9. Растворы (1097077)
Текст из файла
9. РастворыРаствор – гомогенная (однородная) система, которая содержит два или болеекомпонентов.Если в системе есть реальные поверхности раздела, отделяющие друг от друга частисистемы, различающиеся по свойствам, то система называется гетерогенной (например,насыщенный раствор с осадком), если таких поверхностей нет, система называетсягомогенной (истинный раствор). Гетерогенные системы содержат не менее двух фаз.Компонентами называют вещества, минимально необходимые для составленияданной системы (минимум один). Число компонентов в системе равно числу веществ в нейприсутствующих, минус число связывающих эти вещества независимых уравнений.Компонентом называют вещество, которое может быть выделено из данной системы иколичество которого можно менять (хотя бы в некоторых пределах) независимо от других.Фаза – совокупность всех гомогенных частей системы, одинаковых по составу и повсем физическим и химическим свойствам (не зависящим от количества вещества) иотграниченных от других частей системы поверхностью раздела.
Внутри одной фазысвойства могут изменяться непрерывно, но на поверхности раздела между фазами свойстваменяются скачком. Пример двухфазной системы – поверхность реки в ледоход.Для веществ с близкими свойствами и неограниченной взаимной растворимостьюпонятия “растворитель” и “растворенное вещество” относительны. Например, для системыэтиловый спирт – пропиловый спирт растворителем будет считаться тот компонент,количество которого существенно больше. Если в системе присутствует вода, то часторастворителем называют именно ее. При ограниченной взаимной растворимостирастворителем считают тот компонент, структуру которого сохраняет раствор.Растворимостью вещества называется его максимально возможная, равновесная приданной температуре концентрация.
В большинстве таблиц она задается в граммах вещества,содержащегося в 100 г растворителя.Раствор, находящийся в равновесии с растворенным веществом, называетсянасыщенным. Насыщенный раствор представляет собой гетерогенную систему.Наиболее часто используемые способы выражения концентрации растворов:Массовая доля (часто в виде процентной концентрации) – отношение массы вещества кмассе раствора:ω = mвещества/mраствора (*100%) ;В химии часто применяется молярная концентрация C – количество вещества(число молей) ν в литре раствора:С = νвещества/Vр-раМолярная концентрация обозначается буквой М: 2 М раствор соляной кислотыозначает раствор хлороводорода HCl, содержащий 2 моль HCl в литре.Простейшая модель раствора может быть представлена двумя наборами шариков –мелких, моделирующих молекулы растворителя, крупных, моделирующих молекулы(частицы) растворенного вещества (рис. 2):23Рисунок 3.
Модель идеального раствораФактически – это модель идеального раствора, в котором нет химическихвзаимодействий между частицами. На основе такой модели можно описать некоторыеважные свойства разбавленных растворов неэлектролитов [ 1 ].Рассмотрим первую систему (рис.3) и попробуем ответить на вопросы:Сосуд с чистой водой перегородили на две половинки полупроницаемой мембраной –маленькие молекулы воды могут проникать сквозь поры в мембране, а большие молекулысахара не могут. Потом в правую половину сосуда насыпали сахара (рис.
5).а) Как изменится скорость проникновения воды слева направо?б) Как изменится скорость проникновения воды справа налево?в) Что мы будем наблюдать через некоторое время?Рисунок 4Решение: обе скорости перехода воды уменьшаются, но справа (где сахар)уменьшается сильнее – молекулы сахара эффективнее “затыкают” отверстия снаружи(справа).За счет чего выравняются скорости перехода молекул воды? Уровень справаподнимется, и давление столба воды увеличит скорость перехода справа налево (рис. 4):Рисунок 5Явление это называется осмосом (от греч.
“осмос” – толчок, давление) [ 2 ]. В 1887 г.Вант-Гофф вывел формулу для приблизительного расчета осмотического давления [ 3 ]:1. Приведенные ниже примеры задач на перенос через поверхность раздела фаз составлены старшимпреподавателем СУНЦ МГУ А.М.Галиным24π = CRTС – концентрация в моль/л (т.е. число молей в единице объема).Эта формула совпадает с уравнением Клапейрона[ 4 ]-Менделеева для идеального газа:pV = nRTp – давление газа;V – объем газа;n – число молей газа в данном объеме;R – газовая постоянная;T – абсолютная температура в градусах Кельвина.Для расчетов удобно пользоваться величиной газовой постоянной R = 0,082 л*атм.При нормальных условиях (00 С и 1 атм) фактическое осмотическое давление 0,06 Мраствора сахарозы составляет 1,34 атм, а условный “объем моля” (по аналогии с идеальнымгазом) π/С = 22,3 л ; для более концентрированного 1 М раствора давление составляет 24,8атм, а “объем моля” будет тогда 24,8 л (по формуле Вант-Гоффа получается 22,4 л) [ 5 ].Видно, что экспериментальные данные не очень сильно отличаются от вычисляемых поформуле.Тканевые жидкости млекопитающих имеют π = 6,7-8,1 атм, клеточный сок у растенийот 2 атм у болотных до 45 атм у степных.
