Лекция 8. Растворы и дисперсные системы. Растворы неэлектролитов.
Самопроизвольное распределение одного вещества в другом в результате диффузии приводит к образованию растворов. Однако раствор нельзя рассматривать как смесь молекул различных веществ, так как свойства растворенного вещества и растворителя в общей системе изменяются. Например, объем раствора никогда не равен сумме объемов растворителя и растворенного вещества.
Раствором называется гомогенная (однородная) система, состоящая из двух или более компонентов, состав которой может непрерывно изменяться в определённых пределах.
По агрегатному состоянию растворы могут быть газообразными, жидкими и твёрдыми.
В растворах выделяют растворитель и растворённое вещество. Растворителем называют компонент, который имеется в избытке по отношению к другим компонентам раствора. остальные компоненты, которые находятся в растворе в меньшем количестве, называются растворёнными веществами. Растворенные вещества могут быть твердыми, жидкими и газообразными. Концентрацию и свойства растворителя обозначают нижним индексом 1, растворенных веществ – индексами 2, 3 и т.д.
с точки зрения концентрации и термодинамических параметров различают следующие типы растворов:
1. идеальные растворы, образование которых из индивидуальных компонентов, взятых в одинаковом агрегатном состоянии, в любых соотношениях не сопровождается тепловым эффектом и изменением объема, а изменение энтропии равно изменению энтропии при смешении идеальных газов. В идеальных растворах существует взаимодействие между молекулами, но энергии взаимодействия и объемы молекул одинаковы. Это отличает идеальные растворы от идеальных газов, в которых молекулы не взаимодействуют.
Теплоту
растворения жидкого индивидуального
вещества принимают равной нулю. При
растворении твёрдого вещества теплота
растворения принимается равной теплоте
плавления:
.
При растворении газа теплоту растворения
принимается равной теплоте испарения:
.
Растворы, близкие по свойствам к
идеальным, образуются из веществ с
близкими свойствами: смеси соединений
гомологов, изотопов, изомеров и т.п.
2. Предельно разбавленные растворы. В таких растворах концентрация растворенного вещества настолько мала, что свойства растворителя практически подчиняются законам идеальных растворов, а растворенного вещества - нет. К таким растворам обычно относят те, в которых концентрация растворенного вещества не превышает 103 моль/л.
3. Неидеальные растворы. К этим растворам относят такие растворы, в которых оба компонента не подчиняются законам идеальных растворов.
Способы выражения концентрации растворов
Свойства растворов зависят от природы образующих их компонентов, концентрации, температуры, давления. При определении отдельных свойств растворов используют различные способы выражения концентрации. Их необходимо знать, и при необходимости переходить от одного вида концентрации к другому с помощью простейших вычислений.
Существуют различные способы выражения концентрации, при этом, в зависимости от способа выражения, концентрация будет иметь различную размерность. Вначале рассмотрим безразмерные способы выражения концентрации.
Безразмерные способы выражения концентрации.
Массовая (весовая) доля или массовые(весовые) проценты – отношение массы растворённого вещества m2к массе раствора mр-р, выраженное в долях или процентах.
(1)
Мольная доля или молярные проценты хi – число молей i- компонента (растворителя или растворённого вещества), отнесённое к общему числу молей всех компонентов, составляющих раствор:
,
(2)
Объёмная доля или объёмные проценты χi –парциальный объём i-компонента отнесённый к общему объёму раствора (используется в случае газовых растворов):
,
(3)
Способы выражения концентрации, имеющие размерность
Объёмно-весовая концентрация Сг/л – показывает, какая масса растворенного вещества, выраженная в граммах, содержится в единице объёма раствора Vр-р:
(4)
Молярная концентрация или молярность, СМ – количество растворённого вещества в молях, отнесённое к объёму раствора, выраженному в литрах:
(5)
. Нормальная концентрация или нормальность, СN – количество эквивалентов, nэ2 растворённого вещества, содержащееся в одном литре раствора:
(6)
Для сложных химических соединений Z вычисляется следующим образом:
а) для кислот Z соответствует основности кислоты, т. е. числу атомов водорода в составе кислоты, обмениваемых в данной реакции на металл или нейтрализуемых основанием.
б) для оснований Z соответствует кислотности основания, т.е. числу гидроксильных групп в составе основания, обмениваемых на кислотный остаток или нейтрализуемых кислотой.
в) для солей Z рассчитывают как произведение числа атомов и степени окисления металла в составе соли.
г) в реакциях окисления-восстановления Z- число электронов, переданных в ходе полуреакции окисления или восстановления соответственно восстановителю или окислителю.
Титр (Т) определяет количество граммов растворённого вещества в 1 мл раствора. Фактически
Расчёт титра на основе нормальности раствора выполняют по формуле:
где СN , экв/л– нормальная концентрация раствора, Э, г/экв. – эквивалентнаяя масса растворённого вещества.
Например, для 3н раствора Н3РО4
Моляльная концентрация или моляльность, также известная как практическая шкала концентраций, m– количество растворённого вещества в молях, отнесённое к массе растворителя:
(7)
Практическая шкала концентраций имеет ряд преимуществ. Моляльная концентрация не зависит от температуры раствора. Изменение содержания какого-либо компонента раствора или добавление ещё одного не влечёт за собой изменения концентрации остальных. Всё это обусловило широкое применение практической шкалы концентраций в горном деле и добывающей промышленности.