •Часть I. Теоретическая химия
- •Глава 1. Основные понятия и законы химии
- •Основные понятия химии
- •Основные положения атомно-молекулярной теории
- •Газовые законы
- •Глава 2. Строение атома и периодический закон Модели строения атома
- •Квантовые числа электронов
- •Электронные конфигурации атомов
- •Ядро атома и радиоактивные превращения
- •Периодический закон
- •Глава 3. Химическая связь Валентность и степень окисления
- •Ковалентная связь
- •Ионная связь
- •Металлическая связь
- •Межмолекулярные взаимодействия
- •Глава 4. Комплексные соединения
- •Глава 5. Состояние вещества
- •Глава 6. Физико-химические закономерности протекания химических реакций Химическая термодинамика
- •Химическая кинетика и катализ
- •Обратимые и необратимые реакции. Состояние химического равновесия
- •Глава 7. Физико-химическая теория растворов электролитов и неэлектролитов Механизм образования растворов и их классификация
- •Идеальные и реальные растворы. Растворение как физико-химический процесс
- •Зависимость растворимости различных веществ от природы растворителя, температуры и давления
- •Законы разбавленных растворов
- •Способы выражения концентрации (состава) растворов
- •Электролиты и электролитическая диссоциация
- •Гидролиз солей
- •Глава 8. Дисперсные системы
- •Классификации дисперсных систем
- •Оптические и молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем
- •Поверхностные и адсорбционные явления
- •Коллоидные (коллоидно-дисперсные) системы
- •Глава 9. Теория окислительно-восстановительных процессов Окислительно-восстановительные реакции
- •Химические источники электрической энергии. Электродные потенциалы
- •1) Металлы, обладающие более электроотрицательным потенциалом, способны вытеснить менее активные металлы (с более положительным потенциалом) из водных растворов их солей;
- •Коррозия металлов
- •Электролиз
- •Восстанавливается вода Восстанавливается вода и катионы металла Восстанавливается катионы металла
- •Глава 10. Качественный и количественный анализ веществ
- •Качественный анализ
- •Классификация катионов на аналитические группы
- •Классификация анионов на аналитические группы
- •Количественный анализ
- •Химические методы анализа
- •Физические и физико-химические методы анализа
- •Часть II. Неорганическая химия
- •Глава 11. Важнейшие классы неорганических соединений
- •Основания (гидроксиды металлов)
- •Кислоты
- •Глава 12. Элементы I группы
- •Водород
- •Глава 13. Элементы II группы
- •Бериллий
- •Глава 14. Элементы III группы
- •Алюминий
- •Лантаноиды
- •Актиноиды
- •Глава 15. Элементы IV группы
- •Углерод
- •Кремний
- •Глава 16. Элементы V группы
- •Глава 17. Элементы VI группы
- •Кислород
- •Глава 18. Элементы VII группы
- •Глава 19. Элементы VIII группы
- •Часть III. Органическая химия Глава 20. Общая характеристика органических соединений
- •Теория строения органических соединений
- •Атомы в молекулах соединены между собой в определенном порядке химическими связями согласно их валентности; углерод во всех органических соединениях четырехвалентен.
- •Свойства вещества определяются не только качественным составом, но и его строением, взаимным влиянием атомов, как связанных между собой химическими связями, так и непосредственно не связанных.
- •Строение молекул может быть установлено на основе изучения их химических свойств.
