Характеристика вагонов 81-717(714) 2 страница

Полученное отрицательное значение А0₂₉з подтверждает вывод, сделан­ный на основе оценки ЛЯ₂₉₈ реакции. Близость найденных значений ЛЯ^ и

АО^з связана, в частности, с тем, что при протекании рассматриваемой реак­ции не меняется число молекул газов (в нашем примере ни исходные вещества, ни продукты реакции не являются газами). При изменении же числа молекул Газов может существенно изменяться энтропия системы (переход в газооб­разное состояние сопровождается сильным возрастанием молекулярного беспо­рядка!), вследствие чего значения АЯ° и ДО° могут не только заметно разли­чаться по величине, но даже иметь разные знаки (см. пример 2). Поэтому в подобных случаях знак АЯ₂₉₈ не может служить определенным критерием направления самопроизвольного протекания реакции.

Большое абсолютное значение Л0₂₉₈, найденное для рассматриваемой ре­акции, позволяет с достаточной вероятностью говорить о возможности проте­кания этой реакции в прямом направлении не только при стандартной темпера-type (25 °С), но и при других температурах. В случае малых абсолютных зна­чений AOggg, а также для реакций, протекающих с изменением числа молекул уазов, такого заключения делать нельзя; в подобных случаях нужно знать за­висимость АО" от температуры.

Пример 2. Вычислить ДЯ₂₉₈, тепловой эффект при 298 К и постоянном давлении н А0₂₉₈ реакции:

СиО + С = Си + СО

Вычисление АН_треакции. Находим в табл. 7 Д#_обрСиО (—162,0 кДж/моль) н СО (—110,5 кДж/моль) при 298 К и производим суммирование:

Д#°₉₈ = - 110,5 -(-162,0) = 51,5 кДж

Таким образом

СиО + С = Си + СО —51,5 кДж

Полученное значение Д#°98 положительно, но мало по абсолютной вели­чине. Поэтому оно не может служить критерием направления протекания ре­акции даже прн невысоких температурах, тем более, что в рассматриваемом случае в результате реакции изменяется число молекул газов.

Вычисление AG_2g8 реакции. Находим в табл. 7 AG_o6p CuO (— 129,4 кДж/моль) и СО (—137,1 кДж/моль) при 298 К и производим суммирование:

А°°эз = - 137,1 - (-129,4) = - 7,7 кДж

о

Полученное значение AG_2g8 тоже мало по абсолютной величине, по отри­цательно. Оно указывает на возможность протекания реакции в прямом на­правлении прн стандартных условиях, по не дает оснований для выводов о ее направлении при условиях, отличающихся от стандартных.

В данном примере разные знаки Д#₂₉₈ ^{и Д(}^298 объясняются возрастанием в ходе реакции числа молекул газов и связанным с этим увеличением энтропии. Именно поэтому оказывается возможным самопроизвольное протекание эндо­термической реакции восстановления меди.

Пример 3. Вычислить константу равновесия реакции:

NH₃ + НС1 = NH₄C1

Прежде всего определим AG₂₉₈ реакции. Для этого находим в табл. 7 ^д0298 NH₃ (—16,7 кДж/моль), HCI (—94,8 кДж/моль) и NH₄C1 (—203,2 кДж/моль) при 298 К и производим суммирование:

Получаем: Отсюда т. е.

^д029з = - ²⁰³-² - (~¹⁶'⁷ - ⁹⁴.⁸) = - ⁹¹>⁷ кДж Теперь найденное значение AG₂₉₈ подставляем в уравнение (см. стр. 193),

АО°_м = -5,71!gK_29S -91,7= -5,71!gA'_M3

lg К₂ВЪ 16

^{!9S =} Tnh₃] [Hci] ^{да 1010}

Большое значение найденной нами константы показывает, что при стан­дартной температуре равновесие

NH3 + HCI 3=t NH4CI

сильно смещено вправо; иначе говоря, при 25 °С хлорид аммония — устойчивое соединение.

