Общая химия. Теория и задачи под ред. Н. В. Коровина и Н. В. Кулешова (1154110), страница 42
Текст из файла (страница 42)
Они также называют коллига2тивными (коллективными). Такие свойства могут проявляться в полной мере в идеальных растворах. Идеальнымназывают раствор, в котором не происходят химичес2кие реакции между компонентами, а силы межмолеку2лярного взаимодействия между компонентами одинако2вы. Образование таких растворов не сопровождается тепловым эффектом (DН = 0), и каждый компонент ведет себяв растворе независимо от других компонентов. К идеальным растворам по своим свойствам приближаются лишьочень разбавленные растворы неэлектролитов.К общим свойствам растворов относятся понижениедавления насыщенного пара растворителя над раство2275ГЛАВА 6. РАСТВОРЫром и температуры замерзания, повышение температу2ры кипения и осмотическое давление.
Эти свойства проявляются в случае растворов нелетучих растворенных веществ, т. е. веществ, давлением паров которых можно пренебречь.Закон Рауля. Молекулы нелетучего растворенного компонента раствора препятствуют испарению из растворамолекул растворителя. Французский ученый Р. Рауль открыл закон, согласно которому понижение давления насыщенного пара растворителя А над раствором DрА пропорционально молярной доле растворенного нелетучеговещества хВ:pA1 2 pA 3 4pA 3 pA1 xB ,(6.1)pA1гдеи рА — давления насыщенного пара растворителянад чистым растворителем и над раствором соответственно; DрА — разность между давлениями насыщенного парарастворителя над чистым растворителем и над раствором.Из уравнения (6.1) следует, что с увеличением содержания нелетучего растворенного компонента давление парарастворителя над раствором уменьшается.Из закона Рауля возникают два следствия. Согласнопервому следствию температура кипения раствора вышетемпературы кипения раство2рителя.
Это обусловлено тем,что давление насыщенного пара растворителя над растворомстановится равным атмосферному давлению (условие кипения жидкости) при более высокой температуре, чем в случаечистого растворителя (рис.6.1). Повышение температурыкипения DТкип пропорциональРис. 6.1но моляльности раствора сm:DTкип = Kэcm,(6.2)где Kэ — эбулиоскопическая постоянная растворителя.Зависимость давления насыщенного пара растворителяот температуры над чистымрастворителем (водой) (1)и над раствором нелетучегокомпонента (2)276ОБЩАЯ ХИМИЯ.
ТЕОРИЯ И ЗАДАЧИСогласно второму следствию из закона Рауля, темпе2ратура замерзания (кристаллизации) раствора нижетемператур замерзания (кристаллизации) чистого ра2створителя. Это обусловлено более низким давлениемпара растворителя над раствором, чем над растворителем(рис. 6.1). Понижение температуры замерзания (кристаллизации) DТзам пропорционально моляльности раствора:DTзам = Kкcm,(6.3)где Kк — криоскопическая постоянная.Значения Kэ и Kк зависят от природы растворителя(табл. 6.1).1 2 3 4 5 6 2 789712345678695785585678695785967686676547654676765481164126642 644653461234562746616458254362 97745274254762642Используя уравнения (6.2) и (6.3), можно определитьмолярную массу вещества. Для этого экспериментальноопределяют повышение температуры кипения или замерзания раствора.
Если известна масса растворенного вещества mB и растворителя mА, то молярную массу растворенного вещества МВ определяют по уравнениюMВ 1103 K mВ[г/моль],23T mА(6.4)где K = Kэ либо K = Kк.Более точные данные получают по измерению температуры замерзания.Осмотическое давление. Самопроизвольный переходрастворителя через полупроницаемую мембрану, разделяющую раствор и растворитель или два раствора с различной концентрацией растворенного вещества, называетсяосмосом. Осмос обусловлен диффузией молекул раствориГЛАВА 6. РАСТВОРЫ277теля через полупроницаемую перегородку, которая пропускаеттолько молекулы растворителя.Молекулы растворителя диффундируют из растворителя в растворили из менее концентрированного раствора в более концентрированный, поэтому концентрированный раствор разбавляется,Рис.
6.2при этом увеличивается и высотаСхема осмометра:его столба (рис. 6.2). Количест1 — вода; 2 — полупроницаевенно осмос характеризуется ос мая мембрана; 3 — раствор.мотическим давлением, равнымсиле, приходящейся на единицу площади поверхности, изаставляющей молекулы растворителя проникать черезполупроницаемую перегородку. Оно равно давлению столба раствора в осмометре высотой h (рис. 6.2).
