Общая характеристика растворов, классификация. Способы выражения состава растворов

1.

Общая характеристика растворов,
классификация. Способы
выражения состава растворов
1

2.

Раствор - однородная многокомпонентная система, состоящая
из растворителя, растворённых веществ и продуктов их
взаимодействия.
Растворителем называют жидкий компонент раствора, который
имеется в избытке по сравнению с другими компонентами.
Остальные компоненты, которые находятся в растворе в меньшем
количестве, называются растворенными веществами.
Образование жидких растворов обычно сопровождается процессом
сольватации – взаимодействием частиц растворенного вещества с
молекулами растворителя (если растворитель – вода, процесс
называется гидратацией).
2

3.

Одной из важных характеристик раствора является его состав, который
выражают как количество растворенного вещества, отнесенное к
определенному количеству раствора или растворителя.
1. Массовая доля - массы растворенного вещества к общей массе
раствора.
где gi – количество (масса) i-го компонента в граммах.
2. Мольная доля – отношение числа моль i-го компонента к общему
числу моль раствора.
где ni – количество i-го компонента в молях.
3

4.

3. Объемная доля – отношение объема i-го компонента к общему
объему раствора.
где Vi – объем i-го компонента в м3.
4. Молярность – отношение количества i-го компонента в молях к
объему раствора
где V – объем раствора, м3
5. Моляльность – количество i-го компонента в молях в 1000 г
растворителя.
4

5.

Классификации растворов
По агрегатному состоянию
1) газообразные
2) жидкие
Электролиты
Не электролиты
насыщенные
ненасыщенные
перенасыщенные
3) твердые
Внедрения
Замещения
Вычитания
5

6.

По степени дисперсности (размеру частиц) различают:
- грубодисперсные системы (взвеси, суспензии, эмульсии), которые
являются гетерогенными, непрозрачными и малоустойчивыми во
времени; диаметр частиц в таких системах равен примерно 10-5 - 10-7
метра;
- истинные (молекулярные) растворы - гомогенные, прозрачные
(кроме металлов, полупроводников), неограниченно устойчивые во
времени системы; с диаметром частиц примерно 10-8 - 10-10 метра;
- коллоидные системы (золи) - сочетают свойства грубодисперсных
систем и истинных растворов: это микрогетерогенные системы,
достаточно прозрачные, но очень сильно рассеивающие свет; могут
долго сохраняться при неизменных внешних условиях (т.е.
термодинамически неустойчивы), с диаметром частиц примерно 10-7 10-8 метра.
6

7.

На зависимость общего и парциального давлений от концентрации
индивидуальные физико-химические свойства компонентов влияют по
разному.
1. Идеальные – раствор, в котором силы взаимодействия между
молекулами разных видов равны силам взаимодействия между
молекулами одного вида, т.е. в условной записи FA–B = FA–A = FB–B
Идеальные растворы могут образовываться из веществ, молекулы
которых сходны по полярности, строению и химическому составу.
Например, бензол – толуол, гексан – гептан и др. смешение таких веществ
происходит без поглощения или выделения теплоты, т.е. ∆Н = 0 и без
изменения объема, ∆V = 0, т.е. так, что объем полученного раствора равен
сумме объемов компонентов.
Поведение идеального раствора подобно поведению идеального газа,
зависит только от концентрации компонентов и температуры.
Для идеальных растворов выполняется закономерность, называемая
законом Рауля. Pi = Piо ∙ Niж
7

8.

Закона Рауля: при постоянной температуре равновесное
парциальное давление пара Pi каждого компонента равно
давлению пара Piо этого компонента в чистом виде при данной
температуре, помноженному на его мольную долю Niж в жидкой
фазе (в растворе).
8

9.

2. Реальные – растворы, в которых силы взаимодействия между молекулами
разных видов не равны силам взаимодействия между молекулами одного
вида, т.е.
FA–A ≠ FA–B ≠ FB–B
При образовании реального раствора ∆Н ≠ 0 и ∆V ≠ 0. В реальных системах
наблюдаются отклонения от закона Рауля, вызываемые взаимодействием
молекул.
Рассмотрим 2 типа отклонений от закона Рауля:
1. Если FB–B > FA–B < FA–A , FA–B < (FB–B ≈ FA–A), т.е. силы взаимодействия между
однородными молекулами больше силы взаимодействия между
разнородными молекулами, то требуется меньшая затрата энергии для
перевода в пар молекул В, окруженных молекулами А, или молекул А,
окруженных молекулами В, такой раствор образуется из чистых компонентов
с поглощением теплоты ∆Н > 0и с увеличением объема системы при
растворении ∆V > 0. Вследствие увеличения числа частиц в растворе,
парциальные давления (и общее давление пара) оказываются больше,
рассчитанных по уравнению Рауля.
9

10.

Положительные отклонения от закона Рауля
10

11.

2. Если FB–B < FA–B > FA–A , FA–B > (FB–B ≈ FA–A),то разные виды молекул
стремятся к взаимодействию типа притяжения, т.е. энергия (сила)
взаимодействия разнородных молекул больше, чем однородных. В этом
случае затрудняется переход молекул в газообразную фазу и облегчается
образование растворов. Это наблюдается при наличии тенденции к
химическому взаимодействию между разнородными молекулами,
приводящей к возникновению химических соединений, образованию
водородных связей и сольватов. При этом образование сопровождается
выделением теплоты ∆Н < 0 и уменьшением объема, ∆V < 0.Уменьшение
числа частиц в растворе, по сравнению с их числом в чистых компонентах,
приводит к уменьшению парциальных давлений пара компонентов. Это
отрицательные отклонения от закона Рауля, например вода – соляная
кислота, хлороформ – ацетон, хлороформ – бензол. Общее давление над
раствором меньше, чем вычисленные (идеальные) по закону Рауля.
11

12.

3. Предельно разбавленным называется раствор, в котором
концентрация растворенного вещества бесконечно мала. Для
такого раствора, давление пара растворителя подчиняется закону
Рауля:
P1= P1о ∙ N1ж = P1о ∙ (1– N2ж)
Индекс 1 соответствует растворителю. Растворяемое вещество (2)
не подчиняется закону Рауля.
Для растворенного вещества (индекс 2) характерен закон Генри, согласно
которому: при постоянной температуре парциальное давление пар
растворенного
жидкого
(или
газообразного)
вещества
пропорционально его мольной доле, т.е.
P2 = К2 ∙ N2ж,
К2 – коэффициент пропорциональности, называемой константой Генри.
К2 зависит от природы компонентов раствора, от температуры, но не
зависит от давления (К2≠ f(P)) и является мерой растворимости газа в
жидкости.
При заданной температуре общее давление раствора складывается из
парциальных давлений, образующих его компонентов.
12