PhysColl_Solutions (С.И. Левченков - Физическая и коллоидная химия)

Описание файла

Файл "PhysColl_Solutions" внутри архива находится в папке "С.И. Левченков - Физическая и коллоидная химия". PDF-файл из архива "С.И. Левченков - Физическая и коллоидная химия", который расположен в категории "лекции и семинары". Всё это находится в предмете "физическая химия" из седьмого семестра, которые можно найти в файловом архиве МГУ им. Ломоносова. Не смотря на прямую связь этого архива с МГУ им. Ломоносова, его также можно найти и в других разделах. .

Просмотр PDF-файла онлайн

Текст из PDF

Министерство образования и науки Российской ФедерацииРостовский государственный университетСергей Иванович ЛЕВЧЕНКОВФИЗИЧЕСКАЯ И КОЛЛОИДНАЯХИМИЯКонспект лекцийдля студентов 3-го курса вечернего отделениябиолого-почвенного факультета РГУЧасть 3.ТЕРМОДИНАМИКА РАСТВОРОВг. Ростов-на-Дону2004 г.2ОГЛАВЛЕНИЕ3 ТЕРМОДИНАМИКА РАСТВОРОВ33.1 ОБРАЗОВАНИЕ РАСТВОРОВ. РАСТВОРИМОСТЬ43.1.1 Растворимость газов в газах53.1.2 Растворимость газов в жидкостях63.1.3 Взаимная растворимость жидкостей73.1.4 Растворимость твердых веществ в жидкостях83.2 РАСТВОРЫ НЕЭЛЕКТРОЛИТОВ83.2.1 Давление насыщенного пара разбавленных растворов83.2.2 Давление пара идеальных и реальных растворов93.2.3 Температура кристаллизации разбавленных растворов103.2.4 Температура кипения разбавленных растворов113.2.5 Осмотическое давление разбавленных растворов133.2.6 Понятие активности растворенного вещества133.3 РАСТВОРЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ143.3.1 Теория электролитической диссоциации143.3.2 Слабые электролиты. Константа диссоциации153.3.3 Сильные электролиты163.4 ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ РАСТВОРОВ ЭЛЕКТРОЛИТОВ183.4.1 Удельная электропроводность растворов электролитов183.4.2 Молярная электропроводность растворов электролитов203.5 ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ213.5.1 Электрические потенциалы на фазовых границах213.5.2 Гальванический элемент.

ЭДС гальванического элемента233.5.3 Электродный потенциал. Уравнение Нернста243.5.4 Классификация электродов263.5.5 Окислительно-восстановительные электроды30Опубликовано по решению кафедры физической и коллоидной химииРостовского государственного университета.Copyright © С. И. Левченков, 1996-200433 ТЕРМОДИНАМИКА РАСТВОРОВСуществование абсолютно чистых веществ невозможно – всякое веществообязательно содержит примеси, или, иными словами, всякая гомогенная системамногокомпонентна.

Если имеющиеся в веществе примеси в пределах точностиописания системы не оказывают влияния на изучаемые свойства, можно считатьсистему однокомпонентной; в противном случае гомогенную систему считаютраствором.Раствор – гомогенная система, состоящая из двух или болеекомпонентов, состав которой может непрерывно изменяться внекоторых пределах без скачкообразного изменения её свойств.Раствор может иметь любое агрегатное состояние; соответственно ихразделяют на твердые, жидкие и газообразные (последние обычно называютгазовыми смесями). Обычно компоненты раствора разделяют на растворитель ирастворенноевещество.Какправило,растворителемсчитаюткомпонент,присутствующий в растворе в преобладающем количестве либо компонент,кристаллизующийся первым при охлаждении раствора; если одним из компонентовраствора является жидкое в чистом виде вещество, а остальными – твердыевещества либо газы, то растворителем считают жидкость.