При равновесии внешнее давление уравновешивает осмотическоедавление. В этом случае скорости прямого и обратного переходов молекул через полупроницаемую перегородку становятся одинаковыми. Если внешнее давление, приложенное к более концентрированному раствору, выше осмотического p, т. е. рвнеш > p, то скорость перехода молекулрастворителя из концентрированного раствора будет больше, и растворитель будет переходить в разбавленный раствор (или чистый растворитель). Этот процесс, называемыйобратным осмосом, используется для очистки природныхи сточных вод, для получения питьевой воды из морскойводы.
Осмотическое давление возрастает с увеличениемконцентрации растворенного вещества и температуры.ВантГофф установил, что для осмотического давленияможно применить уравнение состояния идеального газа:pV = nRTилиn1 2 RT.VОтсюдаp = сRT,(6.5)где p — осмотическое давление, кПа; с — молярная концентрация раствора, моль/л.278ОБЩАЯ ХИМИЯ.
ТЕОРИЯ И ЗАДАЧИОсмос играет очень важную роль в биологических процессах, обеспечивая поступление воды в клетки и другиеструктуры. Растворы с одинаковым осмотическим давлением называются изотоническими. Если осмотическоедавление выше внутриклеточного, то оно называется ги2пертоническим, если ниже внутриклеточного — гипото2ническим. Например, среднее осмотическое давление крови при 36°С равно 780 кПа.Активность. Рассмотренные выше законы строго соблюдаются лишь в разбавленных растворах неэлектролитов.
По мере повышения концентрации растворенного вещества возрастают отклонения от законов идеальных растворов. Эти отклонения обусловлены различного родавзаимодействиями между частицами растворенного вещества, а также растворенного вещества и растворителя. Учетвлияния на свойства растворов этих взаимодействий оченьсложен и не всегда практически осуществим. Поэтомубыло предложено сохранить для описания свойств реальных растворов все общие закономерности, применимые кидеальным растворам, но вместо входящих в них концентраций компонентов ввести активности. Активность асвязана с концентрацией следующим соотношением:а = gс,(6.6)где g — коэффициент активности, который формальноучитывает все виды взаимодействия частиц в данном растворе, приводящие к отклонению от свойств идеальногораствора. В уравнениях, в которых активность стоит подзнаком логарифма, а также в выражениях для константравновесия используют относительную безразмерную величину активности, равнуюa1a моль/л.1моль/лКоэффициент активности вычисляют по экспериментальным данным.
Для этого измеряют какоелибо из свойствреального раствора (например, температуру кипения илизамерзания) и определяют коэффициент активности какчастное от деления экспериментально полученной велиГЛАВА 6. РАСТВОРЫ279чины на теоретически рассчитанную для идеального раствора:экспериментальная величина(6.7)12.теоретическая величинаЧислитель и знаменатель имеют одни и те же единицы измерения, поэтому коэффициент активности — безразмерная величина.6.4.ХИМИЧЕСКИЕ РАВНОВЕСИЯ В РАСТВОРАХСольватация.
Взаимодействие между молекулами иионами растворяемого вещества и молекулами растворителя (сольватация) может состоять из нескольких процессов, протекающих последовательно или одновременно:молекулярной диссоциации, образования сольватов, иони2зации и электролитической диссоциации.
В зависимостиот типа растворяющихся веществ число стадий может изменяться. Так, в случае ионных кристаллов стадии образования сольватов и электролитическая диссоциация совмещены.В случае ассоциированных молекулярных веществ первой стадией является молекулярная диссоциация растворенного вещества. Процесс молекулярной диссоциациипроисходит вследствие химического взаимодействия между молекулами растворяемого вещества АВ и (n + m) молекулами растворителя S с образованием сольватированной молекулы АВ(n + m)S:a) АВ + (n + m)S AB(n + m)S.Далее образовавшийся сольват может диссоциироватьна сольватированные ионы (стадия электролитическойдиссоциации):б) АВ(n + m)S Ар+nS + Bq–mS.Если процесс сольватации останавливается на стадии(а), то система представляет собой раствор неэлектро2лита. Она характеризуется отсутствием ионов в раствореи соответственно не обладает ионной электрической про280ОБЩАЯ ХИМИЯ. ТЕОРИЯ И ЗАДАЧИводимостью.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