Глава ВОДА,

VII РАСТВОРЫ

ВОДА

69. Вода в природе. Вода—"весьма распространенное на Земле
вещество. Почти ³Д поверхности земного шара покрыты водой,
образующей океаны, моря, реки и озера. Много воды находится
в газообразном состоянии в виде паров в атмосфере; в виде
огромных масс снега и льда лежит она круглый год на вершинах
высоких гор и в полярных странах. В недрах земли также нахо-
дится вода, пропитывающая почву и горные породы.

Природная вода не бывает совершенно чистой. Наиболее чи­стой является дождевая вода, но и она содержит незначительные количества различных примесей, которые захватывает из воздуха.

Количество примесей в пресных водах обычно лежит в преде­лах от 0,01 до 0,1 % (масс). Морская вода содержит 3,5 % (масс.) растворенных веществ, главную массу которых составляет хлорид натрия (поваренная соль).

Вода, содержащая значительное количество солей кальция и магния, называется жесткой в отличие от мягкой воды, на­пример дождевой. Жесткая вода дает мало пены с мылом, а на стенках котлов образует накипь. Подробнее о жесткости воды см. § 212.

Чтобы освободить природную воду от взвешенных в ней частиц, ее фильтруют сквозь слой пористого вещества, например, угли, обожженной глины и т. п. При фильтровании больших количеств воды пользуются фильтрами из песка и гравия. Фильтры задер­живают также большую часть бактерий. Кроме того, для обезза­раживания питьевой воды ее хлорируют; для полной стерилизации воды требуется не более 0,7 г хлора на 1 т воды.

Фильтрованием можно удалить из воды только нерастворимые примеси. Растворенные вещества удаляют из нее путем перегонки (дистилляции) или ионного обмена (см. § 212).

Вода имеет очень большое значение в жизни растений, живот­ных и человека. Согласно современным представлениям, само происхождение жизни связывается с морем. Во всяком организме вода представляет собой среду, в которой протекают химические процессы, обеспечивающие жизнедеятельность организма; кроме того, она сама принимает участие в целом ряде биохимических реакций.

70. Физические свойства воды. Чистая вода представляет собой
бесцветную прозрачную жидкость. Плотность воды при переходе
ее из твердого состояния в жидкое не уменьшается, как почти
у всех других веществ, а возрастает. При нагревании воды от 0
до 4°С плотность ее также увеличивается. При 4 °С вода имеет.

максимальную плотность, и лишь при дальнейшем нагревании ее плотность уменьшается.

Если бы при понижении температуры и при переходе из жид­кого состояния в твердое плотность воды изменялась так же, как это происходит у подавляющего большинства веществ, то при при­ближении зимы поверхностные слои природных вод охлаждались бы до О °С и опускались на дно, освобождая место более теплым слоям, и так продолжалось бы до тех пор, пока вся масса водоема не приобрела бы температуру О °С. Далее вода начинала бы замерзать, образующиеся льдины погружались бы на дно и водоем промерзал бы на всю его глубину. При этом многие формы жизни в воде были бы невозможны. Но так как наибольшей плотности вода достигает при 4°С, то перемещение ее слоев, вызываемое охлаждением, заканчивается при достижении этой температуры, При дальнейшем понижении температуры охлажденный слой, об­ладающий меньшей плотностью, остается на поверхности, замер­зает и тем самым защищает лежащие ниже слои от дальнейшего охлаждения и замерзания.

Большое значение в жизни природы имеет и тот факт, что вода обладает аномально высокой теплоемкостью [4,18 Дж/(г-К)] *«Поэтому в ночное время, а также при переходе от лета к эиме вода остывает медленно, а днем или при переходе от зимы к лету так же медленно нагревается, являясь таким образом, регулято­ром температуры на земном шаре.

В связи с тем, что при плавлении льда объем, занимаемый водой, уменьшается, давление понижает температуру плавления льда. Это вытекает из принципа Ле Шателье. Действительно, пусть лед и жидкая вода находятся в равновесии при О °С. При увеличе­нии давления равновесие, согласно принципу Ле Шателье, сме­стится в сторону образования той фазы, которая при той же темпе­ратуре занимает меньший объем. Этой фазой является в данном случае жидкость. Таким образом, возрастание давления при О °С вызывает превращение льда в жидкость, а это и означает, что тем­пература плавления льда снижается.

