КАФЕДРА ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ СПБГЭТУ РАСТВОРЫ ОСЕННИЙ СЕМЕСТР 2014 -2015 УЧ. ГОД.
Растворы. Классификация растворов. Раствор – гомогенная (однородная) система, состоящая из двух или более независимых компонентов (растворенное вещество и растворитель), а также продуктов их взаимодействия Компонент, количество которого преобладает в данной системе, называют растворителем По агрегатному состоянию : Газообразные растворы (Смесь газов) Жидкие растворы 1. растворы твердых веществ в жидкостях: соль+Н 2 О, сахар+Н 2 О , йод+Н 2 О 2. растворы газообразныхых веществ в жидкостях: лимонады, нашатырный спирт 3. растворы жидких веществ в жидкостях: уксус, водка (спирт + вода) воздух – это раствор кислорода, паров воды, углекислого газа СО 2 и благородных газов в азоте 2
Растворы. Классификация растворов. Раствор – гомогенная (однородная) система, состоящая из двух или более независимых компонентов (растворенное вещество и растворитель), а также продуктов их взаимодействия Компонент, количество которого преобладает в данной системе, называют растворителем По агрегатному состоянию : Твердые растворы сплавы металлов - латунь – твердый раствор, смесь двух твердых веществ (меди и цинка), образующих одну твердую фазу 3
Растворы. Классификация растворов. По относительным количествам растворенного вещества разбавленные и концентрированные По соотношению преобладания частиц, переходящих в раствор и удаляющихся из раствора насыщенные, ненасыщенные и перенасыщенные Насыщенный раствор - это раствор, который находится в равновесии с твердой фазой растворенного вещества и содержит максимально возможное при данных условиях количество этого вещества Раствор концентрация которого ниже концентрации насыщенного раствора называется ненасыщенным Перенасыщенный раствор - раствор, в котором при данной температуре содержится большее количество растворенного вещества, чем возможно в насыщенном растворе 4
Растворы. Классификация растворов. Истинный раствор - однофазная система, образованная не менее чем двумя компонентами Коллоидный раствор при пропускании через него луча света образуется светящаяся дорожка – конус Коллоидный раствор - тонкодисперсные системы с размерами частиц от 100 до 1 нм 5
Физические и химические процессы при растворении Физическая теория растворов – идея индифферентности и подобия газовым системам (Вант-Гофф) Процесс растворения является результатом диффузии, т. е. проникновением растворенного вещества в промежутки между молекулами растворителя, т. е. физическое явление (Вант-Гофф, Аррениус, Освальд) Якоб Хендрик Вант-Гофф Химическая теория (Д. И. Менделеев) Растворение является результатом химического взаимодействия растворенного вещества с молекулами растворителя, т. е. химическое явление Сольватация – процесс взаимодействия растворителя и растворенного вещества Дмитрий Иванович Менделеев 6
Физические и химические процессы при растворении Механическая смесь Раствор • переменность состава • непрерывная, плавная зависимость их свойств от состава Химическое соединение • однородность состава по всей фазе • наличие теплового эффекта при образовании Физико-химическая теория растворов 7
Физические и химические процессы при растворении Тепловой эффект, сопровождающий процесс растворения, относящийся к 1 молю растворенного вещества называется ∆Н 1 молярной теплотой растворения ∆ Н раств. > 0 - количество теплоты, затраченной на распределение частиц растворяемого вещества среди молекул растворителя (процесс эндотермический). ∆Н 2 < 0 - тепловой эффект сольватации (процесс экзотермический). Тепловой эффект сольватации - количество теплоты, которая выделяется при взаимодействии растворенного вещества с молекулами растворителя и образование связей между ними. для твердого вещества: ∆Н 1 > 0 - энергия необходимая для разрушения кристаллической решетки и энергия необходимая для разрыва связей между молекулами растворителя (процесс эндотермический). В зависимости от того преобладает первая или вторая составляющие, процесс растворения может быть экзотермический или эндотермический: если │ ∆Н 2 │> │∆ Н 1│, процесс экзотермический и ∆Н < 0; если │∆Н 2 │< │∆ Н 1│, процесс эндотермический и ∆Н > 0. 8