С термодинамическойточки зрения это деление компонентов раствора не имеет смысла и носит поэтомуусловный характер.Однойизописываемыйсважнейшихпомощьюхарактеристикпонятияраствораконцентрацияявляетсяраствора.егосостав,Нижедаетсяопределение наиболее распространенных способов выражения концентрации иформулы для пересчета одних концентраций в другие, где индексы А и В относятсясоответственно к растворителю и растворенному веществу.Молярная концентрация С – число молей νВ растворенного вещества в одномлитре раствора.Нормальная концентрация N – число молей эквивалентов растворенноговещества (равное числу молей νВ, умноженному на фактор эквивалентности f) водном литре раствора.Моляльная концентрация m – число молей растворенного вещества в одномкилограмме растворителя.4Процентная концентрация ω – число граммов растворенного вещества в 100граммах раствора.C=N=ω=νBV=10ρω N=MBffν B10fρω= fC =VMB(III.1)(III.2)100gBCMB CMB==(g A + gB ) 10ρ 10 fρ(III.3)Еще одним способом выражения концентрации является мольная доля X отношение числа молей данного компонента к общему числу молей всехкомпонентов в системе.XB =νBν A + νB=νBΣν i(III.4)3.1 ОБРАЗОВАНИЕ РАСТВОРОВ.

РАСТВОРИМОСТЬКонцентрация компонента в растворе может изменяться от нуля до некоторогомаксимального значения, называемого растворимостью компонента. РастворимостьS – концентрация компонента в насыщенном растворе. Насыщенный раствор –раствор, находящийся в равновесии с растворенным веществом. Величинарастворимости характеризует равновесие между двумя фазами, поэтому на неёвлияют все факторы, смещающие это равновесие (в соответствии с принципом ЛеШателье – Брауна).Образование раствора является сложным физико-химическим процессом.Процесс растворения всегда сопровождается увеличением энтропии системы; приобразовании растворов часто имеет место выделение либо поглощение теплоты.Теория растворов должна объяснять все эти явления.

Исторически сложились дваподхода к образованию растворов – физическая теория, основы которой былизаложены в XIX веке, и химическая, основоположником которой был Д.И.Менделеев.Физическаятеорияраствороврассматриваетпроцессрастворениякакраспределение частиц растворенного вещества между частицами растворителя,предполагая отсутствие какого-либо взаимодействия между ними. Единственнойдвижущей силой такого процесса является увеличение энтропии системы ∆S; какиелибо тепловые или объемные эффекты при растворении отсутствуют (∆Н = 0, ∆V =50;такиерастворырассматриваетхимическихпринятоназыватьидеальными).процессрастворениякакобразованиесоединенийпеременногосостава,Химическаясмеситеориянеустойчивыхсопровождающеесятепловымэффектом и изменением объема системы (контракцией), что часто приводит крезкому изменению свойств растворенного вещества (так, растворение бесцветногосульфата меди СuSО4 в воде приводит к образованию окрашенного раствора, изкотороговыделяетсянеСuSО4,аголубойкристаллогидратСuSО4·5Н2О).Современная термодинамика растворов основана на синтезе этих двух подходов.В общем случае при растворении происходит изменение свойств ирастворителя, и растворенного вещества, что обусловлено взаимодействием частицмежду собой по различным типам взаимодействия: Ван-дер-Ваальсового (во всехслучаях), ион-дипольного (в растворах электролитов в полярных растворителях),специфическихвзаимодействий(образованиеводородныхилидонорно-акцепторных связей).

Учет всех этих взаимодействий представляет собой оченьсложнуюзадачу.Очевидно,чточембольшеконцентрацияраствора,теминтенсивнее взаимодействие частиц, тем сложнее структура раствора. Поэтомуколичественная теория разработана только для идеальных растворов, к которымможно отнести газовые растворы и растворы неполярных жидкостей, в которыхэнергия взаимодействия разнородных частиц EA-B близка к энергиям взаимодействияодинаковых частиц EA-A и EB-B.