Молекула воды имеет угловое строение; входящие в ее состав ядра образуют равнобедренный треугольник, в основании которого находятся два протона, а в вершине —ядро атома кислорода. Межъядерные расстояния О—Н близки к 0,1 нм, расстояние ме­жду ядрами атомов водорода равно примерно 0,15 нм. Из восьми электронов, составляющих внешний электронный слой атома кис­лорода в молекуле воды

* Укажем для сравнения значения удельной теплоемкости некоторых ве­ществ [Дж/(г-К)]: песок 0,79, известняк 0,88, хлорид натрия 0,88, глицерин 2,43, этиловый спирт 2,85,

Н: 6: Н

Рис. 71. Схема строения молекулы воды.

две электронные пары образуют ковалентные связи О—Н, а ос­тальные четыре электрона пред­ставляют собой две неподелен-ных электронных пары.

Как уже указывалось на стр. 132, атом кислорода в молекуле воды находится в состоянии 5р³-гибридизации. Поэтому валентный угол НОН (104,3°) близок к тетраэдрическому (109,5°). Электро­ны, образующие связи О—Н, смещены к более электроотрицатель­ному атому кислорода. В результате атомы водорода приобретают эффективные положительные заряды, так что на этих атомах соз­даются два положительных полюса. Центры отрицательных заря­дов неподеленных электронных пар атома кислорода, находящиеся на гибридных 5р³-орбиталях, смещены относительно ядра атома и создают два отрицательных полюса (рис. 71).

Молекулярная масса парообразной воды равна 18 и отвечает ее простейшей формуле. Однако молекулярная масса жидкой воды, определяемая путем изучения ее растворов в других растворите­лях (см. § 80), оказывается более высокой. Это свидетельствует о том, что в жидкой воде происходит ассоциация молекул, т. е, соединение их в более сложные агрегаты. Такой вывод подтвер­ждается и аномально высокими значениями температур плавления и кипения воды (см. рис. 57 на стр. 148). Как уже говорилось в § 47, ассоциация молекул воды вызвана образованием между ними водородных связей.

В твердой воде (лед) атом кислорода каждой молекулы уча­ствует в образовании двух водородных связей с соседними моле­кулами воды согласно схеме

V V

* •

X

.,.н н..

A X

в которой водородные связи показаны пунктиром. Схема объем­ной структуры льда изображена на рис. 72. Образование водо­родных связей приводит к такому расположению молекул воды, при котором они соприкасаются друг с другом своими разноимен­ными полюсами. Молекулы образуют слои, причем каждая из них связана с тремя молекулами, принадлежащими к тому же слою, и с одной — из соседнего слоя. Структура льда принадлежит к

наименее плотным структурам, в ней существуют пустоты, раз­меры которых несколько превышают размеры молекулы Н₂0.

При плавлении льда его структура разрушается. Но и в жид­кой воде сохраняются водородные связи между молекулами: обра­зуются ассоциаты — как бы обломки структуры льда, — состоящие из большего или меньшего числа молекул воды. Однако в отличие от льда каждый ассоциат существует очень короткое время: по­стоянно происходит разрушение одних и образование других агре­гатов. В пустотах таких «ледяных» агрегатов могут размещаться одиночные молекулы воды; при этом упаковка молекул воды ста­новится более плотной. Именно поэтому при плавлении льда объем, занимаемый водой, уменьшается, а ее плотность возрастает.

По мере нагревания воды обломков структуры льда в ней ста­новится все меньше, что приводит к дальнейшему повышению плотности воды. В интервале температур от 0 до 4 °С этот эффект преобладает над тепловым расширением, так что плотность воды продолжает возрастать. Однако при нагревании выше 4 °С преоб­ладает влияние усиления теплового движения молекул и плотность воды уменьшается. Поэтому при 4°С вода обладает максимальной плотностью.

При нагревании воды часть теплоты затрачивается на разрыв водородных связей (энергия разрыва водородной связи в воде составляет примерно 25 кДж/моль). Этим объясняется высокая теплоемкость воды.

