Растворы - это гомогенные (однородные) смеси, состоящие из двух или более компонентов (составных частей). Отличие раствора от других смесей в том, что молекулы веществ распределяются в нем равномерно и в любом микрообъеме такой смеси состав ее одинаков. На языке химической термодинамики такая смесь называется однофазной. Как и индивидуальные (чистые) вещества, растворы могут быть в жидкой, твердой или газовой фазе (см. Фазы). Например, воздух представляет собой раствор различных газов - азота, кислорода, водорода, углекислого газа, паров воды и др. В то же время частицы пыли, капельки жидкости (туман) не являются компонентами газового раствора, так как внутри пылинки мы нашли бы только твердое вещество, а внутри капельки тумана - только жидкость, воду. Таким образом, и пыль и туман - это твердая и жидкая фазы, рассеянные (диспергированные) в растворе газов. Отличие же раствора от чистого вещества состоит в том, что индивидуальное вещество имеет определенные физические константы, например температуры плавления и кипения, определенный химический состав, в то время как физические константы и состав растворов зависят от соотношения их компонентов. Так, плотность раствора соли в воде растет, а температура замерзания падает с увеличением содержания соли.
Чистые вещества при изменении их фазового состояния не изменяют своего химического состава, а при возвращении в исходное фазовое состояние приобретают исходные характеристики. Компоненты же растворов могут разделиться при изменении фазового состояния системы. Так, испарение воды из солевого раствора (операция, издавна применяемая при добыче соли) приводит, с одной стороны, к увеличению содержания (концентрации) соли в оставшемся растворе, а с другой, сконденсировавшаяся вода представляет собой чистое вещество. Дальнейшее испарение воды приведет к выпадению твердой фазы - кристаллов соли.
Процесс образования раствора - растворение - заключается в разрушении взаимодействия между молекулами индивидуальных веществ и образовании новых межмолекулярных связей между компонентами раствора. Растворение возможно только тогда, когда энергия взаимодействия между компонентами раствора больше суммы энергий взаимодействий в исходных веществах.
При растворении ионного кристалла поваренной соли в воде полярные молекулы растворителя покрывают ионы как бы шубой диполей (электрических зарядов, равных по величине и противоположных по знаку). Эта так называемая сольватная оболочка полностью разделяет ионы. Общее название такого взаимодействия с растворителем - сольватация. Сольватация приводит к образованию разнообразных связей между молекулами в растворе: ион-дипольной, которая описана выше, диполь-дипольной (например, диполи хлороформа взаимодействуют с диполями этанола ) или образованию водородных связей (см. Химическая связь). Последнее взаимодействие является одним из самых сильных и играет большую роль при растворении органических и неорганических веществ.
Растворению органических веществ друг в друге способствует схожесть их структур. Старинное химическое правило - подобное растворяется в подобном - объясняется тем, что в этом случае взаимодействия между различными молекулами похожи по типу и близки по энергии к взаимодействиям в исходных веществах. Так, образование водородных связей между молекулами воды и спирта легко компенсирует разрушение водородных связей в исходных веществах при смешении этих жидкостей. Неполярные же молекулы углеводородов не могут внедриться между молекулами воды, соединенными водородными связями, что и исключает их растворение. Часто растворение не полностью разрушает межмолекулярные связи внутри индивидуальных веществ, и они остаются частично связанными (ассоциированными). Например, органические кислоты по большей части присутствуют в органических неполярных растворителях в виде димеров, связанных водородными связями. Такие ассоциаты разрушаются при дальнейшем разбавлении. При концентрировании раствора ассоциация становится все сильнее, а молекул растворителя не хватает для разделения молекул или ионов растворенного вещества. При этом внутри раствора образуется система межмолекулярных связей исходного индивидуального вещества, которое выделяется в отдельную фазу. Оставшийся раствор, находящийся в равновесии с выделившимся компонентом, называют насыщенным. Повысив температуру, можно разрушить ассоциацию и перенести выпавший компонент в раствор. Однако это не всегда удается сделать.
Неорганические вещества с повышением температуры могут и снижать свою способность к растворению (растворимость). Растворимость твердых веществ в жидкости определяется теплотой растворения, которая может быть положительной (теплота при растворении выделяется, и с повышением температуры вещество растворяется хуже) или отрицательной (теплота при растворении поглощается, и растворимость с повышением температуры растет). Поскольку в газах межмолекулярные взаимодействия отсутствуют, их способность к взаимному растворению неограниченна. Растворимость же их в жидкостях с повышением температуры падает, так как ослабляются межмолекулярные взаимодействия молекул газа с растворителем.
В природе существуют также твердые растворы. Это в основном сплавы металлов. Физическая причина такого растворения - внедрение атомов одного металла в кристаллическую решетку другого и построение общей кристаллической решетки.
Состав растворов количественно принято выражать через безразмерные относительные величины - доли (массовую, объемную, молярную) и размерные величины - концентрации. Концентрация показывает отношение массы или количества растворенного вещества к объему раствора.
Молярная концентрация - это отношение количества растворенного вещества В к объему раствора:
Единица молярной концентрации - моль/м3 или моль/л (последняя используется намного чаще). Для обозначения единицы молярной концентрации обычно используют символ М, например: - одномолярный раствор ( моль/л); - сантимолярный раствор ( моль/л).
Состоящая из частиц растворённого вещества, растворителя и продуктов их взаимодействия. "Гомогенный" - значит, каждый из компонентов распределён в массе другого в виде своих частиц, то есть атомов, молекул или ионов. .
