Состав раствора

III. РАСТВОРЫ

Несколько индивидуальных веществ могут образовывать – гомогенные системы – растворы;

– гетерогенные системы: а) механические смеси, б) дисперсные системы.

Растворы – это гомогенные системы, состоящие из двух или более веществ, относительные количества которых могут изменяться в широких пределах и между которыми возможно химическое взаимодействие.

По агрегатному состоянию растворы бывают твёрдые, жидкие и газообразные.

Наибольшее значение имеют жидкие растворы, в которых вещества присутствуют в виде молекул и ионов. Так как размер этих частиц меньше половины длины волны светового луча, то они не отражают их и поэтому жидкие растворы всегда прозрачны.

В растворе выделяют растворённое вещество и растворитель. Растворителем называют то вещество, которое в чистом виде существует в таком же агрегатном состоянии, что и раствор.

В водном растворе хлорида натрия растворителем является вода. Если оба вещества до растворения находились в одном и том же агрегатном состоянии, то растворителем считается вещество, находящееся в большем количестве.

Раствор состоит из 20 мл. масла и 80 мл. бензина. Растворителем является бензин.

Важной характеристикой раствора является его состав. Наиболее часто для выражения состава раствора употребляются следующие величины: доля и концентрация.

Массовая доля растворённого вещества(ω) – отношение массы растворённого вещества к общей массе раствора.

ω = m _{раств. вещ.} · 100/ m _{раствора}, % масс.

Пример 1. Сколько граммов карбоната натрия нужно взять для приготовления 500 мл. раствора? Массовая доля 10%. Плотность раствора (d₄²⁰) равна 1,15 г/мл.

Решение. Так как состав раствора выражен в массовых долях, необходимо рассчитать массу раствора:

m _{раствора} = d⁴₂₀ · V_{раствора}; m р_{аствора}=1,15 · 500 =575г.

Из определения массовой доли ω = m _{раств. вещ.} · 100/ m раствора

следует, что m Na₂CO₃ = 10 · 575/100 = 57,5г.

Ответ. Для приготовления 500 мл. раствора с массовой долей 10% необходимо взять 57.5 грамм карбоната натрия.

Объёмная доля растворенного вещества – отношение объёма растворённого вещества к сумме объемов веществ до приготовления раствора.

V _{раств. вещ}. · 100 / V _{раств. вещ.} + V_{растворителя}, % об.

В воздухе содержание кислорода 21% об. Это значит, что в 100 л воздуха содержится 21 л кислорода.

Мольная доля растворенного вещества – отношение числа молей растворённого вещества к общему числу молей всех веществ, образующих раствор.

N = n _{раств. вещ.} / n _{раств. вещ.} + n _{растворителя}.

Массовая концентрация раствора – количество растворённого вещества в 1000 мл раствора. Обычно пользуются единицей г/л.

Молярная концентрация раствора /молярность/ ( См) – количество растворённого вещества в молях в 1000 мл раствора.

Пример 2. В 500 мл раствора содержится 117 г хлорида натрия (NaCl). Рассчитать молярную концентрацию раствора.

Решение. Используя Периодическую систему Д.И Менделеева, рассчитаем, что молярная масса хлорида натрия (масса одного моля вещества) равна 23+35,5=58,5г/мол. В 500 мл растворено 117 г /58,5 г/мол = 2 моля хлорида натрия. В 1000мл раствора растворено 4 моля хлорида натрия.

Ответ. Молярная концентрация раствора (С_М) равна 4,0 мол/л.

Эквивалентная концентрация раствора /нормальность/ (Сн) – количество растворённого вещества в эквивалентах в 1000 мл раствора. Химическим эквивалентом называется такое количество вещества, которое соединяется с 1 молем атомов водорода или замещает 1 моль атомов водорода в химических соединениях.

Пример 3. В 1000 мл раствора содержится 98 г серной кислоты (H₂SO₄). Рассчитать эквивалентную концентрацию раствора.

Решение. Из определения эквивалента находим, что моль серной кислоты содержит 2 эквивалента. Используя Периодическую систему Д.И Менделеева, рассчитаем, что молярная масса серной кислоты (масса одного моля вещества) равна 2+32+64=98г/мол. Отсюда эквивалентная масса (масса одного эквивалента) серной кислоты равна 98 / 2 = 49г/мол. В 1000 мл растворено 2 эквивалента серной кислоты.