Водородные связи между молекулами воды полностью разры­ваются только при переходе воды в пар.

71. Диаграмма состояния воды. Диаграмма состояния (или фазовая диаграмма) представляет собой графическое изображение зависимости между величинами, характеризующими состояние системы, и фазовыми превращениями в системе (пере­ход из твердого состояния в жидкое, из жидкого в газообразное

Рис. 74. Цилиндр с водой, находящейся в равновесии с водяным паром.

и т. д.). Диаграммы состояния широко применяют­ся в химии. Для однокомпонентных систем обычно используются диаграммы состояния, показываю­щие зависимость фазовых превращений от темпе­ратуры и давления; они называются диаграм­мами состояния в координатах Р — Т.

На рис. 73 приведена в схематической форме (без строгого соблюдения масштаба) диаграмма состояния воды. Любой точке на диаграмме отвечают определен­ные значения температуры и давления.

Диаграмма показывает те состояния воды, которые термодина­мически устойчивы при определенных значениях температуры и давления. Она состоит из трех кривых, разграничивающих все возможные температуры и давления на три области, отвечающие льду, жидкости и пару.

Рассмотрим каждую из кривых более подробно. Начнем с кри­вой OA (ркс. 73), отделяющей область пара от области жидкого состояния. Представим себе цилиндр, из которого удален воздух, после чего в него введено некоторое количество чистой, свободной от растворенных веществ, в том числе от газов, воды; цилиндр снабжен поршнем, который закреплен в некотором положении (рис. 74). Через некоторое время часть воды испарится и над ее поверхностью будет находиться насыщенный пар. Можно измерить его давление и убедиться в том, что оно не изменяется с течением времени и не зависит от положения поршня. Если увеличить тем­пературу всей системы и вновь измерить давление насыщенного пара, то окажется, что оно возросло. Повторяя такие измерения при различных температурах, найдем зависимость давления на­сыщенного водяного пара от температуры. Кривая OA представ­ляет собой график этой зависимости: точки кривой показывают те пары значений температуры и давления, при которых жидкая вода и водяной пар находятся в равновесии друг с другом — сосуще­ствуют. Кривая OA называется кривой равновесия жидкость — пар или кривой кипения. В табл. 8 (стр. 202) приведены значения давления насыщенного водяного пара при нескольких темпера­турах.

Попытаемся осуществить в цилиндре давление, отличное от равновесного, например, меньшее, чем равновесное. Для этого осво­бодим поршень и поднимем его. В первый момент давление в ци­линдре, действительно, упадет, но вскоре равновесие восстановится: испарится добавочно некоторое количество воды и давление вновь достигнет равновесного значения. Только тогда, когда вся вода испарится, можно осуществить давление, меньшее, чем равновес­ное. Отсюда следует, что точкам, лежащим на диаграмме состоя­ния ниже или правее кривой OA, отвечает область пара. Если

пытаться создать давление, превышающее равновесное, то этого можно достичь, лишь опустив поршень до поверхности воды. Иначе говоря, точкам диаграммы, лежащим выше или левее кривой OA, отвечает область жидкого состояния.

До каких пор простираются влево области жидкого и парооб­разного состояния? Наметим по одной точке в обеих областях и будем двигаться от них горизонтально влево. Этому движению точек на диаграмме отвечает охлаждение жидкости или пара при постоянном давлении. Известно, что если охлаждать воду при нор­мальном атмосферном давлении, то при достижении 0 °С вода начнет замерзать. Проводя аналогичные опыты при других давле­ниях, придем к кривой ОС, отделяющей область жидкой воды от области льда. Эта кривая — кривая равновесия твердое состоя­ние — жидкость, или кривая плавления, — показывает те пары значений температуры и давления, при которых лед и жид­кая вода находятся в равновесии.

Двигаясь по горизонтали влево в области пара (в нижней части диаграммы), аналогичным образом придем к кривой ОВ. Это — кривая равновесия твердое состояние — пар, или кривая сублимации. Ей отвечают те пары значений температуры и давления, при которых в равновесии находятся лед и водяной пар.

