РаСтВоры неэлектролитов
1. Диффузия в растворах
2. Осмос и осмотическое давление
3. Температуры замерзания и кипения разбавленных растворов
1. Диффузия в растворах
К
ак
известно, в смесях газов и в растворах
частницы равномерно распределяются
по всему объему. Например (рис.
1. СЛ.
1(0)),
а б в
Рис. 1 . Объяснение процесса диффузии
если на концентрированный раствор сахара осторожно налить слой чистой воды, то молекулы сахара, совершая хаотическое тепловое движение, постепенно равномерно распределяются по всему объему жидкости. Одновременно и молекулы воды проникают в раствор сахара, разбавляя его. Оба эти процесса идут самопроизвольно и до тех пор, пока не произойдет полного выравнивания концентрации сахара во всем объеме раствора. Самопроизвольный процесс переноса вещества, в результате которого устанавливается равновесное распределение концентраций вследствие беспорядочного теплового движения молекул, атомов и ионов в газах, жидкостях или твердых телах, называется диффузией. Диффузия имеет место и при смешивании растворов различных концентраций, а также в твердых телах и газах. Причем, скорость ее в газах наибольшая, а в твердых телах наименьшая.
Как правило, диффузия частиц совершается из области большей их концентрации в область меньшей концентрации, т, е. количество частиц растворенного вещества, проходящих в единицу времени в сторону меньшей концентрации, Больше, чем в обратном направлении.
Диффузия
может быть выражена количественно рис.
2.
СЛ. 1(1).
Рис.2.
Представим
себе, что
на некотором расстоянии х1
от
дна сосуда концентрация растворенного
вещества (например, сахара) равна С1,
а на расстоянии х2.
эта
концентрация равна С2.
По условию С1
больше
С2,
а х2
больше
х1,
т.е.
раствор является более концентрированным
у дна сосуда.
В
нашем случае градиент концентрации,
т. е.
СЛ. 2(0)
изменение концентрации, приходящееся
на единицу расстояния, будет равно:
Знак минус в этом уравнении вызван тем, что С1 > С2.
СЛ.
2(1)На
основании закона Фика количество
растворенного вещества т,
которое проходит за время
через
воображаемую площадь поперечного
сечения сосуда S,
находящуюся посередине между концентрациями
С1
и
С2,
будет равно:
где D
— коэффициент
диффузии, численно равный количеству
вещества, диффундирующего за единицу
времени через 1 см2
поверхности раздела при градиенте
концентрации, равном 1.
СЛ.
3(0)Для
коэффициента диффузии Эйнштейн вывел
следующее уравнение:
где R — универсальная газовая постоянная, Т — абсолютная температура, N0 — число Авогадро, — вязкость растворителя, r — радиус диффундирующих частиц.
СЛ.
3(1)Объединяя
уравнения (*) и (**), получим:
где выражение m/ — скорость диффузии, т. е. количество растворенного вещества т, проходящего в единицу времени через площадь сечения S.
Из уравнения (***) видно, что скорость диффузии возрастает при повышении температуры и градиента концентрации и уменьшается при увеличении вязкости среды и радиуса диффундирующих частиц. Отсюда следует, что вещества с большим молекулярным весом будут иметь сравнительно малые коэффициенты диффузии.