- •Формулы органических соединений
- •Классификация органических соединений
- •Номенклатура органических соединений
- •Изомерия органических соединений
- •Взаимное влияние атомов в молекуле и реакционная способность органических соединений
- •Общая характеристика органических реакций
- •Промышленное производство органических соединений
- •Глава 21. Алканы Номенклатура и изомерия
- •Физические свойства
- •Способы получения
- •Химические свойства
- •Применение
- •Глава 22. Циклоалканы Номенклатура и изомерия
- •Физические свойства
- •Получение
- •Химические свойства
- •Глава 23. Алкены (олефины) Номенклатура и изомерия
- •Физические свойства
- •Получение
- •Химические свойства
- •Применение
- •Глава 24. Алкадиены (диеновые углеводороды) Номенклатура и изомерия
- •Физические свойства
- •Получение
- •Химические свойства
- •Применение
- •Глава 25. Алкины (ацетилены) Номенклатура и изомерия
- •Физические свойства
- •Получение
- •Химические свойства
- •Применение
- •Глава 26. Ароматические углеводороды (арены) Номенклатура и изомерия
- •Физические свойства
- •Способы получения
- •Химические свойства
- •Правила ориентации (замещения) в бензольном кольце
- •Применение
- •Глава 27. Гидроксильные соединения (спирты)
- •Одноатомные спирты (алкоголи) Номенклатура и изомерия
- •Физические свойства
- •Получение
- •Химические свойства
- •Применение
- •Многоатомные спирты
- •Получение
- •Химические свойства
- •Применение
- •Физические свойства
- •Способы получения
- •Химические свойства
- •Применение
- •Глава 28. Карбонильные соединения (оксосоединения) Номенклатура и изомерия
- •Метаналь этаналь
- •Физические свойства
- •Получение
- •Химические свойства
- •Применение
- •Глава 29. Карбоновые кислоты Номенклатура и изомерия
- •Физические свойства
- •Получение
- •Химические свойства
- •Применение
- •Глава 30. Сложные эфиры. Жиры Номенклатура и изомерия
- •Физические свойства
- •Химические свойства
- •Жиры и масла
- •Глава 31. Углеводы (сахара)
- •Моносахариды Номенклатура и изомерия
- •Физические и химические свойства глюкозы
- •Дисахариды
- •Полисахариды
- •Глава 32. Амины
- •Предельные алифатические амины Номенклатура и изомерия
- •Физические свойства
- •Получение
- •Химические свойства
- •Применение
- •Ароматические амины
- •Физические свойства
- •Химические свойства
- •Применение
- •Глава 33. Аминокислоты, пептиды и белки
- •Аминокислоты Номенклатура и изомерия
- •Физические свойства
- •Получение
- •Химические свойства
- •Пептиды
- •Физические свойства
- •Химические свойства
- •Биологическое значение белков
- •Глава 34. Гетероциклические соединения
- •Шестичленные гетероциклы
- •Пятичленные гетероциклы
- •Нуклеиновые кислоты Строение нуклеиновых кислот
- •Биологическая роль нуклеиновых кислот
- •Глава 35.Синтетические высокомолекулярные соединения
- •Общая характеристика полимеров
- •Пластмассы
- •Волокна
- •Каучуки
- •Литература
- •Приложения Растворимость неорганических веществ в воде при 25°c
Законы разбавленных растворов
При растворении в растворителе нелетучего вещества давление пара растворителя над раствором уменьшается, что вызывает повышение температуры кипения раствора и понижение температуры его замерзания (по сравнению с чистым растворителем) и обусловлены числом растворенных частиц в определенном объеме данного растворителя и не зависят от природы растворенного вещества.
Согласно закону Рауля: относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором равно мольной доле растворенного нелетучего вещества:
(p0 – p) / p0 = χA
где χA = nA / (nA + nВ); χA – мольная доля растворенного вещества; nA – число молей растворенного вещества; nВ – число молей растворителя; p0 – давление пара чистого растворителя; р – давление насыщенного пара над раствором.
Присутствие растворенного вещества, наряду с понижением давления насыщенного пара над раствором, повышает температуру кипения и понижает температуру замерзания.
В соответствии с законом Рауля, и повышение температуры кипения, и понижения температуры замерзания растворов по сравнению с чистым растворителем (Δt), пропорциональны моляльной концентрации растворенного вещества:
Δt = К∙Сm,
где К – коэффициент пропорциональности; Ст – моляльность раствора.
В общем виде зависимость понижения температуры замерзания ΔТам и повышения температуры кипения ΔТкип разбавленных растворов от концентрации растворенного вещества можно записать так:
ΔТзам = КзамС и ΔТкип = КкипС,
где Кзам и Ккип – коэффициенты пропорциональности, зависящие от природы растворителя; С – молярная концентрация растворенного вещества. Коэффициент пропорциональности (К) в случае повышения температуры кипения называется эбулиоскопическим (КЭ), а при понижении температуры замерзания – криоскопическим (КК).
Методы криоскопии и эбулиоскопии позволяют определить молярную массу недиссоциирующих при растворении веществ по понижению температуры замерзания и повышению температуры кипения растворов известной концентрации:
Δt = К∙Сm; M = K∙1000∙m/Δt∙m1
где т – масса вещества (г), М – молярная масса.
К общим свойствам растворов относится осмос – явление селективной диффузии частиц в растворе через полупроницаемую мембрану. Сила, обуславливающая осмос, отнесенная к поверхности полупроницаемой мембраны называется осмотическим давлением.
Вант-Гофф сформулировал закон осмотического давления: осмотическое давление равно тому давлению, которое производило бы растворенное вещество, если бы оно в виде идеального газа занимало тот же объем, который занимает раствор при той же температуре.
Вант-Гофф показал, что осмотическое давление в растворе неэлектролита пропорционально молярной концентрации растворенного вещества:
р = CRT
Способы выражения концентрации (состава) растворов
Количественный состав раствора чаще всего выражается с помощью понятия «концентрации», т.е. содержание растворенного вещества в единице массы или объема. 1.