Все три кривые пересекаются в точке О. Координаты этой точ­ки— это единственная пара значений температуры и давления, при которых в равновесии могут находиться все три фазы: лед, жидкая вода и пар. Она носит название тройной точки.

Кривая плавления исследована до весьма высоких давлений. В этой области обнаружено несколько модификаций льда (на диаграмме не показаны).

Справа кривая кипения оканчивается в критической точ­ке. При температуре, отвечающей этой точке, — критической температуре — величины, характеризующие физические свой­ства жидкости и пара, становятся одинаковыми, так что различие между жидким и парообразным состоянием исчезает.

Существование критической температуры установил в I860 г. Д. И. Менде­леев, изучая свойства жидкостей. Он показал, что прн температурах, лежащих выше критической, вещество не может находиться в жидком состоянии. В 1869 г, Эпдрьюс, изучая свойства газов, пришел к аналогичному выводу.

Критические температура и давление для различных веществ различны. Так, для водорода г_кр„_т =—239,9 °С, р_кр,_п = 1,30 МПа, для хлора Гкрпт = И4°С, р_крпт = 7,71 МПа, для воды г_кРит = = 374,2 °С, ркрпт = 22,12 МПа.

Одной из особенностей воды, отличающих ее от других ве­ществ, является понижение температуры плавления льда с ростом давления (см. § 70). Это обстоятельство отражается на диаграм­ме. Кривая плавления ОС на диаграмме состояния воды идет вверх влево, тогда как почти для всех других веществ она идет вверх вправо.

Превращения, происходящие с водой при атмосферном давле­нии, отражаются на диаграмме точками или отрезками, располо­женными на горизонтали, отвечающей 101,3 кПа (760 мм рт. ст.). Так, плавление льда или кристаллизация воды отвечает точке D (рис. 73), кипение воды — точке Е, нагревание или охлаждение воды — отрезку DE и т. п.

Диаграммы состояния изучены для ряда веществ, имеющих научное или практическое значение. В принципе они подобны рассмотренной диаграмме со­стояния воды. Однако на диаграммах состояния различных веществ могут быть особенности. Так, известны вещества, тройная точка которых лежит при дав­лении, превышающем атмосферное. В этом случае нагревание кристаллов при атмосферном давлении приводит не к плавлению этого вещества, а к его сублимации — превращению твердой фазы непосредственно в газообразную,

72. Химические свойства воды. Молекулы воды отличаются большой устойчивостью к нагреванию. Однако при температурах выше 1000 °С водяной пар начинает разлагаться на водород и кис­лород:

2Н₂0 ч=> 2Н₂ + 0₂

Процесс разложения вещества в результате его нагревания называется термической диссоциацией. Термическая диссоциация воды протекает с поглощением теплоты. Поэтому, согласно принципу Ле Шателье, чем выше температура, тем в большей степени разлагается вода. Однако даже при 2000 °С степень термической диссоциации воды ие превышает 2%, т.е. равновесие между газообразной водой и продуктами ее диссоциа-дпи — водородом и кислородом — все еще остается сдвинутым в сторону воды. При охлаждении же ниже 1000 °С равновесие практически полностью сдвигается в этом направлении.

Для определения степени термической диссоциации вещества применяют различные методы. Один из них основан на так называемом «замораживании равновесия». Если образовавшиеся при высокой температуре продукты дис­социации быстро охладить, то равновесие не успевает сразу сместиться, а затем уже не смещается ввиду крайне малой скорости реакции при низкой температуре. Таким образом сохраняется соотношение между веществами, существовавшее при высокой температуре. Это соотношение может быть опре­делено путем анализа.

Вода — весьма реакционноспособное вещество. Оксиды многих металлов и неметаллов соединяются с водой, образуя основания и кислоты; некоторые соли образуют с водой кристаллогидраты (см. § 75); наиболее активные металлы взаимодействуют с водой с выделением водорода.

Вода обладает также каталитической способностью. В отсут­ствие следов влаги практически не протекают некоторые обычные реакции; например, хлор не взаимодействует с металлами, фторо-водород не разъедает стекло, натрий не окисляется в атмосфере воздуха.

