Растворы. Дисперсные системы. Термодинамика процесса растворения. (Лекция 2) презентация

1. Основные понятия и характеристики 1. Основные понятия и характеристики 2. Термодинамика процесса растворения 3. Способы выражения концентрации 4. Идеальные растворы. Законы Рауля. 5. Свойства сильных и слабых электролитов 6. Произведение растворимости. Константа диссоциации. 7. Ионное произведение воды. 8. Водородный показатель раствора.

Дисперсные системы - это смеси различных веществ. Они состоят из диспергированных веществ и дисперсионной среды и классифицируются по размерам частиц диспергируемых компонентов. Дисперсные системы - это смеси различных веществ. Они состоят из диспергированных веществ и дисперсионной среды и классифицируются по размерам частиц диспергируемых компонентов.

В зависимости от размера частиц дисперсные системы подразделяются на группы: В зависимости от размера частиц дисперсные системы подразделяются на группы: взвеси (суспензии, эмульсии) – у которых частицы имеют размер 1000 нм (10–6 м) и более; коллоидные системы - размеры частиц 1-500 нм (10–9 ÷5·10–7 м), существуют, если частицы обладают зарядом. Для них характерно рассеяние света (эффект Тиндаля). Дисперсные системы также классифицируются по агрегатным состояниям дисперсной фазы и дисперсионной среды.

Истинные растворы – Истинные растворы – содержат атомы и молекулы, размеры которых обычно не превышают 5·10–9 м – это термодинамически устойчивые однофазные многокомпонентные системы

Раствором называют гомогенную систему переменного состава, состоящую из одного или нескольких компонентов. Раствором называют гомогенную систему переменного состава, состоящую из одного или нескольких компонентов. Всякий раствор состоит из растворителя и растворенного вещества.

Растворитель- это тот компонент агрегатное состояние, которого не изменяется при образовании раствора. Растворитель- это тот компонент агрегатное состояние, которого не изменяется при образовании раствора. Растворимость- это способность вещества растворяться в том или ином растворителе.

Мера растворимости характеризуется коэффициентом растворимости – Мера растворимости характеризуется коэффициентом растворимости – Коэффициент растворимости равен числу граммов растворенного вещества в 100 граммах воды

Если К < 10–3 г/100 г воды – тогда вещество называется нерастворимым “н” Если К < 10–3 г/100 г воды – тогда вещество называется нерастворимым “н” Если К = 10–3 г/100 г воды – тогда вещество называется малорастворимым “м” Если К > 1 г/100 г воды – тогда вещество называется растворимое “р” Если в таблице растворимости стоит прочерк, значит такие соли в растворе не существуют.

Для малорастворимых “м” и растворимых “р” веществ значение растворимости при различных температурах можно найти в справочниках. Для малорастворимых “м” и растворимых “р” веществ значение растворимости при различных температурах можно найти в справочниках. Для нерастворимых “н” веществ мерой растворимости служит величина произведения растворимости – ПР. Значения ПР приведены в справочниках.

Произведение растворимости (ПР) – это та часть вещества которая растворилась и диссоциирует на ионы в растворе. Произведение растворимости (ПР) – это та часть вещества которая растворилась и диссоциирует на ионы в растворе.

ПР Аl(OH)3 = 1·10-32 ПР Аl(OH)3 = 1·10-32 Al(OH)3 → Al3+ + 3OH–  ПР = [Al3+]·[OH–] = 1·10–32 ПР BaSO4 =1,1·10-10 BaSO4 → Ba2+ + SO4 2–  ПР = [Ba2+]·[SO4 2–] = 1,1·10–10, чем меньше эта величина, тем меньше растворимость.

Растворение – это физико-химический процесс. Растворение – это физико-химический процесс. Физическая сторона – растворяющее вещество теряет свою структуру, разрушается. Химическая сторона – растворяемое вещество взаимодействует с растворителем- сольватация- образуются сольваты, если растворение идет в воде, то процесс называется гидратацией - образуются гидраты.

