Лекция 5. Растворы. Дисперстные системы

План

1. Основные понятия о растворах.

2. Процесс растворения. Тепловые явления при растворении.

3. Концентрация растворов.

4. Растворимость веществ в воде.

1. Растворы – это гомогенные системы состоящие из двух и более компонентов и продуктов их взаимодействия. Всякий раствор состоит из растворителя и растворенных веществ. Растворителем считается тот компонент, который находится в том же агрегатном состоянии, что и полученный раствор. Например, раствор соли в воде: вода – растворитель, соль – растворенное вещество. Если оба компонента образующие раствор находятся в одном и том же агрегатном состоянии (например, вода и спирт), то растворителем считается тот компонент находящийся в большем количестве.

По характеру агрегатного состояния растворы могут быть газообразными (воздух и другие смеси газов), жидкими (растворы кислот в воде) и твердыми (сплав меди и золота). Растворы представляют собой дисперстные системы. Дисперстные системы – это такие гетерогенные системы которые состоят из двух фаз, одна из которых – дисперстная фаза – является раздробленной (прерывистой), а другая – дисперсионная среда – представляет собой нераздробленную (непрерывистую) часть системы. Различают взвеси, истинные растворы и коллоидные растворы. Примерами взвесей служат туман (жидкость + газ), дым (твердое вещество + газ), суспензии (твердое вещество + жидкость), эмульсии (жидкость + жидкость), пены (газ + жидкость). Такие системы нестабильны во времени и расслаиваются. Частицы взвесей имеют размер более 10^-5-10^-7 м. При образовании истинных растворов растворенное вещество находится в виде отдельных молекул. Такая система является устойчивой и не разделяется. Промежуточными между истинными растворами и взвесями являются коллоидные растворы, в которых размер частиц составляет 10^-7-10^-9 м, тогда как размер частиц истинных растворов менее 10^-9 м.

2. Большая роль в установлении природы растворения принадлежит Д.И. Менделееву – создателю химической теории растворов (сольватной теории). В соответствии с этой теорией растворитель химически взаимодействует с растворенными веществами. Согласно сольватной теории в системе при растворении происходят два процесса: 1) диффузия растворяемого вещества в объеме растворителя (физический процесс); 2) образование из молекул растворителя и растворяемого вещества нестойких соединений переменного состава – сольватов (химический процесс). Если растворителем является вода, то эти соединения называют гидратами, а процесс называется гидротацией. Некоторые гидраты способны удерживать воду в кристаллическом состоянии. Такие вещества называют кристаллогидратами (например, медный купорос).

Растворение веществ сопровождается тепловым эффектом: выделением или поглощением теплоты. При растворении веществ происходит разрыв связей между ионами или молекулами веществ, что требует затрат энергии. Одновременно происходит взаимодействие частиц растворяемого вещества с растворителем, что сопровождается выделением энергии. Общий энергетический эффект зависит от соотношения выделяемой и поглощаемой энергии. Если энергия, затраченная на разрыв связей в исходном веществе больше, чем выделившаяся при образовании сольвата, то наблюдается снижение температуры раствора, а если наоборот – то повышение температуры раствора. Тепловая энергия, выделяемая или поглощаемая при растворении веществ, называется теплотой растворения. При растворении в воде серной кислоты происходит разогревание раствора (экзотермический процесс), а при растворении в воде нитрата аммония наблюдается охлаждение раствора (эндотермический процесс).

3. Концентрация растворов – это количество растворенного вещества, содержащегося в определенном количестве растворителя. В химической практике наиболее употребительны процентная, молярная и нормальная концентрации растворов.

Процентная концентрация показывает, сколько граммов вещества растворено в 100 г раствора. Она определяется по формуле:

ω = ·100 %

где ω – массовая доля растворенного вещества; m в-ва – масса растворенного вещества; m р-ра – масса раствора. Например, массовая доля хлорида меди (II) в растворе составляет 0,1 г или 10 %. Это означает, что в 100 г такого раствора содержится 10 г хлорида меди (II) и 90 г воды.

Молярная концентрация показывает, сколько молей растворенного вещества содержится в 1 л раствора и вычисляется по формуле:

C =

где С – молярная концентрация; n – количество растворенного вещества; V – объем раствора. Молярная концентрация выражается в моль/л и обозначается символом М.

Раствор, в 1 л которого содержится 1 моль растворенного вещества, называется одномолярным или молярным (1М). В 1 л 1М раствора NaOH содержится 1 моль вещества или 40 г гидроксида натрия.

Нормальная концентрация показывает, сколько грамм-эквивалентов растворенного вещества находится в 1 л раствора. Эту концентрацию можно рассчитать по формуле: N =

где m – масса вещества; V – объем раствора; Э – эквивалентная масса. Раствор, в 1 л которого содержится 1 грамм-эквивалент растворенного вещества называется нормальным. Например, в 1 л 1 N раствора серной кислоты содержится 1 грамм-эквивалент серной кислоты т.е. 49 г Н₂SO₄.

4. Растворимость – это свойство вещества растворятся в воде или другом растворителе. Растворимость выражают массой вещества, которую при данной температуре можно растворить в 100 г растворителя. Вещества по растворимости в воде делят на три группы: хорошо растворимые, малорастворимые и практически нерастворимые. Если в 100 г воды растворяется более 10 г вещества, то такое вещество называют хорошо растворимым (р). Если в 100 г воды растворяется менее 1 г вещества – малорастворимым (м), если растворяется менее 0,01 г вещества – нерастворимым (н).

Раствор, в котором данное вещество при данной температуре уже больше не растворяется называется насыщенным. Раствор, в котором еще может быть растворено некоторое количество растворяемого вещества при данной температуре называется ненасыщенным. Раствор, в котором находится растворенного вещества больше чем в насыщенном является пересыщенным. Отношение массы вещества, образующего насыщенный раствор при данной температуре, к массе растворителя называют коэффициентом растворимости:

K_s =

где S – растворимость вещества.

Дата добавления: 2014-01-07