Классификация растворов.

I.Растворы классифицируются по агрегатному состоянию растворителя и растворенного вещества.

Растворы могут быть жидкими, твердыми и газовыми.

Растворителемможет быть твердое вещество, жидкость и газ.

Практически все газы друг в друге растворяются. В жидкостях растворяются жидкости, газы и твердые вещества. В твердых телах растворяются только твердые тела. В твердых растворах происходит образование гомогенной системы из твердых компонентов.

Газовые растворы– это растворы газов, жидкостей и твердых тел в газах. В пределе при нулевом давлении любой реальный газ представляет систему независимых друг от друга частиц, т.е. обладает признаками идеальной системы. Смесь этих газов, называемаяидеальным газом, подчиняетсязакону Дальтона:(гдеР– общее давление;Р_i– парциальное давлениеi-го компонента). С повышением давления появляется взаимодействие между частицами, тогда смесь реальных газов, паров жидкости и твердых тел рассматривают как газовый раствор.

Наибольшее распространение получили жидкие, в частности,водные растворы. В случае растворов «жидкость – газ» и «жидкость – твердое тело» растворителем принято считать жидкость. У растворов «жидкость – жидкость» растворителем считают компонент, который находится в избытке по сравнению с другими компонентами, именуемых растворенными веществами.

В зависимости от свойств растворенного вещества различают жидкие растворыне электролитов, электролитов и высокомолекулярных соединений(ВМС). Последние являются предметом рассмотрения в коллоидной химии.

Количество вещества, растворенного в данном объеме растворителя, называется концентрацией.

Способы выражения концентраций:

1)Молярная концентрация М (или молярность) – число молей вещества, растворенного в 1 м³ (или литре) раствора:

2)Моляльная концентрация т (или моляльность) – число молей растворенного вещества в 1 кг или 1000 г растворителя:

где M_p – масса растворителя.

3)Процентная концентрация ω определяется количеством граммов вещества в 100 г (весовые) или 100 мл (объемные) раствора:

или

4)Мольная доляN – отношение числа молейn_i одного компонента к суммарному числу молейnвсех компонентов раствора:

Сумма мольных долей всех компонентов раствора равна единице:

Пример.Проведем расчет М,mиNпо известной массовой концентрации серной кислотыω=98%,плотность раствора равна 1,84 г/л; молярные массы компонентов раствора равныг/моль;г/моль.

Молярность раствора равна:

Моляльность раствора составляет:

Мольная доля серной кислоты равна:

II.Растворы подразделяются также по степени взаимодействия растворителя и растворенного вещества.

Растворы
идеальные	предельно разбавленные	реальные (неидеальные)

Идеальными раствораминазываются такие растворы, у которых сила взаимодействия между одноименными и разноименными молекулами одинакова.

А – растворенное вещество, f_A-A

В – растворитель, f_В-В

Раствор АВ f_A-A= f_В-В= f_A-В

В идеальных растворах энергия взаимодействия молекул разных компонентов одна и та же; все молекулы раствора (растворенных веществ и растворителя) обладают одинаковым силовым полем, а объемы молекул всех компонентов равны. В идеальном жидком растворе, в отличие от идеального газа, между молекулами существует взаимодействие. Одинаковая энергия взаимодействия всех молекул в растворе приводит к их равномерному распределению в объеме. Поэтому энтропия смешения компонентов идеального раствора ΔSравна энтропии смешения идеального газаΔS_и.г..

Одинаковый объем всех молекул обуславливает неизменность объема системы при образовании идеального раствора. Тепловой эффект при этом образовании идеального раствора равен нулю. В связи с этим можно дать другое определение идеальных жидких растворов. Идеальными будут такие растворы, образование которых из компонентов, взятых в одинаковом агрегатном состоянии и в любых соотношениях, не сопровождается изменением объема и тепловым эффектом, а изменение энтропии равно изменению энтропии при смешении идеальных газов, т.е.

ΔV=0; ΔH=0; ΔS=ΔS_и.г.

Объем и энтальпия идеальных растворов аддитивны и зависят от состава раствора.

Следует иметь в виду, что идеальными могут считаться растворы, когда выполняются все вышеперечисленные условия и, кроме того, должны быть равны парциальные давления компонентов, у них должны быть одинаковая температура и одно и то же агрегатное состояние.

Идеальные растворы потому и называются идеальными, что они не существуют в действительности. Однако имеется значительное число растворов, близких по свойствам к идеальным растворам. К ним относятся разбавленные растворы.

Энергия Гиббса i-го компонента идеального раствора численно равна химическому потенциалу и может быть представлена следующим образом:

Когда ∆H_i =0, химический потенциалi-го компонента в идеальном растворе равен:

, где

µ_i , µ_i^p –химические потенциалыi-го индивидуального компонента в растворе;N_i –мольная доляi-го компонента.

Продифференцируем данное уравнение и получим:

В связи с тем, что получаем:

Это уравнение показывает соотношение между химическим потенциалом компонентов идеального раствора и его составом, определяемым мольной долей компонентов раствора.

Рассмотрим предельно разбавленные растворы, которые часто называют просто разбавленными.Предельно разбавленными раствораминазываются такие растворы, у которых растворитель подчиняется законом идеальных растворов, а растворимое вещество – законам реальных растворов.

Концентрация растворенного вещества в разбавленном растворе бесконечно мала, поэтому взаимодействием между его молекулами можно пренебречь. Тогда предельно разбавленные растворы можно описать закономерностями и уравнениями, которые справедливы для идеальных растворов.

Неидеальными (реальными) раствораминазываются такие растворы, у которых силы взаимодействия между одноименными и разноименными молекулами различны.

Раствор АВ f_A-A≠ f_В-В≠ f_A-В

Реальные растворы не подчиняются закономерностям идеальных и предельно разбавленных растворов. Однако, введя вспомогательные величины, свойства неидеальных растворов тоже можно выразить через закономерности идеальных растворов.