Теплотой или энтальпией растворения – называется количество теплоты, которое выделяется или поглощается при растворении. Теплотой или энтальпией растворения – называется количество теплоты, которое выделяется или поглощается при растворении.

а) разрушение структуры растворенного вещества, т.е. фазовый переход Нфп а) разрушение структуры растворенного вещества, т.е. фазовый переход Нфп Нфп > 0 тепло затрачивается NaClтв = Na+ + Cl– H>0 S>0

б) гидратация б) гидратация Нгидр < 0 тепло выделяется Na+ + n·H2O = [Na(H2O)n]+ Cl– + m·H2O = Cl– •m·H2O H<0 S<0

в) Hраст = Hфп + Нгидр в) Hраст = Hфп + Нгидр Если Hфп > Нгидр – то процесс эндотермический, Если Hфп < Нгидр – то процесс экзотермический.

Энтропия растворения твердых и жидких веществ всегда больше нуля S>0 Энтропия растворения твердых и жидких веществ всегда больше нуля S>0 Энтропия растворения газов S<0

Gраств=Нраств+Т·Sраств Gраств=Нраств+Т·Sраств Gраств <0 – растворение идет самопроизвольно. G насыщенного раствора равна нулю.

Насыщенный раствор – это раствор который находится в равновесии с растворяющимся веществом. Насыщенный раствор – это раствор который находится в равновесии с растворяющимся веществом.

Концентрация раствора – это количество растворенного вещества, содержащегося в единице массы и объема раствора или растворителя. Концентрация раствора – это количество растворенного вещества, содержащегося в единице массы и объема раствора или растворителя.

Молярная концентрация – характеризует число молей растворенного вещества в одном литре раствора Молярная концентрация – характеризует число молей растворенного вещества в одном литре раствора

m (р.в.) - масса растворенного вещества, г; m (р.в.) - масса растворенного вещества, г; М (р.в.) – молярная масса растворенного вещества, г/моль; V – объем раствора, л.

Молярная концентрация эквивалента или нормальность – выражает число моль эквивалентов в одном литре раствора Молярная концентрация эквивалента или нормальность – выражает число моль эквивалентов в одном литре раствора

Моляльная концентрация – число моль растворенного вещества на 1 кг растворителя Моляльная концентрация – число моль растворенного вещества на 1 кг растворителя

Мольная доля – характеризуется отношением числа молей компонента к общему числу молей всех компонентов Мольная доля – характеризуется отношением числа молей компонента к общему числу молей всех компонентов

Массовая доля – это число единиц массы растворенного вещества содержащееся в ста единицах массы раствора Массовая доля – это число единиц массы растворенного вещества содержащееся в ста единицах массы раствора

Титр раствора – масса растворенного вещества в 1 мл раствора Титр раствора – масса растворенного вещества в 1 мл раствора

Идеальные растворы – это такие растворы, образование которых происходит без изменения объема и теплового эффекта.(H=0, V=0), лишь за счет увеличения энтропии. Идеальные растворы – это такие растворы, образование которых происходит без изменения объема и теплового эффекта.(H=0, V=0), лишь за счет увеличения энтропии. Идеальные растворы – это растворы, в которых пренебрегают межмолекулярным взаимодействием.

В идеальных растворах частицы растворенного вещества находятся на большом расстоянии друг от друга и их взаимное влияние можно исключить, а растворитель практически не меняет своих свойств. В идеальных растворах частицы растворенного вещества находятся на большом расстоянии друг от друга и их взаимное влияние можно исключить, а растворитель практически не меняет своих свойств.

Разбавленные растворы приближаются к идеальным. Разбавленные растворы приближаются к идеальным. Из реальных растворов разбавленные растворы неэлектролитов могут по своим свойствам приближаться к идеальным.

Растворы не проводящие электрический ток называются неэлектролитами. Растворы не проводящие электрический ток называются неэлектролитами. Слабые электролиты в растворе не диссоциируют на ионы.