При таких величинах становится понятно, почемухрупкие травинки ломают асфальт. Осмотическое давление крови человека при 370Ссоставляет 7,7 атм (780 кПа); такое давление имеет физиологический раствор (0,9% хлориданатрия).Рассмотрим вторую систему в рамках той же простейшей модели.В сосуде, содержащем воду и лед, поддерживается постоянная температура 00 С.Потом в сосуд насыпали поваренную соль.а) Как изменится скорость растворения льда?б) Как изменится скорость кристаллизации воды?в) Что будет наблюдаться, если и после добавления соли температуру 00 С будутпродолжать поддерживать? (рис. 5)Рисунок 6Решение: стрелки, обозначающие межфазные переходы молекул воды, снованеравномерно уменьшатся. При 00 С лед будет растворяться, поскольку факторомвосстановления равновесия является сама температура – она при отсутствиитермостатирования понижается из-за продолжающегося таяния льда (Qплавл.
= 330 Дж/г) (рис.6):2. Термин ввел французский биолог Анри Дютроше (1776-1847) в 1826 г. Систематические измеренияосмотического давления выполнил в 1877 г. немецкий химик и ботаник Вильгельм Пфеффер (1845-1920).3. В 1901 г. первую Нобелевскую премию по химии получил нидерландский ученый Якоб Хендрик Вант-Гофф(1852-1911) - "за открытие законов химической динамики и осмотического давления в растворах".4. Бенуа Поль Эмиль Клапейрон (1799-1864) - французский физик и инженер, в 1834 г. вывел уравнениесостояния идеального газа, которое обобщил в 1874 г.
Д.И.Менделеев5. Киреев В.А. Краткий курс физической химии - М.: "Химия", 1970. - 640 с., с.3025Рисунок 7Если в системе хлорид натрия – вода содержится 22,4% по массе NaCl, то она будетжидкой до -21,20 С. Раствор с 30,22% по массе хлорида кальция замерзает при -49,80 С.Именно по этой причине в качестве противогололедных средств используют растворимыесоли.
При этом на тротуарах образуются лужи, температура раствора в которых сразу послетаяния существенно ниже, чем окружающего льда и снега.Таким образом, растворенное вещество влияет на температуру замерзаниярастворителя. Это второй закон Рауля – повышение температуры замерзания растворапрямо пропорционально моляльной концентрации раствора. В данном случае используетсямоляльная концентрация, потому что растворитель присутствует в жидкой и твердой фазах сразличной плотностью.Моляльная концентрация Cм – количество вещества (число молей) ν, приходящееся на1 кг растворителя:Cм = νвещества/mрастворителяОпределение молекулярной массы по понижению температуры плавления приизвестной массе растворенного вещества в 1000 г растворителя называется криоскопией [ 6 ].Δtзам = K Cм = K(g1000)/MGCм – моляльная концентрация;g – масса вещества, растворенного в G граммах растворителя;M – молекулярная масса растворенного вещества;K – криоскопическая константа растворителя (для воды 1,853)В рамках той же модели рассмотрим третью систему.Замкнутый термостатируемый сосуд частично заполнен водой, остальную его частьзанимают только пары воды.
Потом в сосуд бросили поваренную соль.а) Как изменится скорость испарения воды?б) Как изменится скорость конденсации воды?в) Как изменится давление в сосуде?Температура все время постоянна (рис. 7):Рисунок 86. Метод предложил в 1885 г. французский физик и химик Франсуа Мари Рауль (1830-1901)26Решение: стрелки, обозначающие межфазные переходы молекул воды, снованеравномерно уменьшатся. Равновесие восстановится за счет понижения давления в системе.Давление пара над раствором всегда ниже, чем над чистым растворителем.
Первый законРауля (1882 г.) – понижение давления пара растворителя над раствором прямопропорционально мольной доле растворенного вещества:(p0 - p1)/p0 = NN – мольная доля растворенного вещества, соответствует отношению количествамодельных “шариков-молекул” растворенного вещества к их общему количеству (рис.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