Раствор - однофазная система переменного, или гетерогенного, состава, состоящая из двух или более компонентов.
Образование того или иного типа раствора обусловливается интенсивностью межмолекулярного, межатомного , межионного или другого вида взаимодействия, то есть, теми же силами, которые определяют возникновение того или иного агрегатного состояния . Отличия: образование раствора зависит от характера и интенсивности взаимодействия частиц разных веществ .
По сравнению с индивидуальными веществами по структуре растворы сложнее .
Растворы бывают газовыми, жидкими и твёрдыми .
Чаще под раствором подразумевается жидкое вещество , например раствор соли или спирта в воде (или даже раствор золота в - амальгама).
Растворение - переход молекул вещества из одной фазы в другую (раствор , растворенное состояние). Происходит в результате взаимодействия атомов (молекул) растворителя и растворённого вещества и сопровождается увеличением энтропии при растворении твёрдых веществ и её уменьшением при растворении газов. При растворении межфазная граница исчезает, при этом многие физические свойства раствора (например, плотность, вязкость, иногда - цвет, и другие) меняются.
В случае химического взаимодействия растворителя и растворённого вещества сильно меняются и химические свойства - например, при растворении газа хлороводорода в воде образуется жидкая соляная кислота .
Электролиты - вещества, проводящие в расплавах или водных растворах электрический ток. В расплавах или водных растворах они диссоциируют на ионы. Неэлектролиты - вещества, водные растворы и расплавы которых не проводят электрический ток, так как их молекулы не диссоциируют на ионы. Электролиты при растворении в подходящих растворителях (вода , другие полярные растворители) диссоциируют на ионы . Сильное физико-химическое взаимодействие при растворении приводит к сильному изменению свойств раствора (химическая теория растворов).
Вещества, которые в тех же условиях на ионы не распадаются и электрический ток не проводят, называются неэлектролитами.
К электролитам относятся кислоты, основания и почти все соли, к неэлектролитам - большинство органических соединений, а также вещества, в молекулах которых имеются только ковалентные неполярные или малополярные связи.
Растворы высокомолекулярных веществ ВМС - белков , углеводов и др. обладают одновременно многими свойствами истинных и коллоидных растворов. Средняя молекулярная масса растворенноо…
В зависимости от цели для описания концентрации растворов используются разные физические величины .
В случаях приготовления растворов сильных кислот согласно правилам техники безопасности кислоту нужно добавлять в воду, но ни в коем случае не наоборот. Для запоминания этого лабораторного приёма существует несколько мнемонических правил:
«коньяк выдержанный» (кислоту в воду)
Wikimedia Foundation . 2010 .
Синонимы :Раствор - Однофазная система, состоящая из растворенного вещества, растворителя и продуктов их взаимодействия Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Раствор - – однородная смесь двух или большего числа компонентов, равномерно распределенных в виде атомов, ионов или молекул в жидкости или твердом веществе. [Тарасов В. В. Материаловедение. Технология конструкционных материалов: учебное пособие для… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Толковый словарь Ушакова
1. РАСТВОР1, раствора, муж. 1. Угол, образуемый раздвинутыми лезвиями ножниц, ножками циркуля и т.п. (разг.). Раствор циркуля. Узкий раствор. 2. Отверстие, образуемое при раскрытии двустворчатого окна, ворот, двери и т.п. 3. Маленькое торговое… … Толковый словарь Ушакова
Состав, смесь; зольник, подлив, золь, эссенция, коллодий, жидкость, сироп, эмульсоид; отверстие, угол Словарь русских синонимов. раствор см. состав 1 Словарь синонимов русского языка. Практический справочник. М.: Русский язык. З. Е. Александров … Словарь синонимов
РАСТВОР, в химии жидкость (РАСТВОРИТЕЛЬ), содержащая другое вещество (РАСТВОРЕННОЕ). В отличии от смесей, входящие в состав раствора два или более отдельных химических соединений нельзя разделить при помощи фильтрации. Количество вещества,… … Научно-технический энциклопедический словарь
1. РАСТВОР, а; м. 1. Угол, образуемый раздвинутыми ножками циркуля, лезвиями ножниц и т.п. Р. циркуля. Широкий р. 2. Отверстие, образуемое при раскрытии двустворчатого окна, двери, ворот и т.п. Широкий р. окна. Стоять в растворе дверей. 3. Одна… … Энциклопедический словарь
Строительный, смесь вяжущего вещества, песка и воды, приобретающая с течением времени камневидное состояние. Различают растворы: цементные, известковые, гипсовые, смешанные; для каменной (главным образом кирпичной) кладки, отделочные (в том числе … Современная энциклопедия
В медицине жидкая лекарственная форма однородная прозрачная смесь лекарственного средства (твердого или жидкого) и какой либо жидкости (растворителя) …
Строительный смесь песка, вяжущего вещества и воды, приобретающая с течением времени камневидное состояние. Основные виды растворов цементные, известковые, гипсовые, смешанные. Различают растворы для каменной (главным образом кирпичной) кладки,… … Большой Энциклопедический словарь
РАСТВОР 1, а, м. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
В повседневной жизни человек постоянно сталкивается с различными растворами - напитками, лекарственными микстурами, бытовой химией и проч. Казалось бы, нет ничего проще, чем приготовить какой-нибудь коктейль (типичный раствор), а, между тем, сама природа процесса растворения одного вещества в другом достаточно сложна.
Современная наука утверждает, что растворение является физико-химическим процессом.