Некоторые физические свойства растворов неэлектролитов зависят только от концентрации частиц растворенного вещества и природы растворителя и не зависят от природы растворенного вещества. Эти свойства называются коллигативными свойствами. Некоторые физические свойства растворов неэлектролитов зависят только от концентрации частиц растворенного вещества и природы растворителя и не зависят от природы растворенного вещества. Эти свойства называются коллигативными свойствами.

К коллигативным свойствам относятся следующие: К коллигативным свойствам относятся следующие: Понижение давления паров растворителя Повышение температуры кипения, понижение температуры затвердевания Осмотическое давление

Согласно, первому закону Рауля – относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором пропорционально мольной доле растворенного вещества в растворе Согласно, первому закону Рауля – относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором пропорционально мольной доле растворенного вещества в растворе

Р0 – давление насыщенного пара над чистым растворителем; Р0 – давление насыщенного пара над чистым растворителем; N – мольная доля растворенного вещества в растворе.

Вычислить давление пара раствора содержащего 45г глюкозы C6H12O6 в 720 граммах воды при 250 С. Давление пара воды при 250 С составляет 3167 кПа. Вычислить давление пара раствора содержащего 45г глюкозы C6H12O6 в 720 граммах воды при 250 С. Давление пара воды при 250 С составляет 3167 кПа.

Второй закон Рауля: Второй закон Рауля: а) Повышение температуры кипения Ткип раствора пропорционально моляльной концентрации раствора

Екип – это моляльная константа повышения температуры кипения растворителя или его эбуллиоскопическая константа, которая зависит от природы растворителя. Екип – это моляльная константа повышения температуры кипения растворителя или его эбуллиоскопическая константа, которая зависит от природы растворителя. Екип приведена в справочниках.

Вычислить температуру кипения 4,6% раствора глицерина в воде. Молекулярная масса глицерина С3Н8О3 равна 92, Екип для воды равна 0,52. Вычислить температуру кипения 4,6% раствора глицерина в воде. Молекулярная масса глицерина С3Н8О3 равна 92, Екип для воды равна 0,52.

Второй закон Рауля: Второй закон Рауля: б) Понижение температуры затвердевания растворов пропорционально моляльной концентрации раствора

Кзатв – это моляльная константа понижения температуры затвердевания или криоскопическая константа (для растворителя). Кзатв – это моляльная константа понижения температуры затвердевания или криоскопическая константа (для растворителя).

Вычислить температуру затвердевания раствора состоящего из 100 гр этиленгликоля С2Н6О2 (М=62) и 900 граммов воды, Кзатв=1,86. Вычислить температуру затвердевания раствора состоящего из 100 гр этиленгликоля С2Н6О2 (М=62) и 900 граммов воды, Кзатв=1,86.

Раствор представляет собой однородную систему. Раствор представляет собой однородную систему. Частицы растворенного вещества и растворителя находятся в беспорядочном тепловом движении и равномерно распределяются по всему объему раствора.

Молекулы растворителя и растворенного вещества будут диффундировать преимущественно в том направлении, где их концентрация ниже. Молекулы растворителя и растворенного вещества будут диффундировать преимущественно в том направлении, где их концентрация ниже. Такая двухсторонняя диффузия приведет к выравниванию концентраций и С1=С2.

Однако диффузия бывает односторонней, если растворы разделить полупроницаемой перегородкой, пропускающей только молекулы растворителя. Однако диффузия бывает односторонней, если растворы разделить полупроницаемой перегородкой, пропускающей только молекулы растворителя. При этом условии, что С2>С1 молекулы растворителя с большей скоростью будут диффундировать в направлении С1С2 и объем раствора с концентрацией С2 несколько возрастет. Такая односторонняя диффузия называется осмосом.

Для количественной характеристики осмотических свойств вводится понятие осмотического давления. Для количественной характеристики осмотических свойств вводится понятие осмотического давления. Осмотическое давление – это такое давление, которое нужно приложить, чтобы осмос прекратился. .

