Растворы

Растворы
Определения и
понятия
• Растворы
–
это
гомогенные
термодинамически
устойчивые системы,
состоящие из 2-х и более веществ,
соотношение которых определяется их
взаимной растворимостью.
• Раствор – это однородная система
состоящая из двух и более компонентов:
растворителя, растворенных веществ и
продуктов их взаимодействия.
Современная теория
образования растворов
Современная теория :
1.Стадия
сольватации
на
которой
молекулы
воды
окружают
молекулы
вещества, образуя сольваты или гидраты.
2.
На
второй
стадии
происходит
диффузия сольватов в различные части
системы. Этот процесс приводит к
однородности системы.
Способы выражения
концентрации
1. Молярная доля Wm – это отношение количества
растворенного вещества (n) к общему количеству всех
веществ в растворе (Σn).
n р ля
Wm 
n
 100%
в в
Молярная концентрация (См) показывают какое
количество вещетва (n) растворено в 1 л раствора (V)
m
n
(моль/л)
C M=
=
V
MV
3. Моляльность (Сm) показывает какое количество
вещества (n) приходится на 1 кг растворителя (m р-ля)
n
m(в  ва )
моль
Сm 


m( р  ля ) M  m( р  ля )
кг
2.
Коллигативные свойства
растворов
Коллигативные
свойства
растворов
зависят только от концентрации, поэтому
связав концентрацию раствора с молярной
массой растворенного вещества можно
подтвердить или опровергнуть структуру
уже известного лекарственного вещества
или синтезированного вновь соединения.
Закон Рауля. Коллигативные
свойства растворов.
Ф. Рауль установил, что:
Для
идеальных
(разбавленных)
растворов
давление
насыщенного пара растворителя над раствором р1 пропорционально
его молярной доле х1 в растворе
0
Р1=Р1 Х1,
где Р10 - давление насыщенного пара чистого растворителя
Закон Рауля. Коллигативные
свойства растворов.
Вторая формулировка данного закона:
Относительное
понижение
давления
насыщенного пара растворителя над раствором
равно молярной доле растворенного вещества.
Относительное
понижение
давления
насыщенного пара растворителя над раствором
не зависит от природы растворенного вещества, а
определяется только числом частиц в растворе.
Такие
свойства
растворов
называют
коллигативными.
Коллигативные свойства
растворов. Эбулиоскопия.
Температура
кипения
раствора
нелетучего
вещества всегда выше, чем
температура
кипения
растворителя.
ΔТкип=Еm,
где m-моляльность,
Е-эбулиоскопическая
постоянная
Эбулиоскопическая
постоянная численно равна
температуре
кипения
одномоляльного раствора.
Криоскопия
Уменьшение давления насыщенного пара над
раствором приводит к понижению температуры
его замерзания.
ΔТзам=Кm,
где m - моляльность, К криоскопическая постоянная
Криоскопическая
постоянная
численно равна
температуре
замерзания
одномоляльного
раствора.
Осмос.
Осмотическое давление.
Процесс
диффузии
вещества
через
полунепроницаемую
мембрану
называют
осмосом.
А то давление, которое необходимо
приложить в процессе осмоса к раствору в
осмотической ячейке, чтобы достичь равновесия,
называется осмотическим давлением.
Я, Вант-Гофф обнаружил, что осмотическое
давление разбавленных растворов подчиняется
законам идеального газа и сформулировал
следующий закон, который носит название
закона Вант-Гоффа – Пфефера:
Закон
Вант-Гоффа – Пфефера
Осмотическое давление раствора равно
такому давлению, которое имело бы
растворенное вещество, если бы оно при
данной температуре было в газообразном
состоянии и занимало бы такой же объем,
который занимает раствор.
Расчет осмотического давления проводят
по формуле:
Р=сRT, где с - молярная концентрация
раствора (г/моль)
Статический метод определения
осмотического давления
основан на определении
избыточного
гидростатического давления по
высоте столба жидкости Н в
трубке осмометров после
установления
осмотического равновесия при
равенстве
внешних давлений pA и рБ в
камерах А и Б
Динамический метод определения
осмотического давления
сводится к измерению
скоростей v всасывания и
выдавливания растворителя
из осмотической ячейки при
различных значениях
избыточного давления
1-осмотическая ячейка, 2мембрана, 3-аспиратор, 4монометр, 5-термостат, 6верхняя часть аспиратора,
7-капиляр
При избыточном внешнем давлении мениск в капиляре 7 опускается
со скоростью v1 которая пропорциональна избыточному давлению
p1-π. При пониженом давлении мениск поднимается со скоростью v2
пропорциональной давлению π-p2. Отношение коростей равно
отношению давлений
Свойства растворов
электролитов
• Вещества, растворы и расплавы которых
проводят электрический ток, называют
электролитами.