Одним из главных физических процессов, происходящим во время растворения, является диффузия (проникновение) растворяемого вещества в растворителе. Диффузия обусловлена хаотическим тепловым движением молекул (атомов, ионов) - сначала образуется пограничный диффузионный слой между двумя растворяемыми веществами, в пределах которого идет интенсивное перемешивание частиц различных веществ друг с другом, вызываемое разностью в плотности растворителя и растворяемого вещества.
Процесс растворения может сопровождаться выделением (поглощением) тепла, изменением цвета раствора и прочими химическими превращениями, что дает основание говорить о наличии химических процессов, сопровождающих растворение.
Растворение сопровождается формированием химических связей (сольватацией ) между растворителем и растворяемым веществом (если в качестве растворителя выступает вода - гидратацией ), при этом, продукты взаимодействия растворяемого вещества с растворителем называют сольватами (если в качестве растворителя выступает вода - гидратами).
Сольваты (гидраты) являются малоустойчивыми веществами. Гидраты, существующие в кристаллическом состоянии, называются кристаллогидратами (медный купорос, железный купорос).
Классификация растворов:
Конечно же, самыми распространёнными являются жидкие растворы. Обычно, говоря о растворах, подразумеваются жидкие растворы.
Любой жидкий раствор состоит из растворителя (жидкая среда, в которой происходит процесс растворения) и растворенных веществ , которые растворяются в жидкости.
Классификация жидких растворов:
Растворимостью называют способность вещества образовывать растворы - одни вещества могут растворяться друг в друге неограниченно; другие - только в ограниченных количествах или же практически не растворяться вообще.
Растворимость конкретного вещества зависит от его природы и природы растворителя, а также условий, при которых происходит процесс растворения: температура, давление, наличие третьих веществ.
Старинное правило гласит: "подобное растворяется в подобном", т. е., неполярные вещества хорошо растворяются в неполярных растворителях (бензол в гексане), а полярные - в полярных (этиловый спирт в воде), и наоборот - неполярные вещества в полярных растворителях растворяются плохо (бензол в воде).
Насыщенным раствором называется раствор, в котором при данной температуре определенное вещество не растворяется (говорят, что растворяемое вещество находится в состоянии равновесия с раствором).
Соответственно, аналогичный раствор с кол-вом растворяемого вещества меньшим, чем в насыщенном растворе, называют ненасыщенным.
Таким образом, численно растворимость можно выразить, как концентрацию вещества в его насыщенном растворе.
Растворимость конкретного вещества выражается через коэффициент растворимости (масса растворенного вещества, которая насыщает 100 г растворителя при определенных условиях).
Все вещества по их растворимости в воде можно разделить на 3 группы:
Растворимость твердых веществ сильно зависит от температуры (обычно, чем выше температура, тем лучше их растворимость).
Растворимость газов в воде увеличивается с повышением давления (кто откупоривал бутылку шампанского, тот это хорошо знает). Также об этом хорошо знают водолазы, которые вынуждены после длительного пребывания на большой глубине (под высоким давлением) постепенно в течение часов подниматься на поверхность (либо проходить адаптацию в барокамере), в противном случае, при быстром подъеме водолаза с большой глубины развивается кессонная болезнь, когда азот, в больших количествах растворенный в плазме крови человека, начинает выделяться в виде пузырьков (кровь закипает), закупоривая мелкие сосуды и капилляры, угрожая жизни водолаза.
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
План
Введение
1. Дисперсные системы. Истинные растворы
2. Растворимость твёрдых веществ и жидкостей в жидкостях. Влияние природы веществ и температуры на растворимость
3. Способы выражения концентрации растворов: массовая - С%, молярная - С м и нормальная (эквивалентная) - С н
4. Растворы электролитов. Электролитическая диссоциация кислот, оснований, солей. Ступенчатая диссоциация
5. Классификация электролитов. Степень диссоциации. Сильные и слабые электролиты
6. Реакции обмена в растворах электролитов и условия их протекания. Ионные уравнения
7. Ионное произведение воды. Водородный показатель рН растворов. Индикаторы
Заключение
Список использованных источников
Введение
Растворами называются гомогенные системы, содержащие не менее двух веществ. Могут существовать растворы твердых, жидких и газообразных веществ в жидких растворителях, а также однородные смеси (растворы) твердых, жидких и газообразных веществ. Как правило, вещество, взятое в избытке и в том же агрегатном состоянии, что и сам раствор, принято считать растворителем, а компонент, взятый в недостатке - растворенным веществом. В зависимости от агрегатного состояния растворителя различают газообразные, жидкие и твердые растворы. Газообразными растворами являются воздух и другие смеси газов. К жидким растворам относят гомогенные смеси газов, жидкостей и твердых тел с жидкостями. Твердыми растворами являются многие сплавы, например, металлов друг с другом, стёкла. Наибольшее значение имеют жидкие смеси, в которых растворителем является жидкость. Наиболее распространенным растворителем из неорганических веществ, конечно же, является вода. Из органических веществ в качестве растворителей используют метанол, этанол, диэтиловый эфир, ацетон, бензол, четыреххлористый углерод и др. В процессе растворения частицы (ионы или молекулы) растворяемого вещества под действием хаотически движущихся частиц растворителя переходят в раствор, образуя в результате беспорядочного движения частиц качественно новую однородную систему. Способность к образованию растворов выражена у разных веществ в различной степени. Одни вещества способны смешиваться друг с другом в любых количествах (вода и спирт), другие - в ограниченных (хлорид натрия и вода). Сущность процесса образования