Вант –Гофф предложил, что для осмотического давления можно применять уравнение состояния идеального газа Вант –Гофф предложил, что для осмотического давления можно применять уравнение состояния идеального газа

СМ – молярная концентрация раствора. Растворы с одинаковым осмотическим давлением называются изотоническими. СМ – молярная концентрация раствора. Растворы с одинаковым осмотическим давлением называются изотоническими.

Вычислить осмотическое давление при 270 С раствора сахара С12Н22О11 (М=342) 1 литр которого содержит 91г сахара. Вычислить осмотическое давление при 270 С раствора сахара С12Н22О11 (М=342) 1 литр которого содержит 91г сахара.

Процесс распада вещества на ионы при растворении называется электролитической диссоциацией. Процесс распада вещества на ионы при растворении называется электролитической диссоциацией. Количественной характеристикой этого процесса является степень электролитической диссоциации ()

Cтепень электролитической диссоциации () - это количество распавшихся на ионы молекул к общему количеству растворенных молекул. Cтепень электролитической диссоциации () - это количество распавшихся на ионы молекул к общему количеству растворенных молекул.

По величине  различают: По величине  различают: а) сильные электролиты  > 0,3 б) электролиты средней силы 0,03 <  < 0,3 в) слабые электролиты  < 0,03

При диссоциации в растворах слабых электролитов устанавливается равновесие между недиссоциированными молекулами и продуктами их диссоциации – ионами. При диссоциации в растворах слабых электролитов устанавливается равновесие между недиссоциированными молекулами и продуктами их диссоциации – ионами.

СН3СООН=СН3СОО– + Н+ СН3СООН=СН3СОО– + Н+ В водном растворе устанавливается равновесие которое количественно характеризуется константой равновесия, иначе константой диссоциации:

Обозначим концентрации каждого из ионов: Обозначим концентрации каждого из ионов:

Тогда константу диссоциации запишем: Тогда константу диссоциации запишем:

это закон разбавления Оствальда для слабых электролитов это закон разбавления Оствальда для слабых электролитов Степень диссоциации возрастает при разбавлении раствора.

Сильные электролиты в растворе диссоциируют на ионы. Сильные электролиты в растворе диссоциируют на ионы. Рассмотрим примеры диссоциации кислот, оснований, солей.

Серная кислота диссоциирует по двум ступеням: Серная кислота диссоциирует по двум ступеням: H2SO4 = H+ + HSO4 – HSO4 – = H+ + SO4 2– H2SO4 = 2H+ + SO4 2–

NaОH = Na+ + OH– NaОH = Na+ + OH–

KCI = K+ + CI– KCI = K+ + CI– Al2(SO4)3 = 2Al3+ + 3SO4 2–

Экспериментально определяемые для сильных электролитов степени диссоциации называют кажущимися (каж) Экспериментально определяемые для сильных электролитов степени диссоциации называют кажущимися (каж) как правило каж не равно 100% (или 1).

Диссоциация электролита приводит к тому, что общее число частиц растворенного вещества молекул и ионов в растворе возрастает по сравнению с раствором неэлектролита той же молярной концентрации, а коллигативные свойства зависят от концентрации растворенного вещества, то поэтому коллигативные свойства для растворов электролитов сильно отличаются в равных по концентрации растворах неэлектролитов. Диссоциация электролита приводит к тому, что общее число частиц растворенного вещества молекул и ионов в растворе возрастает по сравнению с раствором неэлектролита той же молярной концентрации, а коллигативные свойства зависят от концентрации растворенного вещества, то поэтому коллигативные свойства для растворов электролитов сильно отличаются в равных по концентрации растворах неэлектролитов. Это различие учитывается с помощью изотонического коэффициента ( i )

Это отношение общего числа частиц в растворе к числу растворенных молекул Это отношение общего числа частиц в растворе к числу растворенных молекул В растворах электролитов реально существующее число частиц > числа растворенных молекул Поэтому вводится поправочный коэффициент (i), учитывающий изменение числа частиц:

Изотонический коэффициент (i) – показывает во сколько раз концентрация частиц в растворе больше числа растворенных молекул. Изотонический коэффициент (i) – показывает во сколько раз концентрация частиц в растворе больше числа растворенных молекул. Тогда коллигативные свойства для растворов электролитов, будут определятся по формулам с учетом изотонического коэффициента.

