Сравнение с механическими смесями

Электролитическая диссоциация.

Растворы имеют важное значение в жизни и практической деятельности человека.Процессы усвоения пищи человеком и животными связаны с переводом питательных веществ в раствор. Все физиологические жидкости – (кровь, лимфа)-являются растворами. Многие химические реакции протекают в растворах.

Растворы – однородные (гомогенные) системы, состоящие из двух или более компонентов (составных частей) и продуктов их взаимодействия.

Есть еще одно определение:

● Растворами называют однородные системы, состоящие из молекул растворителя и частиц растворенного вещества, между которыми происходят физические и химические взаимодействия.

● По агрегатному состоянию растворы бывают жидкие, твердые и газообразные.

● Жидкие растворы – растворы солей в воде.

● Твердые растворы – сплав серебра и золота.

● Газообразные растворы – смесь газов, воздух.

Наиболее важный вид растворов – жидкие (водные) растворы, рассмотрению которых и посвящается данная лекция.

Всякий раствор состоит из растворенных веществ и растворителя, т.е. среды, в которой эти вещества равномерно распределены. Обычно растворителем считают тот компонент, который не меняет свое агрегатное состояние при растворении (в случае водного раствора соли растворителем является вода). Если оба вещества при растворении не меняют своего агрегатного состояния (z.B. спирт и вода), то растворителем считается тот компонент, которого больше.

Сходство: однородность, выделение теплоты при растворении некоторых веществ, что указывает на химическое взаимодействие между растворителем и растворенным веществом.

Различие: состав раствора изменяется в широких пределах, в свойствах растворов можно обнаружить многие свойства его отдельных компонентов.

Сходство: непостоянство состава.

Различие: однородность.

Растворы занимают промежуточные положение между механическими смесями и химическими соединениями.

Важной характеристикой любого раствора является его состав. Состав раствора можно выражать разными способами – с помощью безразмерных единиц

(долей или %), так и через размерные величины – концентрации.

1. Массовая доля растворенного вещества – безразмерная физическая величина, равная отношению массы растворенного вещества к массе раствора.

т в-ва

С = ω= ------------ ·100 %

↑ т р-ра

массовая

доля

z.B. 5% - ный раствор H₂SO₄ – в 100г раствора содержится 5г H₂SO₄ и 95г воды.

т р-ра = т раств.в-ва + т р-ля (воды)

2. Мольная (молярная) доля – отношение количества растворенного вещества к сумме количеств всех веществ, составляющих раствор.

ν раст.в-ва

N = --------------------------

ν в-ва + ν воды

3. Молярная концентрация (молярность) – величина, равная отношению количества растворенного вещества к объему раствора.

ν

С = -----------· 1000

V (мл)

ν в-ва т в-ва

С_м = ------------ = ------------- [моль/л]

V р-ра(л) µ V р-ра

С_м (H₂SO₄) = 5 моль/л или С_м (HCl) = 1М ← молярность обозначают буквой М

↑

В 1л содержится 5 моль H₂SO₄

4. Объемная доля.

V в-ва

φ = ----------- · 100%

Vраствора

Готовят растворы с молярной концентрацией в специальных мерных колбах на 50, 100, 200, 250 мл и т.д., где не надо измерять V р-ра.

Если в 1л содержится:

0,1 моль в-ва – децимолярный раствор

0,01 моль в-ва - сантимолярный

0,001моль в-ва - миллимолярный

● Из практики известно, что не все вещества одинаково растворяются в воде. Для характеристики способности вещества растворяться введено понятие растворимость.

По растворимости все вещества делят на три группы:

а) хорошо растворимые – сахар(тв.); гидроксид натрия, спирт, ацетон (жидкие); аммиак (газообр. -700об. в1л); НСl.

б) мало растворимые - гипс; РbSO₄; бензол; диэтиловый эфир; метан; азот; О₂

в) практически нерастворимые – стекло, серебро, золото, керосин, благородные газы.

Растворимость зависит от природы веществ, температуры, давления.

Растворение кристалла (тв. в-ва) в жидкости: под влиянием растворителя от поверхности твердого вещества постепенно отрываются отдельные ионы или молекулы и равномерно распределяются по всему V растворителя. Если растворитель соприкасается с большим кол-вом вещества, то через некоторое время раствор становится насыщенным.

● Насыщенный раствор – раствор находящийся в равновесии с растворяющимся веществом (с избытком растворенного вещества)

растворение

Растворяемое в-во раствор насыщенный

(твердое) кристаллизация

В насыщенных растворах данное в-во при данной температуре больше не растворяется.

Ненасыщенный раствор – раствор, в котором данное вещество может еще растворяться.

Пересыщенный раствор - раствор, содержащий растворенного вещества больше, чем нужно для насыщения при данной температуре (или раствор, содержащий растворенного вещества больше, чем в насыщенном растворе).

Открыты в 1794 г. Ловицем Т.Е. В спокойном состоянии они могут годами оставаться без изменения. Но любое изменение (легкое сотрясение сосуда, введение в р-р кристаллика соли – в-ва, трение о стенки сосуда стеклянной палочки) вызывает выпадение в осадок избытка растворенного вещества (кристаллизация).