Способы выражения концентрации Концентрация – соотношение между количеством растворителя и растворенного вещества, или количеством растворенного вещества и всего раствора Способы выражение концентрации растворов • Массовая доля - отношение массы растворенного вещества к массе раствора) • Объемная доля - отношение объема растворенного вещества к объему раствора • Молярная доля N – отношение числа молей растворенного вещества к сумме числа молей растворенного вещества и растворителя • Молярная концентрация (молярность) См (моль/л) число молей растворенного вещества в одном литре раствора • Нормальная концентрация (нормальность раствора) или молярная концентрация эквивалента, Сн (экв/л) – показывает число эквивалентов растворенного вещества, содержащихся в одном литре раствора 9
Растворимость веществ. Факторы, влияющие на растворимость Растворимость - количественная характеристика соотношения компонентов насыщенного раствора коэффициент растворимости вещества (Р) – наибольшая масса вещества, способная при данной температуре раствориться в 100 г растворителя. Например, при 20°С в 100 г воды с образованием насыщенного раствора растворяется 36, 0 г Na. CI, значит Р(Na. CI) = 36 молярная растворимость вещества (S) - число молей вещества, способное при данной температуре раствориться в 1 л указанного растворителя с образованием насыщенного раствора Пример: S(Na. CI) = 6, 154 мольл коэффициент поглощения газа –наибольший объем газа, который может раствориться в единице объема растворителя при данной температуре и парциальном давлении газа 1 атм. Так при 20°С коэффициенты поглощения водой азота и кислорода, молекулы которых не полярны, составляют соответственно 0, 016 и 0, 031. Для газов, молекулы которых полярны, коэффициент их поглощения водой 10 значительно выше, например для HCI – 500, NH 3 – 1300.
Растворимость веществ. Факторы, влияющие на растворимость Растворимость веществ зависит: • от природы реагирующих веществ • от концентрации раствора • от температуры • присутствия других веществ в растворе • от давления (для газообразных веществ) 11
Растворимость твердых веществ в жидкостях • от природы реагирующих веществ • от температуры Для идеальных растворов справедливо уравнение Шредера N 1 – растворимость твердого вещества Hраствор. – энтальпия растворения 1 моль вещества в почти насыщенном растворе Процесс растворения 1. Плавление твердого вещества 2. Смешение жидкого вещества с идеальным раствором для идеального раствора так как то Идеальная растворимость твердого вещества увеличивается с температурой 12
Растворимость жидкостей в жидкостях • от природы реагирующих веществ • от температуры • от высокого давления Неограниченная растворимость – жидкости смешиваются в любых пропорциях Растворимость до известного предела – имеет место расслаивание Качественная зависимость: ПОДОБНОЕ РАСТВОРЯЕТСЯ В ПОДОБНОМ 13
Растворимость газов в жидкостях • Растворимость газов в жидкостях при повышении температуры УМЕНЬШАЕТСЯ • Растворимость газов в жидкостях зависит от давления под которым он находится над жидкостью Закон Генри при постоянной температуре растворимость газа в данной жидкости прямо пропорциональна давлению этого газа над раствором k – константы скорости p – давление газа над раствором c – концентрация Г - константа Генри Закон пригоден лишь для идеальных растворов и невысоких давлений. Закон Дальтона в случае растворения смеси газов в жидкости каждый из них растворяется пропорционально своему парциальному давлению 14
Закон распределения 1 2 c 1 c 2 3 c 1 – концентрация вещества 3 в жидкости 1 c 2 – концентрация вещества 3 в жидкости 1 Соотношение концентраций при T=const есть величина постоянная • Не зависит от количества растворенного вещества в обеих жидкостях • Зависит от • Природы растворителей • Природы растворенного вещества • температуры
Законы Рауля Первый закон Рауля связывает давление насыщенного пара над раствором с его составом : Парциальное давление насыщенного пара компонента раствора прямо пропорционально его мольной доле в растворе, причём коэффициент пропорциональности равен давлению насыщенного пара над чистым компонентом Франсуа Мари Рауль Для бинарного раствора, состоящего из компонентов А и В (компонент А считаем растворителем) удобнее использовать другую формулировку: Относительное понижение парциального давления пара растворителя над раствором не зависит от природы растворённого вещества и равно его мольной доле в растворе
Законы Рауля Относительное понижение парциального давления пара растворителя над раствором не зависит от природы растворённого вещества и равно его мольной доле в растворе Франсуа Мари Рауль p. A+p. B p. A
