С.К. Пискарёва - Аналитическая химия (1110124), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Если атом водорода одной молодухам воды сблизится с атомом! кислорода другой молекулы, то .'возникает водородная связьс Структурные особенности молекул воды с водородными связямн показаны на рис. 9. Хотя водородная связь значительно слабее химической, роль их огромйа. Связь Н" О носит электростатическцй характер в отличие от связи Π— Н, которая являетсзг1 превмущеспвецно ковалентцой. Многие удивительные свойства. воды объясняются водородными связями.
В частности, они лежат в 'основе практически всех явлений жизнедеятельности. Молекулы воды — днлольны."Вследствие это!'о' вода является хорошим растворителем соединений с ионной связью. Та энергия, которая требуется для разрушения кристаллической решетки ионных соединений, компенсируется энергией образования нон- н и' Н б ~р Ф Рис. 1О. Схема растворычня соли дипольных связей, в результате чего образуются гидратированные ионы. Схема растворения соли представлена на рис, 10. Полярные молекулы воды группируются у поверхностных ионов соли. К ионам калия молекулы воды притягиваются отрицательными полюсами, а к хлорид-ионам — положительными пошосами.
Результатом нон-дипольного взаимодействия является переход соли в распюр. Если же вода взаимодействует с полярными молекуламн, то в этом случае отрицательно заряженные участки молекул воды группнрунзтся у положительно заряженного конца диполъной молекулы, и наоборот — положительно заряженные участки молекул воды группируются у отрицательно заряженного конца дипольной молекулы.
Результатом этого диполь дипольного взаимодействия является переход полярной молекулы в ионное состояние. Затем образовавшиеся ионы гилкзатируются и переходят в раствор (рис. 11). По такой схеме идет; например, растворение хлороводорода в воде. Этот процесс можно представить уравнением НС7+Н О Н О++С! Молекула НС1 ионизируется: общая пара электронов переходит к атому хлора, атом хлора становится хлорид-ионом С1, протон Рис. 3. Электронные орбитаяи ыоаехулы воды 31 30 Н н Н Рззс. 9. Водородные связи меиду мснехуламн воды а ъ© ~а альба ъ6а я=в~+ -)~ цэД+Я аэ аэ(+) бэ авЯ цэ Ф без Фр р% Фр% ФрЪ Рнс.
1!. Растворение хлороводорода в воде же внедряется в электронную оболочку кислорода и превращает в ион гидроксония Н,О'. Например, в азотной кислоте процесс идет по уравнению Н,О+НгтОе Н О'+НО, Вода является хорошим растворителем полярных соединений еще и потому, что с рядом веществ, например с ХН„ СаНаОН, происходит обмен водородными связями.
Вместо водородной связи между молекулами воды и молекулами аммиака возникает водородная связь между молекулой воды и молекулой аммиака. Представим это схематически; В воде водородные связи наблюдаются между атомами кислорода и водорода: н — о--н н-.о — н В аммиаке водородная связь возникает между атомом азота и водорода: н, н ! ) н — н" н — и н Место молекулы аммиака может занять молекула воды.
Появй ляется связь растворителя и растворенного вещества через: водородную связь: При этом в, новом образе)ванна между молекулой, аммиака и молекулой воды вознихабт водородная связь между азотом и водородом и кислородом и водородом. Уникальные свойства воды как распюрителя объясняются сочетанием в ее молекуле трех свойств: высокой полярностью, ' водородными'связями с растворимыми веществами н донорными свойствами. Она часто является лигаццом в комплексных соедине- . ниях и криеталлогидратах. в 4. СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ РАСТВОРЕННОГО ВЕЩЕСТВА В РАСТВОРЕ Важной характеристикой любого раствора служит содержание в нем растворенного вещества.
Существуют разные способы численного выражепия содержания растворенного вещества в любом растворе. Один из них — массовая доля растворенного вещества. зз 'Массоваа лола раствореввого вещества — атв отвмвевае массы лаввого вевкстав в растворе к общей массе раствора в(Х) = —, м(Х) где в(Х) — массовая доля вещества Х; гп(Х) — масса вещества Х„т — общая масса раствора. Массовая доля — безразмерная величина. Ее выражают в долях от единицы, в процентах или промилле.
Например, водный раствор серной кислоты с массовой долей 10% содержит 1О единиц массы НаЯОе в 100 единицах массы раствора. Следовательно, в 100 единицах массы раствора содержится 10 единиц массы растворенного вещества (в данном случае НаВОе) и 90 единиц массы растворителя (в данном случае воды)..
Содержание растворенного вещества можно выразить размерными величинами — концентрациями. Наиболее широко в анализе пользуются молярной концентрацией. Молщмав коввеатравек — это отаевевве колввества раствереввмо вещеспм в молва к абьему раствора: с(Х)= —, о(Х) О) и ' где с(Х) — малярная концентрация частиц Х; п(Х) — количество вещества частиц Х, содержащихся в распюре; à — объем раствора.