1. Массовая доля (ω) – это отношение массы растворенного вещества к общей массе раствора. Для бинарного раствора:
где ω(Х) – массовая доля растворенного вещества X (% или доли единицы); m(Х) – масса растворенного вещества X, г; m(S) – масса растворителя S, г; т – масса раствора, г.
2. Молярная концентрация или молярность (СМ) показывает число молей растворенного вещества, содержащегося в 1 литре раствора:
СМ(Х) = ν(Х)/V = m / (M·V)
где СМ(Х) – молярная концентрация растворенного вещества X, моль/л; ν(Х) – количество растворенного вещества X, моль; V – объем раствора, л.
Размерность молярной концентрации (моль/л) иногда обозначается М, так: запись 2М NaOH означает, что речь идет о растворе гидроксида натрия с молярной концентрацией 2 моль/л.
Раствор, в 1 л которого содержится 1 моль растворенного вещества, называется одномолярным (обозначается 1 М); 0,1 моль растворенного вещества, называется децимолярным (обозначается 0,1 М); 0,01 моль растворенного вещества, называется сантимолярным (обозначается 0,01 М).
3. Мольная доля (N) растворенного вещества – безразмерная величина, равная отношению количества растворенного вещества к общему количеству веществ в растворе:
где N(X) – мольная доля растворенного вещества X (моль); ν(х) – количество растворенного вещества X, моль; ν(S) – количество вещества растворителя S, моль.
4. Моляльность или моляльная концентрация (Сm) – отношение количества растворенного вещества (ν), приходящееся на 1000 г растворителя:
Сm = ν ∙ 1000 / m1 = m2 ∙ 1000 / (М ∙ т1) (моль/кг),
где т1 – масса растворителя, т2 – масса растворенного вещества, М – молярная масса растворенного вещества.
5. Нормальность или нормальная (эквивалентная) концентрация (СН) – отношение числа эквивалентов (Э) или эквивалентных масс (mЭ) растворенного вещества к объему раствора:
СН = m / (mЭ ∙ V) или СН = m / (М ∙ Э ∙ V) (моль/л; г∙экв/л),
где m – масса растворенного вещества, mЭ – эквивалентная масса растворенного вещества, V – объем раствора, Э – эквивалент, М – молярная масса растворенного вещества.
Раствор, в 1 л которого содержится 1 эквивалентная масса растворенного вещества, называется однонормальным (обозначается 1 н); 0,1 эквивалентная масса растворенного вещества, называется децинормальным (обозначается 0,1 н); 0,01 эквивалентная масса растворенного вещества, называется сантинормальным (обозначается 0,01 н).
Вещества реагируют в эквивалентных количествах. Объемы растворов реагирующих веществ обратно пропорциональны их нормальностям:
V1 ∙ CH1 = V2 ∙ CH2 или V1 / V2 = CH2 / CH1
(V1 ∙ Н1 = V2 ∙ Н2 или V1 / V2 = Н2 / Н1)
где V1 и CH1 (Н1) – объем и нормальность первого раствора, V2 и CH2 (Н2) – объем и нормальность второго раствора.
6. Титр (Т) – масса вещества (m), содержащегося в 1 мл раствора (V):
Т = m / V (г/мл)
Концентрацию насыщенного раствора часто выражают через растворимость вещества.
Растворимость вещества s показывает максимальную массу вещества, которая может раствориться в 100 г растворителя:
s = (mв-ва / mр-ля) · 100
Растворимость числено равна концентрации (моль/л) того иона, содержание которого в данном веществе равно концентрации насыщенного раствора. Так, если концентрация OH– в Mg(OH)2 равна 4,12∙10–4, следовательно, концентрация Mg2+ равна 2,6∙10–4.
Солевой эффект – повышение растворимости малорастворимых солей при добавлении к ним сильных электролитов.
Пересчет одного количественного выражения состава раствора в другое можно производить, пользуясь формулами связи этих физических величин. Так,
СМ = 10 ∙ ρ ∙ ω / М
СН = 10 ∙ ρ ∙ ω / mЭ
Т = СН ∙ Э / 1000
Сравнение формул для определения молярной и нормальной концентраций
СМ = ν / V = m / (M ∙ V)
СН = m / (М ∙ Э ∙ V)
показывает, что если эквивалент растворенного вещества Э = 1 моль, СМ = СН. Эквивалент, равный единице, имеют растворы одноосновных кислот (HCl, HNO3 и т.д.), однокислотных оснований (NaOH, KOH и т.д.), солей катион и анион которых однозарядные (KCl, NaNO3 и т.д.). Если же эквивалент растворенного вещества не равен 1 моль, то формула соотношения молярной и нормальной концентраций имеет вид: СМ = СН · Э.