Идеальными можно считать также бесконечноразбавленные растворы, в которых можно пренебречь взаимодействием частицрастворителя и растворенного вещества между собой. Свойства таких растворовзависят только от концентрации растворенного вещества, но не зависят от егоприроды.3.1.1 Растворимость газов в газахГазообразное состояние вещества характеризуется слабым взаимодействиеммеждучастицамиибольшимирасстояниямимеждуними.Поэтомугазысмешиваются в любых соотношениях (при очень высоких давлениях, когдаплотность газов приближается к плотности жидкостей, может наблюдатьсяограниченная растворимость). Газовые смеси описываются законом Дальтона:Общее давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений всехвходящих в неё газов.6Pобщ = ∑ Pi =Pi =Pν iΣν iRT∑ νiV= XiP(III.5)(III.6)3.1.2 Растворимость газов в жидкостяхРастворимость газов в жидкостях зависит от ряда факторов: природы газа ижидкости, давления, температуры, концентрации растворенных в жидкости веществ(особенно сильно влияет на растворимость газов концентрация электролитов).Наибольшее влияние на растворимость газов в жидкостях оказывает природавеществ.

Так, в 1 литре воды при t = 18 °С и P = 1 атм. растворяется 0.017 л. азота,748.8 л. аммиака или 427.8 л. хлороводорода. Аномально высокая растворимостьгазов в жидкостях обычно обусловливается их специфическим взаимодействием срастворителем – образованием химического соединения (для аммиака) илидиссоциацией в растворе на ионы (для хлороводорода). Газы, молекулы которыхнеполярны, растворяются, как правило, лучше в неполярных жидкостях – инаоборот. Зависимость растворимости газов от давления выражается закономГенри - Дальтона:Растворимость газа в жидкости прямо пропорциональна его давлениюнад жидкостью.С = kP(III.7)Здесь С – концентрация раствора газа в жидкости, k – коэффициентпропорциональности, зависящий от природы газа.

Закон Генри - Дальтонасправедлив только для разбавленных растворов при малых давлениях, когда газыможно считать идеальными. Газы, способные к специфическому взаимодействию срастворителем, данному закону не подчиняются.Растворимость газов в жидкостях существенно зависит от температуры;количественно данная зависимость определяется уравнением Клапейрона –Клаузиуса (здесь X – мольная доля газа в растворе, λ – тепловой эффектрастворения 1 моля газа в его насыщенном растворе):X1 λ  11= − X 2 R  T2 T1 (III.8)7Как правило, при растворении газа в жидкости выделяется теплота (λ < 0),поэтому с повышением температуры растворимость уменьшается. Растворимостьгазов в жидкости сильно зависит от концентрации других растворенных веществ.Зависимость растворимости газов от концентрации электролитов в жидкостивыражается формулой Сеченова (X и X0 – растворимость газа в чистомрастворителе и растворе электролита с концентрацией C):X0= kCX(III.9)3.1.3 Взаимная растворимость жидкостейВзависимостиотприродыжидкостимогутсмешиватьсявлюбыхсоотношениях (в этом случае говорят о неограниченной взаимной растворимости),быть практически нерастворимыми друг в друге либо обладать ограниченнойрастворимостью.

Рассмотрим последний случай на примере системы анилин-вода.Если смешать примерно равные количества воды и анилина, система будетсостоять из двух слоев жидкости; верхний слой – раствор анилина в воде, нижний –раствор воды в анилине. Для каждой температуры оба раствора имеют строгоопределенный равновесный состав, не зависящий от количества каждого изкомпонентов.TTTкр0kTкр100Состав, вес.% анилинаРис. 3.1 Диаграмма растворимостисистемы анилин - вода.Зависимость концентрации растворов от температуры принято изображатьграфически с помощью диаграммы взаимной растворимости.

Свежие статьи
Популярно сейчас