Общая и Неорганическая химия с примерами решения задач - Михаил Бармин

переменного состава.

Этот процесс взаимодействия между молекулами раство-римого вещества и растворителя носит название сольвата-ции и если растворитель – это вода, то гидратации, т.е каж-дая молекула или ион окружены сольватной или гидратной оболочкой.

В дальнейшем, химическая теория растворов была усовершенствована в работах Каблукова и Кистяковского.

2. Способы выражения концентрации растворов

Важной характеристикой любого раствора является его состав раствора, который выражается в его концентрации. Количество растворенного вещества, содержащегося в определенном количестве растворителя или раствора, называется концентрацией. В химии условно считают, что концентрированным является такой раствор, когда концентрация растворенного вещества примерного одного порядка с концентрацией растворителя. Разбавленный раствор – когда концентрация растворимого вещества значительно меньше концентрации растворителя.

Кроме того, в химии различаются насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные растворы. Насыщенным раствором называется такой раствор, в котором между твердым компонентом и раствором соблюдается состояние динамического равновесия, т.е. число молекул, перешедших из кристаллического состояния в раствор (процесс растворения) равно числу молекул, перешедших из раствора в кристаллы (процесс кристаллизации). Ненасыщенный – раствор, для которого концентрация растворимого вещества меньше концентрации насыщенного раствора при данном значении температуры. Пересыщенный – раствор, для которого концентрация выше концентрации растворимого вещества насыщенного раствора. Состояние пересыщения является неустойчивым.

Массовая доля (процентная концентрация) показывает сколь

ко граммов вещества растворено в 100 граммах раствора. Пример: 100г. 5%-ного раствора = 5 г вещества + 95 г воды. Моляльная концентрация – показывает количество молей

растворенного вещества в 1 кг растворителя.

Эквивалентная концентрация показывает – сколько экви

валент растворимого вещества, находится в 1 литре раствора.

Мольная доля – отношение числа молей растворимого ве

щества к общему числу молей в растворе: N1

= n1 /(n1

+ n2), где

n1

– число молей растворенного вещества; n2 – число молей

растворителя.

Титр – показывает, сколько миллиграммов вещества, со

держится в 1 мл раствора

N•Э

Т = –, где N – нормальность раствора,

1000

Э – эквивалент вещества.

3. СВОЙСТВА РАСТВОРОВ НЕЭЛЕКТРОЛИТОВ

3.1 ОСМОС. ОСМОТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ

В том случае, когда при смешении растворов отсутствует полупроницаемая мембрана (перегородка) наблюдается явление двусторонней диффузии, т.е. молекулы растворителя проникают в раствор, а

молекулы растворимого вещества в растворитель. Если на поверхности раздела 2-х жидкостей установить полупроницаемую мембрану, пропускающую только лишь молекулы растворителя, то наблюдается случай односторонней диффузии (ОД). О.Д., происходящая через полупроницаемую мембрану, получила название осмоса.

Во 2-м случае через полупроницаемую мембрану в раствор с большим значением концентрации будет переходить больше молекул растворителя. В этом случае произойдет увеличение объема, сопровождающееся повышением давления на мембрану. Мембрана прогнется вверх. 3-й случай является противоположным второму. Соответствующее давление, возникающее при этом, носит название осмотического давления. Для измерения О.Д. используют приборы, которые называются осмометрами.

Давление, равное атмосферному, представляет собой осмо-тическое давление. О.Д. называется такое давление, которое необходимо приложить к раствору, чтобы прекратить осмос. Величина О.Д. зависит от концентрации раствора, от температуры, НО НЕ ЗАВИСИТ ОТ природы растворенного вещества и растворителя.

Растворы с одинаковым осмотическом давлением получили название изотонических растворов. Для определения осмотического давления разбавленных растворов используют эмпирические уравнения Вант-Гоффа. Так как в разбавленных растворах неэлектролитов межмолекулярное взаимодействие между молекулами растворимого вещества мало, то для такой системы можно использовать уравнение для идеальных газов Менделеева-Клапейрона:

pосмV = nRT → pосм = (n/V)RT = cRT

Используя метод измерения осмотического давления можно определить молекулярную массу растворимого вещества.

3.2 Давление насыщенного пара растворителя над раствором

Пар, находящийся в равновесии: со своим раствором, называется насыщенным. При определенном значении температуры давление насыщенного пара растворителя над раствором обозначим Р, чистого растворителя Р0

Таким образом, над раствором в соответствии с принципом Ле-Шателье происходит понижение концентрации молекул растворителя, т.е. давление насыщенного пара растворителя над раствором меньше давления насыщенного пара над чистым растворителем т.е. Р < Р0 Ро – Р – представляет собой понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором, (Р0 – Р)/Р0 – относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором.

В результате многочисленных экспериментов удалось пока-

зать, что относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором пропорционально мольной доле растворенного вещества (1 закон Рауля).

(Р – Р0 )/Р0 = N 2 = n2 /n 1 + n2, где N2 -мольная доля растворимого вещества, n1 – число молей растворителя, n2 – число молей

растворимого вещества.

1-й Закон Рауля используется для определения молекулярных масс растворимого вещества. Рассмотрим зависимость давления насыщенного пара растворителя над раствором от температуры.

Жидкость закипает, когда давление насыщенного пара ста-новится равным атмосферному давлению. Жидкость затвердевает, когда давление насыщенного пара растворителя над раствором становится равным давлению насыщенного пара твердой фазы.

Следует отметить, что и температура затвердевания и температура кипения является индивидуальными характеристиками растворителя.

Кривая зависимости для раствора идет ниже кривой раство-

рителя, т.е. раствор закипает при более высотой температуре и затвердевает при более низкой температуре, чем чивстый раство-ритель.

Экспериментально было показано, что повышение температуры кипения и понижение температуры затвердевания пропорционально концентрации растворенного вещества, т.е.

Δtкип = E • mв, Δtзам = K • mв,

где Е – эбулиоскопическая постоянная; К – криоскопическая постоянная; mв – концентрация растворимого вещества (моляльность)

Их значение для разбавленных растворов получают для одномоляльных растворов. Т.о. криоскопическя постоянная показывает на сколько одномоляльный раствор затвердевает ниже растворителя, а эбуллиоскопическая – на сколько раствор кипит выше по сравнению с растворителем. Для каждого растворителя определяется соответствующее значение крио-скопической и эбуллиоскопической постоянной, которое затем используется в расчетах. Е и К зависят только от природы

растворителя. 2-й закон Рауля

Повышение температуры кипения и понижение температуры затвердевания раствора над чистым растворителем прямо пропорционально моляльности раствора.

Таким образом, закипание раствора и кристаллизация раствора происходит в определенном интервале температуры.

Девиз: «ВОДА – ПРИЧИНА РАСПАДА

СОЕДИНЕНИЙ НА ИОНЫ.

ПОДОБНОЕ РАСТВОРЯЕТСЯ В ПОДОБНОМ»

ЛЕКЦИЯ 9.

ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ДИССОЦИАЦИЯ.

План:

Сила электролитов.

Ионное произведение воды.

Ионные реакции.

Гидролиз солей.

Диссоциация электролитов в водном растворе.

При изучении основных закономерностей для растворов кислот, оснований и солей было показано, что они не подчиняются законам Вант-Гоффа и Рауля. Было установлено, что осмотическое давление, понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения изменяется на одну и ту же величину