Способы выражения концентраций растворов

Идеальные растворы

Смеси, процесс образования которых не сопровождается тепловыми и объемными эффектами, т.е. ∆Н_{пр .}=0 и ∆V =0, называются идеальными.

В реальных растворах присутствуют тепловые и объемные эффекты, например, при смешивании 1л Н₂О и 1 л спирта объем раствора равен 1,93 л, а не 2 л из-за образования водородных связей между молекулами воды и спирта.

Растворимость

самопроизвольное растворение	∆G <0	ненасыщенный раствор
раствор, находящийся в равновесии с растворяющимся веществом	∆G =0	насыщенный раствор
система, находящаяся в кажущемся равновесии	∆G >0	пересыщенный раствор

Растворимость данного вещества равна его концентрации в насыщенном растворе.

Абсолютно нерастворимых веществ нет, даже золото и серебро растворимы в воде (их растворимость очень низка).

1. Массовая доля – отношение массы растворенного вещества к массе раствора (в процентах – процентная концентрация); доли, % масс.; или: процентная концентрация – содержание растворенного вещества в г в 100 г раствора.
2. Молярная концентрация – отношение количества вещества (числа молей) к объему раствора; моль\л; или: содержание молей растворенного вещества в 1 л раствора.
3. Нормальная, или эквивалентная, концентрация – отношение количества эквивалента (числа моль эквивалентов) вещества к объему раствора; моль-экв\л; или: содержание моль эквивалентов растворенного вещества в 1 л раствора.
4. Моляльная концентрация – число моль растворенного вещества, приходящегося на 1 кг растворителя; моль\кг.
5. Титр – число граммов растворенного вещества в 1 мл раствора; г\мл.

Разбавленные растворы неэлектролитов.

Разбавленные растворы приближаются к идеальным, свойства таких растворов описываются более простыми уравнениями.

При рассмотрении данного раздела примем, что при изменении температуры из раствора выделяется (испаряется или кристаллизуется) только растворитель и что растворенное вещество не является электролитом.

Давление пара над растворами

Над жидкостью в результате процесса испарения (эндотермический процесс) образуется пар, который одновременно конденсируется (экзотермический процесс). Равновесное состояние системы жидкость - пар при данной температуре характеризуется давлением насыщенного пара.

Если в растворителе растворено нелетучее вещество, то концентрация растворителя в растворе меньше, чем в чистом растворителе и давление пара над растворм р₁ меньше, чем над чистым растворителем р₁⁰.

Чем больше растворенного вещества в растворе, чем сильнее снижается давление пара растворителя над раствором, т.е. давление насыщенного пара растворителя над раствором р₁ пропорционально мольной доле растворителя х ₁:

р₁= К∙ х₁

Физический смысл коэффициента К состоит в том, что в отсутствии растворенного вещества К = р₁⁰. Поэтому:

р₁= р₁⁰∙ х₁ - давление насыщенного пара растворителя над раствором равно произведению его давления над чистым растворителем на мольную долю растворителя ( первый закон Рауля, 1887 г.) или, если вместо мольной лоди растворителя х₁ подставить (1 - х₂ ), где х₂ - мольная доля растворенного вещества, то после преобразований можно получить:

(р₁⁰ - р₁)/ р₁⁰= х₂ - относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором равно мольной доле растворенного вещества (вторая формулировка закона Рауля).

Температуры кипения и отвердевания растворов

В прямой зависимости от давления насыщенного пара над раствором нелетучего вещества находится температура кипения раствора.

Температурой кипения жидкости является температура, при которой давление ее насыщенного пара равно внешнему давлению (так, при 101 кПа температура кипения воды равна 100 ⁰С, бензола 80 ⁰С).

Из-за понижения давления насыщенного пара растворителя при наличии в растворе нелетучего вещества, температура кипения раствора выше температуры кипения растворителя.

С понижением давления пара над раствором связана более низкая температура отвердевания раствора, чем у чистого растворителя (температура отвердевания - это температура, при которой давление пара над жидкостью становится равным давлению пара над твердой фазой). Температура отвердевания раствора отвечает выделению из него первого кристалла твердой фазы - кристаллического растворителя.

Так как для разбавленных растворов понижение давления пара растворителя пропорционально концентрации, то и повышение температуры кипения и понижение температуры отвердевания разбавленных растворов пропорциональны концентрации растворенного вещества.

∆Т_кип = Еm;

∆Т_отв = Кm

m - моляльность раствора

Е - эбулиоскопическая постоянная;

К - криоскопическая постоянная

Постоянные Е, К не зависят от природы растворенного вещества, а характеризуют лишь растворитель.

Поскольку ∆Т_кип, ∆Т_отв изменяются пропорционально числу молей растворенного вещества, а каждый моль содержит одинаковое число молекул (число Авагадро), то повышение температуры кипения и понижение температуры отвердевания раствора пропорциональны числу частиц растворенного вещества и не завися от его природы (второй закон Рауля).

Осмотическое давление.

Процесс самопроизвольного перехода растворителя в раствор через полупроницаемую перегородку называют осмосом.

Гидростатическое избыточное давление, создаваемое раствором, препятствующее диффузии растворителя через полупроницаемую перегородку в раствор, называется осмотическим давлением.

р_ост =сRT или р_остV =nRT

Закон Вант-Гоффа: осмотическое давление раствора равно тому давлению, которое оказывало бы растворенное вещество, если бы оно, находясь в газообразном состоянии при той же температуре, занимало тот же объем, который занимает раствор.

Определение молекулярной массы растворенного вещества

Пользуясь преобразованными выражениями законов Рауля и Вант-Гоффа можно определить молекулярную массу растворенного вещества:

и , где

М₂ - молярная масса;

Е, К - эбулиоскопическая и криоскопическая постоянные

g₂ - масса растворенного вещества

g₁ - масса растворителя

Дата добавления: 2014-01-06