раствора можно показать на примере растворения твердого вещества в жидкости. С точки зрения молекулярно-кинетической теории растворение протекает следующим образом: при внесении в растворитель какого-либо твердого вещества, например, поваренной соли, частицы ионов Na+ и Cl-, находящиеся на поверхности, в результате колебательного движения, увеличивающегося при соударении с частицами растворителя, могут отрываться и переходить в растворитель. Этот процесс распространяется на следующие слои частиц, которые обнажаются в кристалле после удаления поверхностного слоя. Так постепенно частицы, образующие кристалл (ионы или молекулы), переходят в раствор. На рис дана наглядная схема разрушения ионной кристаллической решетки NaСl при растворении в воде, состоящей из полярных молекул. Частицы, перешедшие в раствор, вследствие диффузии распределяются по всему объему растворителя. С другой стороны, по мере увеличения концентрации частицы (ионы, молекулы), находящиеся в непрерывном движении, при столкновении с твердой поверхностью еще не растворившегося вещества могут задерживаться на ней, т.е. растворение всегда сопровождается обратным явлением - кристаллизацией. Может наступить такой момент, когда одновременно выделяется из раствора столько же частиц (ионов, молекул), сколько их переходит в раствор - наступает равновесие. По соотношению преобладания числа частиц, переходящих в раствор или удаляющихся из раствора, различают растворы насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные. По относительным количествам растворенного вещества и растворителя растворы подразделяют на разбавленные и концентрированные. Раствор, в котором данное вещество при данной температуре больше не растворяется, т.е. раствор, находящийся в равновесии с растворяемым веществом, называют насыщенным, а раствор, в котором еще можно растворить добавочное количество данного вещества, - ненасыщенным. Насыщенный раствор содержит максимально возможное (для данных условий) количество растворенного вещества. Следовательно, насыщенным раствором является такой раствор, который находится в равновесии с избытком растворенного вещества. Концентрация насыщенного раствора (растворимость) для данного вещества при строго определенных условиях (температура, растворитель) - величина постоянная. Раствор, содержащий растворенного вещества больше, чем его должно быть в данных условиях в насыщенном растворе, называется пересыщенным. Пересыщенные растворы представляют собой неустойчивые, неравновесные системы, в которых наблюдается самопроизвольный переход в равновесное состояние. При этом выделяется избыток растворенного вещества, и раствор становится насыщенным. Насыщенный и ненасыщенный растворы нельзя путать с разбавленным и концентрированным. Разбавленные растворы - растворы с небольшим содержанием растворенного вещества; концентрированные растворы - растворы с большим содержанием растворенного вещества. Необходимо подчеркнуть, что понятие разбавленный и концентрированный растворы являются относительными, выражающими только соотношение количеств растворенного вещества и растворителя в растворе. Сравнивая растворимость различных веществ, мы видим, что насыщенные растворы малорастворимых веществ являются разбавленными, а хорошо растворимых веществ - хотя и ненасыщенные, но довольно концентрированными. В зависимости от того, электронейтральными или заряженными частицами являются компоненты раствора, их подразделяют на молекулярные (растворы не электролитов) и ионные (растворы электролитов). Одна из характерных особенностей растворов электролитов заключается в том, что они проводят электрический ток.
1. Дисперсные системы. Истинные растворы
Кристаллы любого вещества, например сахара или хлорида натрия, можно получить разного размера - крупные и мелкие. Каков бы ни был размер кристаллов, все они имеют одинаковую для данного вещества внутреннюю структуру - молекулярную или ионную кристаллическую решетку.
При растворении в воде кристаллов сахара и хлорида натрия образуются соответственно молекулярные и ионные растворы. Таким образом, одно и то же вещество может находиться в различной степени раздробленности: макроскопически видимые частицы (>0,2 мм, разрешающая способность глаза), микроскопически видимые частицы (от 0,2-0,1мм до 400-300нм, разрешающая способность микроскопа при освещении белым светом) и в молекулярном (или ионном) состоянии.
Если толщина плёнок, поперечник волокон или частиц (корпускул) меньше разрешающей способности оптического микроскопа то они не могут быть обнаружены с его помощью. Такие невидимые в оптический микроскоп частицы называют коллоидными, а раздробленное (диспергированное) состояние веществ с размером частиц от 400-300нм до 1нм - коллоидным состоянием вещества.
Дисперсные (раздробленные) системы являются гетерогенными. Они состоят из сплошной непрерывной фазы - дисперсионной среды и находящихся в этой среде раздробленных частиц того или иного размера и формы - дисперсной фазы.
Поскольку дисперсная (прерывная) фаза находится в виде отдельных небольших частиц, то дисперсные системы, в отличие от гетерогенных со сплошными фазами, называют микрогетерогенными, а коллоидно-дисперсные системы называют также ультра микро гетерогенными, чтобы подчеркнуть, что в этих системах граница раздела фаз не может быть обнаружена в световом микроскопе.
Когда вещество находится в окружающей среде в виде молекул или ионов, то такие растворы называют истинными, т.е. гомогенными однофазными растворами.
Обязательным условием получения дисперсных систем является взаимная нерастворимость диспергируемого вещества и дисперсионной среды. Например, нельзя получить коллоидные растворы сахара или хлорида натрия в воде, но они могут быть получены в керосине или в бензоле, в которых эти вещества практически нерастворимы.
Дисперсные системы классифицируют по дисперсности, агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды, интенсивности взаимодействия между ними, отсутствию или образованию структур в дисперсных системах.