Ответ. Эквивалентная концентрация раствора (Сн) равна 2,0 мол/л.

Моляльная концентрация раствора / моляльность/ (Сm)- количество растворённого вещества в молях в 1000 г растворителя.

Пример 4. В 500 г воды содержится 124 г этиленгликоля (НО-СН₂-СН₂-ОН). Рассчитать моляльную концентрацию раствора.

Решение. Используя Периодическую систему Д.И Менделеева, рассчитаем, что молярная масса этиленгликоля (масса одного моля С₂Н₆О₂) равна 24+6+32=62г/мол. В 500 г воды растворено 124 г / 62 г/мол = 2 моля этиленгликоля. В 1000 г воды растворено 4 моля этиленгликоля.

Ответ. Моляльная концентрация раствора (Сm) равна 4,0 мол / 1000 г растворителя.

Жидкие растворы (водные растворы)

Растворимость – это свойство вещества растворяться в растворителе. Например, в воде могут растворяться твёрдые, жидкие и газообразные вещества.

Растворимость зависит от природы веществ (агрегатного состояния), температуры и давления.

Количественно растворимость выражается концентрацией насыщенного раствора – массой вещества, которое может раствориться при данной температуре.

При 18°С в 100 г воды максимально растворяется 51,7 г нитрата свинца (II). Растворимость Pb(NO₃)₂ при 18°С = 51,7.

Насыщенный раствор – раствор, который находится в динамическом равновесии с избытком растворённого вещества, т.е. количество частиц вещества, переходящих в раствор, равно количеству частиц, выделяющихся из раствора.

В насыщенном растворе присутствует избыток растворённого вещества (это осадок для твёрдых веществ).

В ненасыщенном растворе содержится меньше растворенного вещества, а в перенасыщенном – больше, чем в насыщенном растворе.

Тепловой эффект растворения (энтальпия растворения)

Растворение – физико-химический процесс. Процессы растворения сопровождаются выделением или поглощением тепла. Тепловой эффект растворения, отнесённый к одному молю растворенного вещества, называется теплотой растворения. Размерность – кДж/моль.

При растворении веществ в жидком растворителе происходят два процесса:

1.Процесс разрушения химических и межмолекулярных связей в растворённом веществе, требующий затраты энергии (эндотермический процесс, ∆Нразруш.> 0).

2.Процесс образования связи между молекулами (ионами) растворённого вещества и молекулами растворителя (процесс называется сольватацией), сопровождающийся выделением энергии (экзотермический процесс, ∆Нсольват.< 0).

Таким образом, теплота растворения включает в себя два слагаемых

DНраств_. = (DНразруш.) + (DНсольват.).

Если DНразруш. > DНсольват., то DНраств_. > 0, т.е. при растворении наблюдается эндотермический тепловой эффект (раствор охлаждается). Это происходит при растворении твердых веществ. При растворении кристаллов NH₄Cl в воде раствор охлаждается.

Если DНразруш. < DНсольват., то DНраств._. < 0, т.е. при растворении наблюдается экзотермический тепловой эффект (раствор нагревается). Это происходит при растворении жидких веществ. При растворении H₂SO₄ в воде раствор сильно нагревается, что определяет последовательность добавления кислоты в воду.

При растворении происходит химическое взаимодействие растворённого вещества и растворителя. Образующиеся при этом соединения называются сольватами, а в случае водных растворов – гидратами. Взаимодействие происходит за счёт сил Ван-дер-Ваальса, поэтому сольваты (гидраты) – соединения менее прочные, чем обычные химические соединения.

Однако для большинства соединений при переходе растворенного вещества из раствора в твёрдую фазу (процесс кристаллизации) вместе с веществом переходят в твердую фазу и молекулы воды. Эту воду называют кристаллизационной водой, а сами соединения -к ристаллогидратами. Например, Na₂SO₃ – безводный, М(Na₂SO₃) = 126г/мол; Na₂SO₃ · 7H₂O – кристаллический. М(Na₂SO₃·7H₂O) =252г/мол. Отсюда следует, что 100г кристаллического сульфита натрия содержат только 50г сульфита натрия. Это необходимо учитывать при расчете состава раствора.

Дата добавления: 2015-05-26