Типы растворов. Термодинамические факторы процесса растворения. Способы выражения концентрации растворов

Гидролиз солей.

Лекция 5. Растворы.

1. Типы растворов. Термодинамические факторы процесса растворения. Способы выражения концентрации растворов.

2. Законы идеальных растворов. Растворы неэлектролитов и электролитов.

3. Водные растворы электролитов. Теории кислот и оснований. Сильные и слабые электролиты. Активность. Свойства растворов электролитов.

4. Ионные реакции в растворах. Условия одностороннего протекания реакций обмена.

5. Произведение растворимости. Механизм накипеобразования.

6. Водородный показатель среды, его роль в технологических операциях на флоте.

Растворы – это однородные (гомогенные) системы, состоящие из двух и более компонентов, относительные количества которых могут изменяться в широких пределах.

По агрегатному состоянию растворы бывают твердые, жидкие и газообразные.

По характеру взаимодействия растворяемого вещества с растворителем различают ионные растворы (например, растворы солей, кислот) и молекулярные растворы (например, растворы газов и органических соединений, которые остаются при растворении недиссоциированными).

Согласно современным представлениям о растворах, жидкие растворы занимают промежуточное положение между химическими соединениями постоянного состава и механическими смесями.

Химические явления в процессе растворения впервые были отмечены Д.И. Менделеевым. Химическое взаимодействие молекул растворителя с частицами растворенного вещества называют сольватацией, а получающиеся при этом соединения – сольватами. Частный случай взаимодействия частиц растворенного вещества с растворителем – водой был назван гидратацией, а продукты взаимодействия (например, H₂SO₄∙H₂O) - гидратами.

Растворение состоит из трех основных физико-химических процессов:

1) разрушение химических и межмолекулярных связей в растворяющихся газах, жидкостях и твердых телах (в том числе и связей в кристаллах), требующих затраты энергии, энтальпия системы при этом увеличивается, DH₁>0;

2) химическое взаимодействие растворителя с растворяющимся веществом, связанное с образованием сольватов (гидратов), сопровождающееся выделением энергии, энтальпия системы при этом уменьшается, DH₂<0;

3) самопроизвольное перемешивание раствора, связанное с диффузией и требующее затраты энергии, энтальпия системы при этом увеличивается, DH₃>0.

Суммарный тепловой эффект процесса растворения равен: DH=DH₁+DH₂+DH_3.

Растворение может быть эндотермическим и экзотермическим.

Растворение протекает самопроизвольно (DG<0) вплоть до насыщения раствора. При этом тепловой эффект процесса растворения (DH) и изменение энтропии при растворении (DS) могут быть и положительными, и отрицательными. (Процесс не может протекать самопроизвольно только тогда, когда DH>0, аDS<0).

Растворение кристаллических веществ часто идет с поглощением теплоты (DH>0) и обычно сопровождается ростом энтропии (DS>0). Самопроизвольному течению процесса растворения кристаллических веществ в воде способствуют высокие температуры.

Растворимость вещества при данных условиях определяется концентрацией насыщенного раствора.

Растворы бывают ненасыщенными, насыщенными и перенасыщенными.

Раствор, в котором устанавливается равновесие между растворением и образованием (осаждением, кристаллизацией, выделением) вещества, называется насыщенным.

Растворение газов – процесс экзотермический, поэтому с повышением температуры растворимость уменьшается. Растворимость X газов в жидкости пропорциональна их парциальному давлению Р над жидкостью (закон Генри):

X = kP (1),

где к – коэффициент пропорциональности (константа Генри). Растворимость жидкости в жидкости обычно увеличивается с повышением температуры. На растворимость оказывает влияние природа как растворителя, так и растворяемого вещества.

Основная характеристика растворов – концентрация.

Отношение количества или массы вещества, содержащегося в системе, к объему или массе этой системы называют концентрацией. Известно несколько способов выражения концентрации.

Молярная концентрация с - отношение количества вещества (в молях), содержащегося в системе (например, в растворе), к объему V этой системы. Единица измерения молярной концентрации моль/м ³ (дольная производная, СИ - моль/л). Раствор, имеющий концентрацию 1 моль/л, называют молярным раствором и обозначают 1М раствор.

Молярная концентрация эквивалентов с_эк (нормальная концентрация) -это отношение количества вещества эквивалентов (моль) к объему раствора (л). Единица измерения нормальной концентрации моль/л (дольная производная, СИ). Раствор, в одном литре которого содержится один моль вещества эквивалентов, называют нормальным и обозначают 1н.

Моляльность b - отношение количества растворенного вещества (в молях) к массе m растворителя. Единица измерения моляльности моль/кг.

Молярная доля - отношение количества вещества данного компонента (в молях), содержащегося в системе, к общему количеству вещества (в молях). Молярная доля может быть выражена в долях единицы, процентах (%), промилле (тысячная часть %) и в миллионных долях (млн ^-1).

Массовая доля - отношение массы данного компонента, содержащегося в системе, к общей массе этой системы. Массовая доля может быть выражена в долях единицы, процентах, промилле и миллионных долях. Массовая доля данного компонента, выраженная в процентах, показывает, сколько граммов данного компонента содержится в 100 г раствора.

Объемная доля - отношение объема компонента, содержащегося в системе (растворе), к общему объему системы. Объемная доля может быть выражена в долях единицы, процентах, промилле и миллионных долях.

Массовая концентрация - отношение массы компонента, содержащегося в системе (растворе), к объему этой системы (раствора). Единица измерения массовой концентрации - кг/м³, кг/дм³, кг/см³, г/дм³ и г/л.

Титр раствора - масса вещества, содержащегося в одном кубическом сантиметре или в одном миллилитре раствора. Единица измерения титра – кг/см³, г/см³, г/мл.

Приготовление растворов различных концентраций лежит в основе всех технологических операций на морском флоте.

Объемы растворов реагирующих веществ обратно пропорциональны их нормальным концентрациям:

(2),

где V₁ и V₂ - объемы растворов реагирующих веществ;

и - нормальные концентрации этих растворов.

Следовательно, для измерения концентрации одного из растворов необходимо знать объемы растворов реагирующих веществ и концентрацию одного раствора. Такой метод определения концентрации растворов принят в объемном анализе. В этом методе, называемом титрованием, производится постепенное прибавление одного раствора к другому до прекращения взаимодействия между растворами. Окончание реакции определяется с помощью индикаторов.

Дата добавления: 2013-12-14