Количественной характеристикой дисперсности вещества является степень дисперсности (D) - величина, обратная размеру (а) дисперсных частиц.
Здесь а равно либо диаметру сферических или волокнистых частиц, либо длине ребра кубических частиц, либо толщине плёнок.
Степень дисперсности численно равна числу частиц, которые можно плотно уложить в ряд (или стопку плёнок) на протяжении одного сантиметра.
Если все частицы дисперсной фазы имеют одинаковые размеры, то такие системы называют монодисперсными. Частицы дисперсной фазы неодинакового размера образуют полидисперсные системы.
С повышением дисперсности всё большее число атомов вещества находится в поверхностном слое, на границе раздела фаз, по сравнению с их числом внутри объёма частиц дисперсной фазы. Соотношение между поверхностью и объёмом характеризует удельная поверхность:
которая для частиц сферической формы равна а для частиц кубической формы где r - радиус шара; d - его диаметр; l - длина ребра куба.
Следовательно, с повышением дисперсности вещества всё большее значение имеют его свойства, определяемые поверхностными явлениями, т.е. совокупностью процессов, происходящих в межфазовой поверхности. Таким образом, своеобразие дисперсных систем определяется большой удельной поверхностью дисперсной фазы и физико-химическим воздействием дисперсной среды на границе раздела фаз.
Многообразие дисперсных систем обусловлено тем, что образующие их фазы могут находиться в любом из трёх агрегатных состояний (Ж, Г, Т).
Дисперсные системы с газообразной дисперсной средой называют аэрозолями. Туманы представляют собой аэрозоли с жидкой дисперсной фазой, а пыль и дым - аэрозоли с твёрдой дисперсной фазой; пыль образуется при диспергировании веществ, а дым - при конденсации летучих веществ.
Пены - это дисперсия газа в жидкости, причем в пенах жидкость вырождается до тонких плёнок, разделяющих, разделяющих отдельные пузырьки газа. Эмульсиями называют дисперсные системы, в которых одна жидкость раздроблена в другой, не растворяющей её жидкость. Низкодисперсные системы твёрдых частиц в жидкостях, называют суспензиями, или взвесями, а предельно-высокодисперсные - коллоидными растворами, или золями, часто лизолями, чтобы подчеркнуть, что дисперсной средой является жидкость. Если дисперсной средой является вода, то такие золи называют гидрозолями, а если органическая жидкость - органозолями.
Дисперсные системы могут быть свободнодисперсными и связнодисперсными в зависимости от отсутствия или наличия взаимодействия между частицами дисперсной фазы. К свободнодисперсным системам относятся аэрозоли, лиозоли, разбавленные суспензии и эмульсии. Они текучи. В этих системах частицы дисперсной фазы не имеют контактов, участвуют в беспорядочном тепловом движении, свободно перемещаются под действием силы тяжести. Связнодисперсные системы - твердообразны, они возникают при контакте частиц дисперсной фазы, приводящим к образованию структуры в виде каркаса или сетки. Такая структура ограничивает текучесть дисперсной системы и придаёт ей способность сохранять форму. Подобные структурированные коллоидные системы называют гелями. Переход золя в гель, происходящий в результате понижения устойчивости золя, называют гелеобразованием (или желатинированием). Сильно вытянутая и плёночно-листочковая форма дисперсных частиц повышает вероятность контакта между ними и благоприятствует образованию гелей при малой концентрации дисперсной фазы. Порошки, концентрированные эмульсии и суспензии (пасты), пены - примеры связнодисперсных систем. Почва, образовавшаяся в результате контакта и уплотнения дисперсных частиц почвенных минералов и гумусовых (органических) веществ, также представляет собой связнодисперсную систему.
Сплошную массу вещества могут пронизывать поры и капилляры, образующие капиллярно-дисперсные системы. К ним относятся, например, дерево, разнообразные мембраны и диафрагмы, кожа, бумага, картон, ткани.
2. Растворимость твёрдых веществ и жидкостей в жидкостях. Влияние природы веществ и температуры на растворимость
Раствором называется твёрдая или жидкая гомогенная система, состоящая из двух или более компонентов, относительные количества которых могут изменяться в широких пределах.
Всякий раствор состоит из растворённых веществ и растворителя, т.е. среды, в которой эти вещества равномерно распределены в виде молекул или ионов. Обычно растворителем считают тот компонент, который в чистом виде существует в таком же агрегатном состоянии, что и полученный раствор. Если же оба компонента до растворения находились в одинаковом агрегатном состоянии, то растворителем считается компонент, находящийся в большем количестве.
Однородность растворов делает их очень сходными с химическими соединениями. Выделение теплоты при растворении некоторых веществ тоже указывает на химическое взаимодействие между растворителем и растворяемым веществом. Отличие растворов от химических соединений состоит в том что, состав раствора может изменяться в широких пределах. Кроме того, в свойствах раствора можно обнаружить многие свойства его отдельных компонентов, чего не наблюдается в случае химического соединения. Непостоянство состава растворов приближает их к механическим смесям, но от последних, они резко отличаются своею однородностью. Таким образом, растворы занимают промежуточное положение между механическими смесями и химическими соединениями.
Растворимостью называется способность вещества растворяться в том или ином растворителе. Мерой растворимости вещества при данных условиях служит содержание его в насыщенном растворе. Поэтому численно растворимость может быть выражена теми же способами, что и состав, например, процентным отношением массы растворённого вещества к массе насыщенного раствора или количеством растворённого вещества, содержащимся в 1 л насыщенного раствора. Часто растворимость выражают также числом единиц массы безводного вещества, насыщающего при данных условиях 100 единиц массы растворителя; иногда выраженную этим способом растворимость называют коэффициентом растворимости.
