Закон распределения

Если в систему, состоящую из двух несмешивающихся жидкостей (например, воды и хлороформа), ввести третий компонент (йод) , способный растворяться в каждой из этих жидкостей, то он будет распределяться между ними пропорционально растворимости в каждой их них. Согласно закону распределения,

для каждой данной температуры отношение концентраций третьего компонента в двух несмешивающихся жидкостях является величиной постоянной при различных его концентрациях.

где К_Ф – коэффициент распределения, N₁ и N₂ – величины постоянные для данной системы при данной температуре и давлении, С₁ и С₂ – равновесные концентрации распределённого вещества в первой и второй жидкостях.

Пользуясь законом распределения, можно производить расчёты, связанные с эффектом экстрагирования (извлечения) Так, после установления равновесия в системе вода – хлороформ – йод, концентрация йода в хлороформе в 130 раз превосходит его содержание в воде, что позволяет извлекать(экстрагировать) йод из воды. Метод экстракции нашёл широкое применение в химической промышленности и лабораторной практике.

Общей теории, способной предвидеть взаимную растворимость веществ на данное время не создано. Однако, известно, что чем ближе природа жидкостей, тем легче они растворяются друг в друге, то есть, выполняется эмпирическое правило: подобное растворяется в подобном.

Закон Генри. (1803 г.)

Растворимость газов в жидкостях подчиняется закону Генри.

Масса газа, растворённого в данном объёме жидкости при постоянной температуре, прямо пропорциональна парциальному давлению данного газа над раствором.

С_i = k_hp_i

где С_i - концентрация газа в растворе, k_h - константа Генри, p_i - парциальное давление газа над раствором. При растворении смеси газов растворимость каждого из них пропорциональна его парциальному давлению. Закон Генри справедлив для сравнительно разбавленных растворов, при невысоких давлениях и для газов, не вступающих в химическое взаимодействие с растворителем. С повышением температуры растворимость газов в воде, как правило, уменьшается, (так как процесс растворения экзотермичен), а с повышением давления – увеличивается.

Разбавленные растворы неэлектролитов. Осмотическое давление

Осмос (от греческого οςμος, толчок)- процесс самопроизвольного перехода растворителя в раствор через полупроницаемую перегородку. Давление , которое нужно приложить к раствору, чтобы осмос прекратился, называется осмотическим давлением.

Сосуд (осмометр) с раствором большой концентрации (С₁) помещён в чашку с раствором меньшей концентрации (С₂)

Осмометр имеет полупроницаемую перегородку, через которую могут проникать только молекулы растворителя, например, воды. В качестве полу­проницаемой мембраны используют плёнку растительного или животного происхождения (например, плавательный пузырь рыб). Плёнку также можно синтезировать, если мембрану из пористого стекла или керамики обработать растворами солей:

2CuSO₄ + K₄ [Fe(CN)₆] = Cu₂[Fe(CN)₆] + 2K₂SO₄ ,

При этом поры становятся полупроницаемыми, так как образовавшаяся коллоидная плёнка из Cu₂[Fe(CN)₆] пропускает лишь воду, задерживая более крупные молекулы. Так как С₁ > С₂, то молекулы воды начнут диффундировать через полупроницаемую стенку, из раствора с меньшей концентрацией С₂ в раствор с большей концентрацией С₁.до выравнивания концентраций. При достижении равновесия установится определённая разница в уровнях растворов, избыточное давление, возникающее при этом, называется осмотическим давлением. Осмотическое давление определяется внешним давлением на раствор (величиной гидростатического давления столба жидкости высотой h), при котором диффузия воды через мембрану прекращается.

Растворы с равными осмотическими давлениями называются изотоническими. Гипертонический раствор имеет большее осмотическое давление, а гипотонический – меньшее относительно другого сравниваемого раствора.

Осмос играет важную роль в жизни живой природы, так как свойством полупроницаемости обладает большинство оболочек (тканей) животных и растительных организмов. Осмос является одной из причин поднятия воды по стеблю растений.

Голландский физикохимик Якоб-Генрик Вант-Гофф в 1886 году показал, что для разбавленных растворов неэлектролитов зависимость осмотического давления от концентрации и температуры может быть выражена исходя из уравнения Менделеева-Клапейрона

рV = nRT

Переносим объём в правую часть:

р = (n/V)RT

учитываем, что (n/V) = С_М, и получаем

р = С_МRT

где р, Па – осмотическое давление раствора, С_М, моль/л – концентрация раствора, n – число молей в объёме V, R = 8, 314 (Дж/мольК) – универсальная газовая постоянная, Т- абсолютная температура.

Закон Вант-Гоффа. описывает осмотическое давление

Осмотическое давление равно тому давлению, которое производило бы растворённое вещество, если бы оно при той же температуре находилось в газообразном состоянии и занимало бы объём, равный объёму раствора. Итак,

π = С_МRT

Вант-Гофф рассмотрел процесс растворения только лишь как физическое явление, не учитывая природы растворённого вещества и растворителя, химизма растворения. Поэтому, закон Вант-Гоффа удовлетворительно выполняется только для предельно разбавленных и идеальных растворов. В этом случае осмотическое давление не зависит от природы компонентов и возрастает пропорционально концентрации растворённого вещества и температуре. Закон Вант-Гоффа позволяет определять молекулярную массу растворённых веществ, которые не переходят в газообразное состояние, но растовряются в том или ином растворителе (например, сахар в воде).

так как и, соответственно,

учитывая, что V = 1л = 1000мл,

Для определения молярной массы растворённого вещества используют и другие свойства растворов, измерение упругости пара, понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения, которые описываются законами Рауля. Число молей растворённого вещества берётся здесь на 1000г растворителя.