Вода способна соединяться с рядом веществ, находящихся при обычных условиях в газообразном состоянии, образуя при этом так называемые гидраты газов. Примерами могут служить соединения Хе-6Н,0, С1₂-8Н₂0, С₂Н₆-6Н₂0, С₃Н₈-17Н₂0, которые выпадают в виде кристаллов при температурах от 0 до 24 °С (обычно при повышенном давлении соответствующего газа). Подобные соеди­нения возникают в результате заполнения молекулами газа («го­стя») межмолекулярных полостей, имеющихся в структуре воды («хозяина»); они называются соединениями включения или к л а т р а т а м и.

В клатратных соединениях между молекулами «гостя» и «хо­зяина» образуются лишь слабые межмолекулярные связи: вклю­ченная молекула не может покинуть своего места в полости кристалла преимущественно из-за пространственных затруднений. Поэтому клатраты — неустойчивые соединения, которые могут су­ществовать лишь прн сравнительно низких температурах.

Клатраты используют для разделения углеводородов и благо­родных газов. В последнее время образование и разрушение клат-ратов газов (пропана и некоторых других) успешно применяется для обессоливают воды. Нагнетая в соленую воду при повышен­ном давлении соответствующий газ, получают льдоподобные кри­сталлы клатратов, а соли остаются в растворе. Похожую на снег массу кристаллов отделяют от маточного раствора н промывают. Затем при некотором повышении температуры или уменьшении давления клатраты разлагаются, образуя пресную воду и исход­ный газ, который вновь используется для получения клатрата. Вы­сокая экономичность и сравнительно мягкие условия осуществле­ния этого процесса делают его перспективным в качестве промыш­ленного метода опреснения морской воды.

Тяжелая вода. При электролизе обычной воды, содержащей из ряду с молекулами Н₂0 также незначительное количество молекул D₂0, образован­ных тяжелым изотопом водорода, разложению подвергаются преимущественно молекулы НгО. Поэтому при длительном электролизе воды остаток постепенно обогащается молекулами D₂0. Из такого остатка после многократного повторе­ния электролиза в 1933 г. впервые удалось выделить небольшое количество воды,

Растворы имеют важное значение в жизни и практической дея­тельности человека. Так, процессы усвоения пищи человеком и животными связаны с переводом питательных веществ в раствор. Растворами являются все важнейшие физиологические жидкости (кровь, лимфа и т. д.). Производства, в основе которых лежат химические процессы, обычно связаны с использованием растворов.

73. Характеристика растворов. Процесс растворения. Раствором называется твердая или жидкая гомогенная система, состоящая из двух или более компонентов (составных частей), относительные количества которых могут изменяться в широких пределах. Наи­более важный вид растворов — жидкие растворы, рассмотрению которых и посвящается настоящий раздел.

Всякий раствор состоит из растворенных веществ и раство­рителя, т.е. среды, в которой эти вещества равномерно распре­делены в виде молекул или ионов. Обычно растворителем считают тот компонент, который в чистом виде существует в таком же агрегатном состоянии, что и полученный раствор (например, в случае водного раствора соли растворителем, конечно, является вода). Если же оба компонента до растворения находились в оди­наковом агрегатном состоянии (например, спирт и вода), то рас­творителем считается компонент, находящийся в большем коли­честве.

Однородность растворов делает их очень сходными с химиче­скими соединениями. Выделение теплоты при растворении некото­рых веществ тоже указывает на химическое взаимодействие между растворителем и растворяемым веществом. Отличие растворов от химических соединений состоит в том, что состав раствора можег изменяться в широких пределах. Кроме того, в свойствах раствора можно обнаружить многие свойства его отдельных компонентов, чего не наблюдается в случае химического соединения. Непостоян­ство состава растворов приближает их к механическим смесям, но от последних они резко отличаются своею однородностью. Таким образом, растворы занимают промежуточное положение между механическими смесями и химическими соединениями.