Растворимость различных веществ в воде изменяется в широких пределах. Если в 100 г воды растворяется более 10 г вещества, то такое вещество принято называть хорошо растворимым; если растворяется менее 1 г вещества - малорастворимым и, наконец, практически нерастворимыми, если в раствор переходит менее 0,01 г вещества.
Принципы, позволяющие предсказать растворимость вещества, пока не известны. Однако обычно вещества, состоящие из полярных молекул, и вещества с ионным типом связи лучше растворяются в полярных растворителях (вода, спирты, жидкий аммиак), а неполярные вещества - неполярных растворителях (бензол, сероуглерод).
Растворение большинства твёрдых тел сопровождается поглощением теплоты. Это объясняется затратой значительного количества энергии на разрушение кристаллической решётки твёрдого тела, что обычно не полностью компенсируется энергией, выделяющейся при образовании гидратов (сольватов). Прилагая принцип Ле Шателье к равновесию между веществом в кристаллическом состоянии и его насыщенным раствором
Кристалл + Растворитель Насыщенный раствор ± Q
приходим к выводу, что в тех случаях, когда вещество растворяется с поглощением энергии, повышение температуры должно приводить к увеличению его растворимости. Если же, однако, энергия гидратации достаточно велика, чтобы образование раствора сопровождалось выделением энергии, растворимость с ростом температуры понижается. Это происходит, например, при растворении в воде многих солей лития, магния, алюминия.
При растворении твёрдых тел в воде объём системы обычно изменяется незначительно. Поэтому растворимость веществ, находящихся в твёрдом состоянии, практически не зависит от давления.
Жидкости также могут растворяться в жидкостях. Некоторые из них неограниченно растворимы одна в другой, т.е. смешиваются друг с другом в любых пропорциях, как, например, спирт и вода, другие - взаимно растворяются лишь до известного предела. Так если взболтать диэтиловый эфир с водой, то образуется два слоя: верхний представляет собой насыщенный раствор воды в эфире, а нижний - насыщенный раствор эфира в воде. В большинстве подобных случаев с повышением температуры взаимная растворимость жидкостей увеличивается до тех пор, пока не будет достигнута температура, при которой обе жидкости смешиваются любых пропорциях.
Температура, при которой ограниченная взаимная растворимость жидкостей переходит в неограниченную, называется критической температурой растворения. агрегатный молекулярный гетерогенный
Как и в случае растворения твёрдых тел, взаимное растворение жидкостей обычно не сопровождается значительным изменением объёма. Поэтому взаимная растворимость жидкостей мало зависит от давления и заметно возрастает лишь при очень высоких давлениях (порядка тысяч атмосфер).
Если в систему, состоящую из двух несмешивающихся жидкостей, ввести третье вещество, способное растворяться в каждой из этих жидкостей, то растворённое вещество будет распределяться между обеими жидкостями пропорционально своей растворимости в каждой из них. Отсюда вытекает закон распределения, согласно которому вещество, способное растворяться в двух несмешивающихся растворителях, распределяется между ними так, что отношение его концентраций в этих растворителях при постоянной температуре остаётся постоянным, независимо от общего количества растворённого вещества:
Здесь С 1 и С 2 - концентрации растворённого вещества в первом и втором растворителях; К - так называемый коэффициент распределения.
3. Способы выражения концентрации раствор ов: массовая - С%, молярная - С м и нормальная (эквивалентная) - С н
Массовая доля - отношение (обычно - процентное) массы растворённого вещества к массе раствора. Например, 15% (масс.) водный раствор хлорида натрия - это такой раствор в 100 единицах массы которого содержится 15 единиц массы NaCl и 85 единиц массы воды.
Молярная концентрация, или молярность - отношение количества растворённого вещества к объёму раствора. Обычно молярность обозначается С М или (после численного значения молярности) М. Так, 2МH 2 SO 4 означает раствор, в каждом литре которого содержится 2 моля серной кислоты, т.е. С М =2моль/л.
Эквивалентная, или нормальная концентрация - отношение числа эквивалентов растворённого вещества к объёму раствора. Концентрация, выраженная этим способом, обозначается СН или (после численного значения нормальности) буквой н. Так 2 н H 2 SO 4 означает раствор, в каждом литре которого содержится 2 эквивалента серной кислоты, т.е. СН (1/2H 2 SO 4) =2моль/л.
4. Растворы электролитов. Электролитическая диссоциация кислот, оснований, солей. Ступенчатая диссоциация
Водные растворы солей, кислот и оснований обладают особенностью - они проводят электрический ток. При этом большинство твёрдых солей и оснований в безводном состоянии, а также безводные кислоты обладают очень слабой электрической проводимостью: плохо проводит электрический ток и вода. Очевидно, что при образовании растворов подобные вещества претерпевают какие-то изменения, обуславливающие возникновение высокой электрической проводимости. Эти изменения заключаются в диссоциации соответствующих веществ на ионы, которые и служат переносчиками электрического тока.
Вещества, проводящие электрический ток своими ионами, называются электролитами. При растворении в воде и в ряде неводных растворителей свойства электролитов проявляют соли, кислоты и основания. Электролитами являются также многие расплавленные соли, оксиды и гидроксиды, некоторые соли и оксиды в твёрдом состоянии.
