Сравнение с механическими смесями

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: 2013-12-12