Законы Рауля Второй закон Рауля Понижение температуры замерзания раствора и повышение температуры его кипения прямо пропорционально моляльной концентрации раствора KЭ и Kкр – эбулиоскопическая и криоскопическая константы, характеризующие растворитель Франсуа Мари Рауль T не зависит от природы растворенного вещества, а определяется природой растворителя и моляльностью, т. е. числом растворенных молекул в определенном количестве растворителя -Повышение температуры кипения; - Понижение температуры замерзания; Эти свойства разбавленных растворов зависят только от числа частиц растворенного вещества, но не от их природы Поэтому эти свойства и назвали коллигативными (в том смысле, что они «зависят от количества» )
Осмос Явление осмоса (по-гречески значит «толкать» ) представляет собой самопроизвольный переход чистого растворителя в раствор, отделенный от него полупроницаемой мембраной, т. е. перегородкой проницаемой для молекул растворителя, но не проницаемой для растворенного вещества Осмотическое давление П – давление, которое надо приложить к раствору для прекращения переноса растворителя Растворитель Одинаковы при равновесии Раствор транспорт жидкостей через клеточную мембран
Растворы электролитов Электролиты – вещества, которые в растворе или в расплаве состоят полностью или частично из ионов Электролиты – проводники второго рода - с ионной проводимостью Электролиты – НЕ ПОДЧИНЯЮТСЯ законам Рауля Сильные электролиты при растворении в воде практически полностью диссоциируют на ионы независимо от их концентрации в растворе. Поэтому в уравнениях диссоциации сильных электролитов ставят знак равенства (=). К сильным электролитам относятся: - растворимые соли; - многие неорганические кислоты: HNO 3, H 2 SO 4, HCl, HBr, HI; - основания, образованные щелочными металлами (Li. OH, Na. OH, KOH и т. д. ) и щелочно -земельными металлами (Ca(OH)2, Sr(OH)2, Ba(OH)2). Слабые электролиты в водных растворах лишь частично (обратимо) диссоциируют на ионы. Поэтому в уравнениях диссоциации слабых электролитов ставят знак обратимости (⇄). К слабым электролитам относятся: - почти все органические кислоты и вода; - некоторые неорганические кислоты: H 2 S, H 3 PO 4, H 2 CO 3, HNO 2, H 2 Si. O 3 и др. ; - нерастворимые гидроксиды металлов: Mg(OH)2, Fe(OH)2, Zn(OH)2 и др.
Растворы электролитов Степень диссоциации – та доля растворенного электролита, которая распалась на ионы В растворах сильных электролитов В растворах слабых электролитов Константа диссоциации в одном и том же растворителе при постоянной температуре – величина постоянная, она свойственна данному электролиту Степень диссоциации – характеризует состояние электролита в растворе только данной концентрации и меняется с ее изменением Закон разведения Оствальда – с разбавлением раствора степень диссоциации его увеличивается
Растворы электролитов Сильные электролиты Почти все соли, кроме Cd. Cl 2, Hg. Cl 2, Fe(CNS)3, Pb(CH 3 COO)2 Большинство минеральных кислот, гидроксиды щелочных и щелочно-земельных металлов Электролиты средней силы H 3 PO 4, H 2 C 2 O 4, Mg(OH)2 и пр. + Слабые электролиты Почти все органические кислоты, некоторые минеральные, многие основания
Состояние сильных электролитов в растворе + - + + + - - + Ионная атмосфера Активная концентрация (активность) – учитывает все виды взаимодействия между тонами В растворах сильных электролитов в качестве стандартного принимают не чистое состояние данного вещества, а состояние раствора при полной диссоциации и при отсутствии осложняющего взаимодействия между его ионами
Водородный показатель Можно принять концентрацию недиссоциированных молекул воды постоянной Ионное произведение воды В чистой воде
Водородный показатель Вещество Электролит в свинцовых аккумуляторах Желудочный сок Лимонный сок (5% р-р лимонной кислоты) Пищевой уксус Кока-кола Яблочный сок Пиво Кофе Шампунь Чай Кожа здорового человека Кислотный дождь Слюна Молоко Чистая вода Кровь Морская вода Мыло (жировое) для рук Отбеливатель (хлорная известь) Концентрированные растворы щелочей p. H <1. 0 1, 0— 2, 0± 0, 3 2, 4 3, 0± 0, 3 3, 0 4, 5 5, 0 5, 5 < 5, 6 6, 8– 7, 4 6, 6 -6, 9 7, 0 7, 36— 7, 44 8, 0 9, 0— 10, 0 12, 5 >13
Скачать презентацию КАФЕДРА ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ СПБГЭТУ РАСТВОРЫ ОСЕННИЙ СЕМЕСТР 2014
Лекция_5_Растворы_.ppt