Растворение кристалла в жидкости протекает следующим об­разом. Когда вносят кристалл в жидкость, в которой он может растворяться, от поверхности его отрываются отдельные молекулы. Последние благодаря диффузии (см. стр. 216) равномерно распре­деляются по всему объему растворителя. Отделение молекул от поверхности твердого тела вызывается, с одной стороны, их соб­ственным колебательным движением, а с другой, — притяжением со стороны молекул растворителя. Этот процесс должен был бы продолжаться до полного растворения любого количества кристал­лов, если бы одновременно не происходил обратный процесс — кристаллизация. Перешедшие в раствор молекулы, ударяясь о по­верхность егЦе нерастворившегося вещества, снова притягиваются к нему исходят в состав его кристаллов. Понятно, что выделение молекул из растовора будет идти тем быстрее, чем выше их кон­центрация в растворе. А так как последняя по мере растворения ве­щества увеличивается, то, наконец, наступает такой момент, когда скорость растворения становится равной скорости кристаллизации. Тогда устанавливается динамическое равновесие, при котором в единицу времени столько же молекул растворяется, сколько и вы­деляется из раствора. Раствор, находящийся в равновесии с рас­творяющимся веществом, называется насыщенным раство­ром.

74. Способы выражения состава растворов. Насыщенные рас­творы применяют сравнительно редко. В большинстве случаев пользуются ненасыщенными растворами, содержащими мень­ше растворенного вещества, чем его содержит при данной темпера­туре насыщенный раствор. При этом растворы с низким содержа­нием растворенного вещества называются разбавленными, с высоким — концентрированными.

Состав раствора (и, в частности, содержание в нем растворен­ного вещества) может выражаться разными способами — как с помощью безразмерных единиц (долей или процентов), так и че­рез размерные величины — концентрации. В химической прак­тике наиболее употребительны следующие величины, выражающие содержание растворенного вещества в растворе:

1. Массовая доля — отношение (обычно — процентное) массы растворенного вещества к массе раствора. Например, 15 % (масс.) водный раствор хлорида натрия—-это такой раствор, в 100 единицах массы которого содержится 15 единиц массы NaCl и 85 единиц массы воды.

2. Молярная доля — отношение количества растворенного вещества (или растворителя) к сумме количеств всех веществ, со-.

ставляющих раствор. В случае раствора одного вещества в другом молярная доля растворенного вещества (Л'₂) равна

Л'₂= l!₂/(«l + п₂)

а молярная доля растворителя (Ni)

Ni = n₁₍'(r₄ + П₂)

где tii н /7г — соответственно количества вещества растворителя п растворенного вещества.

3. М о л я р н а я концентрация, или м о л я р н о с т ь —■
отношение количества растворенного вещества к объему раствора.
Обычно молярность обозначается С„ или (после численного значе-
ния молярности) М. Так, 2М H₂S0₄ означает раствор, в каждом
литое которого содержится 2 моля серной кислоты, т. е. С_м =
= 2 моль/л.

4. М о л я л ь в а я концентрация, или модальность —

отношение количества растворенного вещества к массе раствори­теля. Обычно моляльность обозначается буквой т. Так, для рас­твора серной кислоты запись т = 2 моль/кг (Н₂0) означает, что в этом растворе на каждый килограмм растворителя (воды) прихо­дится 2 моля H_ZS04. Моляльность раствора в отличие от его мо­лярности не изменяется при изменении температуры.

5. Эквивалентная, или нормальная концентра-
ция— отношение числа эквивалентов растворенного вещества
к объему раствора. Концентрация, выраженная этим способом,
обозначается С_н или (после численного значения нормальности)
буквой н. Так, 2 н. H₂S0₄ означает раствор, в каждом литре
которого содержится 2 эквивалента серной кислоты, т. е.
С_я C/aHnSOO = 2 моль/л.

Пользуясь растворами, концентрация которых выражена нор­мальностью, легко заранее рассчитать, в каких объемных отноше­ниях они должны быть смешаны, чтобы растворенные вещества прореагировали без остатка. Пусть Vi л раствора вещества 1 с нормальностью N_f реагирует с 14 л раствора вещества 2 с нор­мальностью N₂. Это означает, что в реакцию вступило h\Vi экви­валентов вешества 1 и N2V2 эквивалентов вещества 2. Но вещества реагируют в эквивалентных количествах, следовательно

Дата добавления: 2014-11-16