Изотонический коэффициент ( i ) может быть вычислен как отношение Р, Ткип, Тзатв, Росм, найденных на опыте к тем же величинам, вычисленным без учета диссоциации электролита: Изотонический коэффициент ( i ) может быть вычислен как отношение Р, Ткип, Тзатв, Росм, найденных на опыте к тем же величинам, вычисленным без учета диссоциации электролита:

Изотонический коэффициент ( i ) и степень электролитической диссоциации (  ) связаны между собой соотношением: Изотонический коэффициент ( i ) и степень электролитической диссоциации (  ) связаны между собой соотношением:

Вычислить осмотическое давление (170С) раствора Na2SO4 в 1 литре которого содержится 7,1 грамма растворенной соли. Кажущаяся степень электролитической диссоциации соли в растворе равна 0,69 или (69%) Вычислить осмотическое давление (170С) раствора Na2SO4 в 1 литре которого содержится 7,1 грамма растворенной соли. Кажущаяся степень электролитической диссоциации соли в растворе равна 0,69 или (69%)

В насыщенном растворе малорастворимых соединений устанавливается равновесие между осадком и ионами электролита в растворе В насыщенном растворе малорастворимых соединений устанавливается равновесие между осадком и ионами электролита в растворе BaSO4 → Ba2+ + SO4 2–KP = ПР = [Ba2+]·[SO4 2–] = 1,1·10–10

Произведение растворимости равно константе равновесия реакции, равно произведению молярных концентраций ионов участвующих в равновесии каждая из которых введена в степень, равную стехиометрическому коэффициенту при соответствующем ионе в уравнении равновесия. Произведение растворимости равно константе равновесия реакции, равно произведению молярных концентраций ионов участвующих в равновесии каждая из которых введена в степень, равную стехиометрическому коэффициенту при соответствующем ионе в уравнении равновесия.

Ca3(PO4)2 = 3Ca2+ + 2PO43- Ca3(PO4)2 = 3Ca2+ + 2PO43- ПР=[Ca2+]3·[PO43-]2 =Kp

Растворимость гидроксида магния при 180С равна 1,7*10–4 моль/л. Найти произведение растворимости. Растворимость гидроксида магния при 180С равна 1,7*10–4 моль/л. Найти произведение растворимости.

Произведение растворимости СаF2 =3,9·10–11. Какова растворимость СаF2 в воде( в г/литр и молях/литр). Произведение растворимости СаF2 =3,9·10–11. Какова растворимость СаF2 в воде( в г/литр и молях/литр).

Условием образования осадка является превышение произведения концентраций ионов малорастворимого электролита над его произведением растворимости. Условием образования осадка является превышение произведения концентраций ионов малорастворимого электролита над его произведением растворимости.

Будет ли образовываться при смешении равных объемов нитрата свинца с концентрацией 12·10–4 моль/л и сульфата натрия с концентрацией 8·10–3 . Будет ли образовываться при смешении равных объемов нитрата свинца с концентрацией 12·10–4 моль/л и сульфата натрия с концентрацией 8·10–3 . ПР = [Pb2+]·[SO42-]=1,6·10–8.

Вода - слабый электролит Вода - слабый электролит Н2О = Н+ + ОН–

1 л. H2O содержит 55,5 моль H2O 1 л. H2O содержит 55,5 моль H2O Kд.[H2O] = 1,86.10–16.55,5 = = [H+].[OH–] = 10–14 = Кw Кw не зависит от концентрации ионов

Кислотность или основность водных растворов характеризуется концентрацией [Н+] или [ОН–] ионов Кислотность или основность водных растворов характеризуется концентрацией [Н+] или [ОН–] ионов Удобнее использовать логарифмическое выражение: рН = - lg [H+] и pOH = - lg [OH–] Для воды [Н+] = [ОН–] = 10–7 рН = рОН = 7 - нейтральная среда