А. Березовчук - Физическая химия: конспект лекций

Пример: 1 моль H 2SO 4– 98 г, до одного литра надо добавить воду.

Моляльность– число молей растворенного вещества на 1000 г растворителя. Пример:

H 2SO 4– 98 г/моль+1000 г H 2O.

Мольная доля растворенного вещества в растворе, N

где n 1– растворенное вещество (моль);

n 2– растворитель (моль).

Пример: имеем 20% NaOH (едкий натр).

Титр– число растворенного вещества в одном миллилитре раствора. Существует титриметрический анализ – метод количественного анализа, при котором содержание определяемого вещества Х рассчитывают на основании измерения количества реактива, затраченного на взаимодействие с Х , выполнение реакции в титриметрическом анализе является конечной стадией анализа. Пример: объем кислоты оттитруем щелочью каплями до исчезновения окрас-ки – полная нейтрализация. При титровании

где Н – нормальность – число моль-эквивалентов растворенного вещества в одном литре раствора.

Основной характеристикой растворов является их растворимость– масса вещества, способная раствориться в ста граммах растворителя при данной температуре; этот процесс сопровождается тепловым эффектом. Количественно растворимость твердого тела, газа, жидкости в жидком растворителе определяется концентрацией насыщенного раствора при данной температуре, т. е. сколько вещества по массе (объему) в данном растворителе. Пример: m (NaCl) – 58,5 г на 100 г H 2O при данной температуре. Насыщенный раствор– раствор, находящийся в равновесии, с избытком растворяемого вещества. Пересыщенный– неустойчивый раствор, содержащий больше вещества, чем это определяется его растворимостью.

Качественная характеристика состоит в способности растворяться или не растворяться, например, сера в воде не растворяется, йод в воде практически нерастворим. Процесс растворения состоит из двух стадий:

1. Растворимость в воде твердых веществ (разрушение кристаллов – эндотермическая реакция, т. е. тепло поглощается – q 1).

2. Отдельные частицы взаимодействуют с водой, этот процесс носит название – гидратация, при ней тепло выделяется + q 2

Q раствореия= – q 1+ q 2.

Если – q 1> q 2, то суммарный эффект отрицателен (– Q ), если наоборот, то положителен (+ Q ).

Δ H = 0 – одинаковые эффекты, Δ H < 0 – тепло выделяется, Δ H > 0 – тепло поглощается.

Тепловой эффект растворения– количество тепла одного моля вещества.

вещество + растворитель ↔ насыщенный раствор + Q.

То вещество, которое растворяется с понижением температуры, увеличивает свою растворимость. Рассмотрим растворимость некоторых веществ. Пример, NH 4NO 3– нитрат аммония, растворимость падает до нуля, эндотермический эффект реакции. Рассмотрим стадии подробно: на первой стадии – эффект разрушения кристаллической решетки, эндотермический. На второй – равномерное распределение по объему с водой, гидратация – экзотермический.

q 1> q 2→ – Q – тепло поглощается,

Δ H > 0.

Другой пример, NaOH – едкий натр, экзотермический эффект реакции,

q 1< q 2→ + Q – тепло выделяется.

Значит, растворимость определяется природой соли вещества и растворителя.

Другой характеристикой растворов является диэлектрическая проницаемость– во сколько раз сила взаимодействия между двумя зарядами меньше, чем в вакууме.

Если растворить в ста миллилитрах водопроводной воды 10 г едкого натра NaOH, то температура резко повышается до 60 oС (температура воды из водопроводного крана +20 oС).

Если растворить 40 г нитрата аммония NH 4NO 3в 100 мл этой же воды, то температура резко понижается от +20 oС до –7 oС.

Если растворить хлорид натрия NaCl в 100 мл водопроводной воды, то температура не изменяется.

Она зависит от давления и температуры. Растворимость газов неодинакова из-за различной химической природы.

Пример:

N 2, H 2– мало растворимы в воде, растворимость NH 3, HCl очень велика, в одном объеме H 2O растворяется 700 объемов аммиака NH 3.

Газ + H 2O → 3,5 объема О 2в одном объеме Н 2О экзотермический процесс. С повышением температуры растворимость некоторых газов уменьшается. При постоянной температуре и невысоком давлении растворимость газов, не вступающих в химическое взаимодействие с растворителем, подчиняется закону Генри – Дальтона, который состоит из нескольких частей.

1 часть:масса газа, растворяющаяся в данном объеме жидкости, пропорциональна давлению, которое газ производит на жидкость.

Например, CO 2под давлением загоняем в бутылку.

2 часть:объем газа не зависит от давления.

3 часть:если смесь газов растворять, то растворимость каждой составной части пропорциональна своему парциальному давлению.

Газы, реагирующие с водой, не подчиняются закону Генри – Дальтона.

Рассмотрим модель идеального раствора. Раствор называется идеальным, если в нем отсутствует взаимодействие между частицами (молекулами, атомами, ионами). Растворы неэлектролитов– частицы, плохо растворимые в воде, так как нет носителя электрического заряда. Закон Рауля справедлив только для разбавленных растворов неэлектролитов.

Пусть P BO – давление пара над чистым растворителем, при постоянной температуре T 1; P B – давление пара растворителя при этой же температуре, но над раствором, состоящим из нелетучего компонента А (сахар), и чистым жидким растворителем В :

P B = f ( T ).

Разность P BO – P B равна понижению давления пара.

Величина (P BO– P B) /P BO – относительное понижение упругости пара = X A= Δ P/P BO , где X A – мольная доля, P BO> P B, Δ P = P BO– P B – абсолютное понижение упругости пара.

Закон Рауля.Относительное понижение упругости пара растворителя над раствором равно мольной доле растворенного нелетучего компонента.

барометрическая формула Больцмана.

Следствия из закона Рауля:

1. Растворение нелетучего компонента в растворителе приводит к расширению температурной области существования жидкой фазы.