Общая характеристика растворов

Общие свойства растворов. Диаграмма растворимости. Энергетика растворения.

Дисперные системы

• Смеси веществ по степени дисперсности (дисперсность — характеристика размеров частиц данного вещества) условно разделяют на грубодисперсные, или механические смеси (размер частиц 1000 нм), коллоидные растворы (размер частиц 1—100 нм) и истинные растворы, размер частиц которых определяется размером ионов, молекул, ионных пар и различных ассоциатов.

Виды дисперсных систем

• Суспензия — взвесь частиц одного или нескольких твердых веществ в жидкой среде.
• Эмульсия — взвесь капель одной или нескольких жидких веществ в жидкой среде другого состава.
• Аэрозоли — взвесь жидких и твердых частиц в газообразной среде Частицы твердых веществ в аэрозолях часто несут определенный заряд: оснóвные веществ (Fe 2 O 3 , MgO, ZnO, Cr 2 O 3 и др.) образуют отрицательно заряженную пыль, а кислотные (SiO 2 , C, S 8 , TiO 2 и др.) — положительно заряженную.

Виды дисперсных систем

• Коллоидные растворы (или золи) — микрогетерогенные, метастабильные системы с жидкой средой, содержащей очень мелкие частицы, участвующие в интенсивном броуновском движении. Поэтому они равномерно распределены по объему и очень медленно осаждаются (коагулируют). Золи кажутся однородными и прозрачными.
• Истинные растворы – это однофазные системы переменного состава, содержащие атомы, ионы или молекулы и различные ассоциаты последних.

Качественный состав растворов

• Растворителем считают то вещество, агрегатное состояние которого не изменяется при образовании раствора
• Растворенное вещество
• Если массы растворенного вещества m B2 и растворителя m B1 сопоставимы ( m B2  m B1 ), то раствор считают концентрированным , если масса растворенного вещества m 2 много меньше массы растворителя m 1 ( m B2  m B1 ), то раствор считают разбавленным.

Количественный состав растворов

• Соотношение количества растворенного вещества и растворителя количественно определяет концентрация раствора. В неорганической химии для количественного выражения состава растворов используют массовую долю , молярную концентрацию и эквивалентную концентрацию .

Концентрация раствора

• Концентрация в химии – это молярность раствора Единица измерения молярной концентрации с B2 – моль/л. Если в растворе серной кислоты H 2 SO 4 молярная концентрация равна 1 моль/л, то это обозначается как 1М раствор H 2 SO 4 (одномолярный раствор серной кислоты).
• Массовая доля w B растворенного вещества В

w B = m B / m (р) = m B / ( m B + m воды )

• Эквивалентная концентрация (нормальность):

следует дополнительно определить фактор эквивалентности или эквивалентное число.

Концентрация раствора

• Моляльность растворенного вещества В (обозначение c m ) определяется как отношение количества вещества В ( n B , моль) к массе растворителя ( m s , кг): c m = n B , / m s. . Единица измерения - моль/кг
• Мольная доля вещества в смеси (в том числе в растворе) обозначается как x B и равна отношению количества вещества В ( n B , моль) к суммарному количеству всех веществ в cмеси (растворе)  n i = n B + n 1 + n 2 + …+ n i , а именно:
• x B = n B /  n i . . Мольная доля – безразмерная величина .

Растворимость

• Растворимость – это способность вещества растворяться в данном растворителе при заданной температуре.
• Количественно растворимость измеряется как концентрация насыщенного раствора.

Насыщенный раствор

• Насыщенным (при данной температуре) называют раствор, который находится в равновесии с растворяемым веществом.
• Устанавливается фазовое равновесие: растворяемое вещество  раствор

Ненасыщенный раствор

• Ненасыщенным называют раствор, концентрация которого меньше, чем у насыщенного (при данной температуре) раствора.

Пересыщенный раствор

• Пересыщенный раствор содержит растворенного вещества больше, чем требуется для насыщения при данной температуре.

Исследование растворимости веществ

• Эксперимент: растворение кристаллического вещества (хлорид натрия) в жидком растворителе (вода)

Исследование растворимости веществ

T = const

Вода

Пересыщенные растворы

• Эксперимент: получение пересыщенных растворов из насыщенных
• Диаграмма растворимости

Растворимость газов

• Взаимная растворимость газов неограниченна.
• Растворимость газа в жидкости зависит от природы газа, растворителя, температуры и прямо пропорциональна парциальному давлению  p B газа B над поверхностью его раствора:  p B = K г x B (закон Генри).

Растворимость газов в воде

• Кислород O 2 :

4,89 0 °C 3,10 20°C 1,72 100°C

• Азот N 2 :

2,35 0°C 1,54 20°C 0,95 100°C

• Радон Rn:

51,0 0°C 22,4 25°C 13,0 50°C

(в мл газа/100 г H 2 O)

Растворимость газов

• Ж 1 + Г 2 : сольватация

H 2 O (ж)  (H 2 O) х при 25 °С х  4

• Энтальпия сольватации  Н с  0 (экзотермич.)

Г (р)  Г(H 2 O) y

Г (s)  Г(ж 1 ) y

Взаимная растворимость жидкостей

• Неограниченная взаимная растворимость (вода и этанол, вода и серная кислота, вода и ацетон и др.)
• Практически полная нерастворимость (вода и бензол, вода и CCl 4 и др.)
• Ограниченная взаимная растворимость

Ограниченная взаимная растворимость в системе вода – диэтиловый эфир

• При 10 °С

А: 99,0% эфира + 1,0% воды

Б: 88,0% воды + 12,0% эфира

• При 50 °С

А: 98,3% эфира + 1,7% воды

Б: 95,9% воды + 4,1% эфира

А

Б

Экстракция иода керосином из водного раствора

Растворимость твердых веществ в жидкостях (Ж 1 + Т 2 )

• Для смешения:  G M =  H M - T  S M
• Энтропийный фактор:

 S M  0; если T  , ( T  S M ) 

• Энтальпийный фактор:

 H M =  H кр +  H с +  H р

 H кр – разрушение кристаллической решетки (эндотермич.)

 H с – сольватация (экзотермич.)

 H р – разрушение структуры растворителя (эндотермич.),  0