• Свойства
растворов
электролитов
отклоняются от законов Вант-Гоффа и Рауля
и в связи с этим Вант-Гофф ввел такое
понятие как изотонический коэффициент:
• І=1+á(n-1)=ΔТкип.эксп/ ΔТкип.теор=
• = ΔТзам.эксп/ ΔТзам.теор=Росм.эксп/Росм.теор
Закон
Вант-Гоффа – Пфефера
В растворах электролитов количество
частиц в единице объема раствора больше, так
как каждая молекула вещества диссоциирует на
определенное количество ионов.
Расчет осмотического давления растворов
электролитов проводят по формуле:
Р=ісRT, где і - изотонический коэффициент,
зависит от степени диссоциации электролита á и
числа ионов n.
І=1+á(n-1)
Изотоничность
Кровь, лимфа и другие тканевые
жидкости организма человека имеют
осмотическое давление приблизительно
800 кПа., такое же осмотическое давление
у 0,9% водного раствора натрий хлорида.
Растворы с одинаковым осмотическим
давлением называют изотоническими, с
большим осмотическим давлением, чем
какой-то стандарт – гипертоническими и с
меньшим – гипотоническими.
Идеальные растворы
Раствор
состоит
из
растворенного вещества (А) и
растворителя(В)
Между
одноименными
молекулами, а также между
молекулами
разноименных
веществ
существует
взаимодействие
Идеальные растворы – это
растворы у которых силы
взаимодействия между
одноименными и разноименными
частицами равны и ими можно
пренебречь.
Давление насыщенного пара
в идеальных системах
Зависимость общего и парциальных
давлений от состава идеального
раствора
Отклонения от закона Рауля
Причины отклонений:
• распад ассоциатов одного из
компонентов;
• химическое взаимодействие
между компонентами;
• изменение сил
межмолекулярного
взаимодействия
Если разнородные молекулы взаимно притягиваются с меньшей
силой, чем однородные-это облегчит переход молекул из жидкой
фазы в газовую (по сравнению с чистыми жидкостями) положительные отклонения. Усиление взаимного притяжения
разнородных молекул (сольватация, образование водородной
связи, образование химического соединения) затрудняет
переход молекул в газовую фазу - отрицательные отклонения.
1-й закон Коновалова
фазовая диаграмма при постоянном
давлении для бинарной системы
насыщенный пар по
сравнению с
равновесным
раствором обогащён
компонентом,
добавление которого
к системе повышает
общее давление пара
2-й закон Коновалова
В точках максимума и минимума на кривых
общего давления температуры кипения
состав пара и равновесного с ним
раствора одинаков. Такие растворы
называются азеотропными
Фракционная
перегонка
1 Нагревательный элемент
2 Перегонный куб
3 Отводная трубка или насадка Въюрца
4 Термометр 5 Холодильник
6 Подвод охлаждающей жидкости
7 Отвод охлаждающей жидкости 8 Приёмная колба
9 Отвод газа (в том числе с понижением давления)
10 Аллонж 11 Температура нагревателя
12 Скорость перемешивания
13 Нагреватель 14 Водяная (масляная, песочная и т. п.) баня
15 Мешалка или гранулы 16 Охлаждающая ванна
Т
пар
0
ТB
Ректификация
2
4
3
1
Т1
Т
2'
5
0
ТA
А
жидкость
a
1 – спускной кран; 2 – котел;
3 – нагреватель; 4 – трубки
для поднимающегося пара;
5 – переливы для
стекающей жидкости; 6 –
кран питания колонны; 7 –
подача флегмы; 8 –
конденсатор; 9 – спуск
конденсата
В
Ректификация
Ограниченно
растворимые жидкости
а – с верхней критической
температурой растворения,
б – с нижней критической
температурой растворения,
в – с верхней и нижней
критическими
температурами
растворения,
г – без критических
температур растворения
Перегонка с
водяным паром
Аппарат состоит из:
• парообразователя 1;
• колбы для перегонки 2;
• холодильника 3;
• приемника 4;
• водяной бани 5
Суть метода перегонки с водяным паром
В основе метода лежит зависимость давления
насыщенного пара от температуры. Жидкость начинает
кипеть и перегоняться, если давление пара над жидкостью
будет равно атмосферному давлению или превышать его
∑P1+P2+...=Pn+Pатм
∑Р1+Р2 … - сума парциальных давлений паров
воды и жидкостей;
Рn давление паров над смесью;
Пример: Ткип(бензола)=80,2 oС;
Ткип(воды)=100 oС;
Смесь равных объемов С6Н6 и Н2О кипит при
69oС