Кислоты
При диссоциации любой кислоты образуются ионы водорода. Поэтому все свойства, которые являются общими для водных растворов кислот, объясняются присутствием гидратированных ионов водорода. Это они вызывают красный цвет лакмуса, сообщают кислотам кислый вкус и т.д. С устранением ионов водорода, например при нейтрализации, исчезают и кислотные свойства. Поэтому теория электролитической диссоциации определяет кислоты как электролиты, диссоциирующие в растворах с образованием ионов водорода. У сильных кислот, диссоциирующих нацело, свойства кислот проявляются в большей степени, у слабых в меньшей. Чем лучше кислота диссоциирует, тем она сильнее.
Основания
Поскольку общим для всех растворов оснований является присутствие в них гидроксид-ионов, то ясно, что носителем основных свойств является гидроксид-ион. Поэтому с точки зрения теории электролитической диссоциации основания - это электролиты, диссоциирующие в растворах с отщеплением гидроксид-ионов.
Сила оснований, как и сила кислот, зависит от величины константы диссоциации. Чем больше константа диссоциации данного основания, тем оно сильнее.
Соли
Соли можно определить как электролиты, которые при растворении в воде диссоциируют, отщепляя положительные ионы, отличные от ионов водорода, и отрицательные ионы, отличные от гидроксид-ионов. Таких ионов, которые были бы общими для водных растворов всех солей, нет; поэтому соли и не обладают общими свойствами. Как правило, соли хорошо диссоциируют, и тем лучше, чем меньше заряды ионов, образующих соль.
При растворении кислых солей в растворе образуются катионы металла, сложные анионы кислотного остатка, а также ионы, являющиеся продуктами диссоциации этого сложного кислотного остатка, в том числе ионы Н + .
При диссоциации основных солей образуются анионы кислоты и сложные катионы, состоящие из металла и гидроксогрупп. Эти сложные катионы также способны к диссоциации. Поэтому в растворе основной соли присутствуют ионы ОН - .
К равновесию, которое устанавливается в растворе слабого электролита между молекулами и ионами, можно применить законы химического равновесия. Константа равновесия, отвечающая диссоциации слабого электролита, называется константой диссоциации. Величина К зависит от природы электролита и растворителя, а также от температуры, но не зависит от С раствора. Она характеризует способность данной кислоты или данного основания распадаться на ионы: чем выше К, тем легче электролит диссоциирует.
Многоосновные кислоты, а также основания двух- и более валентных металлов диссоциируют ступенчато. В растворах этих веществ устанавливаются сложные равновесия, в которых участвуют ионы различного заряда.
Первое равновесие - диссоциация по первой ступени - характеризуется константой диссоциации, обозначаемой К 1, а второе - диссоциация по второй ступени - константой диссоциации К 2 . Величины К, К 1 и К 2 связаны друг с другом соотношением
При ступенчатой диссоциации веществ распад по последующей ступени всегда происходит в меньшей степени, чем по предыдущей. Соблюдается неравенство:
К 1 >К 2 >К 3 …
Это объясняется тем, что энергия, которую нужно затратить для отрыва иона, минимальна при отрыве его от нейтральной молекулы и становится больше при диссоциации по каждой следующей ступени.
5. Классификация электролитов. Степень диссоциации. Сильные и слабые электролиты
Если бы электролиты полностью диссоциировали на ионы, то осмотическое давление (и другие пропорциональные ему величины) всегда было бы в целое число раз больше значений, наблюдаемых в растворах неэлектролитов. Но ещё Вант-Гофф установил, что коэффициент i выражается дробными числами, которые с разбавлением раствора возрастают, приближаясь к целым числам.
Аррениус объяснил этот факт тем, что лишь часть электролита диссоциирует в растворе на ионы, и ввёл понятие степени диссоциации. Степенью диссоциации электролита называется отношение числа его молекул, распавшихся в данном растворе на ионы, к общему числу его молекул в растворе.
Позже было установлено, что электролиты можно разделить на две группы: сильные и слабые электролиты. Сильные электролиты в водных растворах диссоциированны практически нацело. Понятие степени диссоциации к ним по существу неприменимо, а отклонение изотонического коэффициента i от целочисленных значений объясняется другими причинами. Слабые электролиты в водных растворах диссоциируют только частично. Поэтому число ионов в растворах сильных электролитов больше, чем в растворах слабых той же концентрации. И если в растворах слабых электролитов С ионов мала, расстояние между ними велики и взаимодействие ионов друг с другом незначительно, то в не очень разбавленных растворах сильных электролитов среднее расстояние между ионами вследствие значительной концентрации сравнительно мало. В таких растворах ионы не вполне свободны, движение их стеснено взаимным притяжением друг к другу. Благодаря этому притяжению каждый ион как бы окружен шарообразным роем противоположно заряженных ионов, получившим название "ионной атмосферы".
К сильным электролитам принадлежат все соли; из важнейших кислот и оснований к ним относятся HNO 3 , H 2 SO 4 , HClO 4 , HCl, HBr, HI, KOH, NaOH, Ba(OH) 2 , и Ca(OH) 2 .
К слабым электролитам относятся большинство органических кислот, а из важнейших неорганических соединений к ним принадлежат H 2 CO 3 , H 2 S, HCN, H 2 SiO 3 и NH 4 OH.
Степень диссоциации принято обозначать греческой буквой a и выражать либо в долях единицы, либо в процентах.
