Общая и неорганическая химия. Лекция 5 Общие свойства растворов. Диаграмма растворимости. Энергетика растворения.

Дисперные системы Смеси веществ по степени дисперсности (дисперсность характеристика размеров частиц данного вещества) условно разделяют на грубодисперсные, или механические смеси (размер частиц 1000 нм), коллоидные растворы (размер частиц 1100 нм) и истинные растворы, размер частиц которых определяется размером ионов, молекул, ионных пар и различных ассоциатов.

Виды дисперсных систем Суспензия взвесь частиц одного или нескольких твердых веществ в жидкой среде. Эмульсия взвесь капель одной или нескольких жидких веществ в жидкой среде другого состава. Аэрозоли взвесь жидких и твердых частиц в газообразной среде Частицы твердых веществ в аэрозолях часто несут определенный заряд: оснóвные веществ (Fe 2 O 3, MgO, ZnO, Cr 2 O 3 и др.) образуют отрицательно заряженную пыль, а кислотные (SiO 2, C, S 8, TiO 2 и др.) положительно заряженную.

Виды дисперсных систем Коллоидные растворы (или золи) микрогетерогенные, метастабильные системы с жидкой средой, содержащей очень мелкие частицы, участвующие в интенсивном броуновском движении. Поэтому они равномерно распределены по объему и очень медленно осаждаются (коагулируют). Золи кажутся однородными и прозрачными. Истинные растворы – это однофазные системы переменного состава, содержащие атомы, ионы или молекулы и различные ассоциаты последних.

Качественный состав растворов Растворителем считают то вещество, агрегатное состояние которого не изменяется при образовании раствора Растворенное вещество Если массы растворенного вещества m B2 и растворителя m B1 сопоставимы (m B2 m B1 ), то раствор считают концентрированным, если масса растворенного вещества m 2 много меньше массы растворителя m 1 (m B2 m B1 ), то раствор считают разбавленным.

Количественный состав растворов Соотношение количества растворенного вещества и растворителя количественно определяет концентрация раствора. В неорганической химии для количественного выражения состава растворов используют массовую долю, молярную концентрацию и эквивалентную концентрацию.

Концентрация раствора Концентрация в химии – это молярность раствора Единица измерения молярной концентрации с B2 – моль/л. Если в растворе серной кислоты H 2 SO 4 молярная концентрация равна 1 моль/л, то это обозначается как 1М раствор H 2 SO 4 (одномолярный раствор серной кислоты). Массовая доля w B растворенного вещества В w B = m B / m (р) = m B / (m B + m воды ) Эквивалентная концентрация (нормальность): следует дополнительно определить фактор эквивалентности или эквивалентное число.

Концентрация раствора Моляльность растворенного вещества В (обозначение c m ) определяется как отношение количества вещества В (n B, моль) к массе растворителя (m s, кг): c m = n B, / m s.. Единица измерения - моль/кг Мольная доля вещества в смеси (в том числе в растворе) обозначается как x B и равна отношению количества вещества В (n B, моль) к суммарному количеству всех веществ в cмеси (растворе) n i = n B + n 1 + n 2 + …+ n i, а именно: x B = n B / n i.. Мольная доля – безразмерная величина.

Растворимость Растворимость – это способность вещества растворяться в данном растворителе при заданной температуре. Количественно растворимость измеряется как концентрация насыщенного раствора.

Насыщенный раствор Насыщенным (при данной температуре) называют раствор, который находится в равновесии с растворяемым веществом. Устанавливается фазовое равновесие: растворяемое вещество раствор

Ненасыщенный раствор Ненасыщенным называют раствор, концентрация которого меньше, чем у насыщенного (при данной температуре) раствора.

Пересыщенный раствор Пересыщенный раствор содержит растворенного вещества больше, чем требуется для насыщения при данной температуре.

Исследование растворимости веществ Эксперимент: растворение кристаллического вещества (хлорид натрия) в жидком растворителе (вода)

T = const Вода Исследование растворимости веществ

Диаграмма растворимости График зависимости растворимости от температуры – диаграмма (политерма) растворимости диаграмма (политерма) растворимости

Применение диаграммы растворимости Эксперимент: 1.Получение насыщенного раствора из ненасыщенного. 2.Охлаждение насыщенного раствора Диаграмма растворимости

t, °C cBcB 0 t1t1 1 2 с1с1 с2с2 Применение диаграммы растворимости t2t2

Пересыщенные растворы Эксперимент: получение пересыщенных растворов из насыщенных Диаграмма растворимости

t, °C cBcB 0 t1t Пересыщенные растворы Видеофрагмент

Виды диаграмм растворимости

Растворимость газов Взаимная растворимость газов неограниченна. Растворимость газа в жидкости зависит от природы газа, растворителя, температуры и прямо пропорциональна парциальному давлению p B газа B над поверхностью его раствора: p B = K г x B (закон Генри).

Растворимость газов в воде Кислород O 2 : 4,89 0°C 3,10 20°C 1,72 100°C Азот N 2 : 2,35 0°C 1,54 20°C 0,95 100°C Радон Rn: 51,0 0°C 22,4 25°C 13,0 50°C (в мл газа/100 г H 2 O)

Растворимость газов Ж 1 + Г 2 : сольватация H 2 O (ж) (H 2 O) х при 25 °С х 4 Энтальпия сольватации Н с 0 (экзотермич.) Г (р) Г(H 2 O) y Г (s) Г(ж 1 ) y

Взаимная растворимость жидкостей Неограниченная взаимная растворимость (вода и этанол, вода и серная кислота, вода и ацетон и др.) Практически полная нерастворимость (вода и бензол, вода и CCl 4 и др.) Ограниченная взаимная растворимость

Ограниченная взаимная растворимость в системе вода – диэтиловый эфир При 10 °С А: 99,0% эфира + 1,0% воды Б: 88,0% воды + 12,0% эфира При 50 °С А: 98,3% эфира + 1,7% воды Б: 95,9% воды + 4,1% эфира А Б

Экстракция иода керосином из водного раствора

Растворимость твердых веществ в жидкостях (Ж 1 + Т 2 ) Для смешения: G M = H M - T S M Энтропийный фактор: S M 0; если T, (T S M ) Энтальпийный фактор: H M = H кр + H с + H р H кр – разрушение кристаллической решетки (эндотермич.) H с – сольватация (экзотермич.) H р – разрушение структуры растворителя (эндотермич.), 0

Температурная зависимость растворимости Возможно 3 случая: H M 0 (орг. вещ-ва, МОН, Li 2 CO 3, AlCl 3 …) H M 0 (KNO 3, NH 4 NO 3, KI …) H M 0 (CdI 2 )