Количество вещества п(Х) определяется численностью содержащихся в нем частиц Х. Последние могут быть атомами, молекулами, ионами, электронами, атомными группами, эквивалентами. Единица количества — моль. Например, количество атомов кислорода п(0)=1 моль, количество ионов водорода п(Н+)=4 моль, количество молекул серной кислоты п(На~Ос) =2 моль. Для определения количества вещества Х нужно массу вещества т разделить на мол ярную массу вещества, состоящую из частиц Х: (2) л(Х)= Подставив значение п(Х) в формулу (1), будем иметь т с(Х) = —.
М(Х) г' Молярная концентрация равна массе, деленной на произведение молярной массы и объема раствора. Например, если в колбе объемом 2 л будет 80 г )чаОН, то его молярная концентрация определится отношением зз 80 с(Х«ОН)= — = 1 мо»ь!л. 40" 2 Применение термина «молярность» не рекомендуется. Единицей СИ моля~ной концентрации я вляегся моль на кубический метр (моль/м ). В анализе обычно применяют кратные единицы: моль на литр (моль/л) или моль на кубический дециметр (моль/дм »). я 5.
КЛАССИФИКАЦИЯ РАСТВОРОВ И РАСТВОРИТЕЛЕЙ Растворы являются средой для проведения реакций. Подавляющее большинство реакций, которые используют в анализе, осуществляют в растворах. В зависимости от степени насыщеция растворенным веществом различают насьпценные, ненасыщенные н пересыщенные растворы." Насыщенный раствор содержит максимальное количество вещества, которое может растворяться в данном количестве распюрителя при определенных условиях. Насыщенный распюр» находится в равновесии с избытком растворяемого вещества.' При этом данное равновесие является динамическим: в едишщу' времени столько частиц выпадает в осадок, сколько их переходит в раствор.
Концентрация насыщенного раствора того нли иного вещества ' прн неизменных условиях есть величина постоянная. Если в насыщенный раствор внести какое-то новое количество растворя'.- емого вещества, то ровно столько, сколько внесли, выпадает в осадок.
Концентрация насыщенного раствора является мерой растворимости вещества при данных условиях. Очень часто. растворимость выражают числом граммов растворенного вещества, которое содержится в 100 г раствора или же в 100 г растворителя. Для насыщенного раствора при постоянной температуре т =сопзг, т»,=макс (т — масса распюра, т,— масса растворенного вещества).
Если при данных условиях не достигнута концентрация насыщенного раствора, то такой раствор называют ненасыщенным. Ненасыщенный' раствор всегда содержит меньшее количество вещества, чем насыщенный. Если в него вносят новые количества растворяемого вещества, то растворение продолжается. Для ' ненасьпценного раствора при постоянной температуре т =сопз1, т .,<макс.
Иногда, например при медленном охлаждении, в растворе можно получить большую концентрацию, чем та, которая отвечает насыщенному раствору. Такие растворы называют нересыщенными. Для них характерна неустойчивость. Они не могут существовать при наличии даже одного кристалла растворенного вещества, а иногда просто при встряхивании пере- сыщенные растворы переходят 'в насыщенные..Для пересыщенного раствпра при постоянной температуре т сопз1, т,>макс. Примерами веществ, которые образуют пересыщенные растворы, могут слувапь Ха»В»О, 10НЯО (бура), ХахБО» 10Н»О (мирабилит или глауберова соль), 'С12Н»»О„(сахар).
При характеристике раствора часто используют термины концентрированный раствор и разбавленный раствор. Концентрированный раствор содержит значительные количества растворенного вещества в отличие от растворов с малым крличеством'растворенного вещества, называемых разбавленными. Концентрация разбавленных растворов сильно отличается от растворимости данного вещества. При классификации растворителей прежде всего выделяют характер нх участия в процессе кислотно-основного взаимодействия. По этому признаку выделяют две большие группы растворителей: апротонные и протолитические. Алратонные растворителя представляют собой химические соединения инертного характера.
Их молекулы не ионизированы; Они практически не отдают и не присовдиняют протоны. Кислотно-оеновное равновесие в этих растворителях осуществляется почти полностью без их участия., К ним относятся углеводороды, например гексан, бензол и их галогенопроизводные, например хлороформ, тетрахлорид углерода и др. К протолитическим растворителям относятся такие, молекулы которых способны отдавать или присоединять протоны. Эти растворители принимают участие в кислотно-основном взаимодействии.
Среди них выделяют трн группы: протогенные (кислые), протофнльные (основные) и амфипротные. Протогенные растворители способны к отдаче протона. Сюда относятся жидкие галогеноводороды (НС1, НВг), серная кислота, безводная муравьиная„уксусная н др. В этих растворителях уменьшается число веществ, проявляющих кислые свойства. Например, в серной. кислоте многие кислоты (как бензойвая и др.) проявляют основные свойства. В уксусной кислоте карбоновые кислоты не проявляют кислых свойств; Протофильные растворителя способны принимахь протоны. К ним относятся жидкий аммиак, пиридин, гидразин и др.
В этих растворителях увеличивается число веществ, проявляющих кислые свойства. Например, гуанндин является основанием в водной среде, а в жидком аммиаке ведет себя как кисЛота. Амфипротиые растворители способны как отдавать, так и присоединять протоны. К ним относятся вода, спирты, кетоны, ннтрилы и др. Изучение растворов показало, что свойства растворенного вещества в значительной степени определяются свойствами растворителей. Растворителя могут изменять силу кислот, оснований н солей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