Очень легко пересыщенные растворы образуют: сахароза, Na₂S₂O₃ · 5H₂O,

Na₂SO₄ ·10H₂O (глауберова соль), Na₂В₄О₇ ·10H₂O (бура), СН₃СООNa.

Растворимость – это характеристика насыщенного раствора.

Растворимость (коэффициент растворимости) - масса вещества, которая может раствориться в 100 г воды при данной температуре.

Например, растворимость NH₄Cl при15^о С составляет 35 г. Это значит, что 35 г этой соли при 15^о С растворяются в 100 г воды.

Опытно определенные растворимости веществ собраны в кривые растворимости.

По ним легко определить коэффициент растворимости, сколько соли выпадет в осадок при охлаждении раствора. Кривые растворимости показывают зависимость между растворимостью и температурой.

В воде могут быть растворены газы, жидкости, твердые вещества.

Растворение газов в воде представляет экзотермический процесс. Поэтому растворимость газов с повышением температуры уменьшается. Однако растворение газов в органических жидкостях нередко сопровождается поглощением теплоты, =>

в подобном случае с ростом температуры растворимость газа увеличивается. При растворении газа в жидкости устанавливается равновесие.

Газ + жидкость ↔ насыщенный р-р газа в жидкости

При этом объем с-мы существенно уменьшается => повышение давления приводит к увеличению растворимости газа.

Жидкости могут растворяться в жидкостях. Некоторые неограниченно растворимы друг в друге, другие – до известного предела. С повешением температуры взаимная растворимость жидкостей увеличивается до тех пор, пока не будет достигнута температура, при которой обе жидкости смешиваются в любых пропорциях.

Температура, при которой ограниченная взаимная растворимость жидкостей переходит в неограниченную, называется критической температурой растворения. Например, при t ниже 66,4^о С фенол ограниченно растворим в воде, а вода ограниченно растворима в феноле; t=66,4^о С - критическая температура растворения для системы вода – фенол, начиная с этой температуры, обе жидкости неограниченно растворимы друг в друге.

Т.к. растворение жидкостей друг в друге не сопровождается значительным изменением объема, то взаимная растворимость жидкостей мало зависит от давления и заметно возрастает лишь при очень высоких давлениях (тысячи атмосфер).

Труднее дело обстоит с твердыми веществами.

При растворении твердых тел в воде объем системы обычно изменяется незначительно. Поэтому растворимость веществ, находящихся в твердом состоянии, практически не зависит от давления.

● Тепловые явления при растворении.

Растворение веществ сопровождается тепловым эффектом: выделением или поглощением теплоты. При растворении в воде NaOH, H₂SO₄ наблюдается сильное разогревание раствора, т.е. выделение теплоты, а при растворении NH₄NO₃ – сильное охлаждение раствора, т.е. поглощение теплоты.

Экзотермический процесс – процесс, идущий с выделением энергии.

Эндотермический процесс – процесс, идущий с поглощением энергии.

При растворении твердого вещества в воде происходят следующие явления:

1) разрушение кристаллической решетки (эндотермический процесс);

2) гидратация (сольватация) – соединение молекул растворенного вещества с молекулами растворителя (в данном случае – воды) (экзотермический процесс);

3) диффузия (экзотермический процесс, но очень маленький)

Сравнивают 2 первых процесса:

Q растворения = Q₁ + Q₂ → сольватация

↑

разрушение

Если | Q₁ | > | Q₂ |, то процесс идет с поглощением теплоты, эндотермический – растворение NH₄NO₃ в воде.

Если | Q₂ | > | Q₁ |, то процесс идет с выделением тепла – экзотермический – * растворение H₂SO₄ в воде.

Долгое время существовало мнение, что растворение – это физический процесс, происходит лишь распределение молекул растворенного вещества между молекулами растворителя. Это мнение опроверг Д.И. Менделеев. Он создал химическую теорию растворов: между молекулами растворенного вещества и молекулами растворителя происходят химические взаимодействия. Это подтверждает выделение или поглощение тепла при растворении и образование гидратов (гидраты, как правило нестойкие соединения, во многих случаях разлагающиеся при выпаривании р-ров, но иногда выдел-ся из водных растворов в виде кристаллов, содержащих воду).

В-ва, в кристаллы которых входят молекулы воды, называются кристаллогидраты, а содержащаяся в них вода – кристаллизационной.

CuSO₄ ·5H₂O – медный купорос; Na₂SO₄ · 10H₂O – глауберова соль

Т.о. растворение не только физический, но и химический процесс (физико-химический).

экзо

Li₂SO₄ 1. тв.в-во насыщен. раствор Т ↑ ← растворимость

эндо

эндо

KI 2. тв.в-во насыщен. раствор Т ↑ →

экзо

NaCl 3. тв.в-во ↔ насыщен. раствор Q ≈ 0

ICl₃

Дата добавления: 2014-01-05