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

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

2 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.

3 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.

4 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.

5 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.

6 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.

7 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.

8 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.

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

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

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

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

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

14 T = const Вода Исследование растворимости веществ

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

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

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

18 Пересыщенные растворы Эксперимент: получение пересыщенных растворов из насыщенных Диаграмма растворимости

19 t, °C cBcB 0 t1t Пересыщенные растворы Видеофрагмент

20 Виды диаграмм растворимости

21 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).

22 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)

23 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

24 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

25 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

26 Экстракция иода керосином из водного раствора

27 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

28 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 )

29