6. Реакции обмена в растворах электролитов и условия их протекания. Ионные уравнения
При нейтрализации любой сильной кислоты любым сильным основанием на каждый моль образующейся воды выделяется около 57,6 кДж теплоты. Это говорит о том, что подобные реакции сводятся к одному процессу. Если перепишем уравнение, записывая сильные электролиты в ионной форме, поскольку они существуют в растворе в виде ионов, а слабые - в молекулярной, поскольку они находятся в растворе преимущественно в виде молекул.
Рассматривая получившееся уравнение, видим, что в ходе реакции ионы Na + и Cl - не претерпели изменений. Поэтому перепишем уравнение ещё раз, исключив эти ионы из обеих частей уравнения. Получим:
Таким образом, реакции нейтрализации любой сильной кислоты любым сильным основанием сводится к одному и тому же процессу - к образованию молекул воды из ионов водорода и гидроксид-ионов. Ясно, что тепловые эффекты этих реакций тоже должны быть одинаковы.
Строго говоря, реакция образования воды из ионов обратима, что можно выразить уравнением:
Вода - очень слабый электролит и диссоциирует лишь в ничтожно малой степени. Равновесие между молекулами воды и ионами сильно смещено в сторону образования молекул. Поэтому практически реакция нейтрализации сильной кислоты сильным основанием протекает до конца
При смешивании раствора какой-либо соли серебра с соляной кислотой или с раствором любой её соли всегда образуется характерный белый творожистый осадок хлорида серебра:
Подобные реакции также сводятся к одному процессу. Для того чтобы получить его ионно-молекулярное уравнение, перепишем уравнение первой реакции, записывая сильные электролиты в ионной форме а вещество, находящееся в осадке, в молекулярной:
Как видно, ионы Н + и NО 3 - не претерпевают изменений в ходе реакции. Поэтому исключим их и перепишем уравнение ещё раз:
Это и есть ионно-молекулярное уравнение рассматриваемого процесса.
Здесь также надо иметь в виду, что осадок хлорида серебра находится в равновесии с ионами Ag + и Cl - в растворе, так что процесс, выраженный последним уравнением обратим:
Однако, вследствие малой растворимости хлорида серебра, это равновесие очень сильно смещено вправо. Поэтому можно считать, что реакция образования AgCl из ионов практически доходит до конца.
Для составления ионно-молекулярных уравнений необходимо знать, какие соли растворимы в воде и какие практически нерастворимы.
Ионно-молекулярные уравнения помогают понять особенности протекания реакций между электролитами.
7. Ионное произведение воды. Водородный показатель рН растворов. Индикаторы
Чистая вода очень плохо проводит электрический ток, но всё же обладает измеримой электрической проводимостью, которая объясняется небольшой диссоциацией воды на ионы водорода и гидроксид-ионы. Для воды и разбавленных водных растворов при неизменной температуре произведение концентраций ионов водорода и гидросид-ионов есть величина постоянная. Эта постоянная величина называется ионным произведением воды. Растворы, в которых концентрация ионов водорода и гидроксид-ионов одинаковы, называются нейтральными растворами.
Если концентрация ионов водорода в водном растворе известна, то тем самым определена и концентрация гидроксид-ионов. Поэтому как степень кислотности, так и степень щёлочности раствора можно количественно охарактеризовать концентрацией ионов водорода. Кислотность и щелочность раствора можно выразить другим, более удобным способом: вместо концентрации ионов водорода указывают её десятичный логарифм, взятый с обратным знаком. Эта величина называется водородным показателем и обозначается через рН:
Для измерения рН существуют различные методы. Приближённо реакцию раствора можно определить с помощью специальных реактивов, называемых индикаторами, окраска которых меняется в зависимости от концентрации ионов водорода. Наиболее распространённый индикатор - метиловый оранжевый, метиловый красный, фенолфтолеин.
Заключение
Растворами называются гомогенные системы переменного состава, в которых растворенное вещество находится в виде атомов, ионов или молекул, равномерно окруженных атомами, ионами или молекулами растворителя. Любой раствор состоит по меньшей мере из двух веществ, одно из которых считается растворителем, а другое - растворенным веществом. Растворителем считается компонент, агрегатное состояние которого такое же, как и агрегатное состояние раствора. Деление это довольно условно, а для веществ, смешивающихся в любых соотношениях (вода и ацетон, золото и серебро), лишено смысла. В этом случае растворителем считается компонент, находящийся в растворе в большем количестве.
Состав растворов может меняться в довольно широких пределах, в этом растворы сходны с механическими смесями. По другим признакам, таким как однородность, наличие теплового эффекта и окраски растворы сходны с химическими соединениями. Растворы могут существовать в газообразном, жидком или твердом агрегатном состоянии. Воздух, например, можно рассматривать как раствор кислорода и других газов в азоте; морская вода - это водный раствор различных солей в воде. Металлические сплавы относятся к твердым растворам одних металлов в других. Растворение веществ является следствием взаимодействия частиц растворяемого вещества и растворителя. В начальный момент времени растворение идет с большой скоростью, однако по мере увеличения количества растворенного вещества возрастает скорость обратного процесса - кристаллизации. Кристаллизацией называется выделение вещества из раствора и его осаждение. В какой-то момент скорости растворения и осаждения сравняются, и наступит состояние динамического равновесия. Раствор, в котором вещество при данной температуре уже больше не растворяется, или иначе, раствор, находящийся в равновесии с растворяемым веществом, называется насыщенным. Для большинства твердых веществ растворимость в воде увеличивается с повышением температуры. Если раствор, насыщенный при нагревании, осторожно охладить так, чтобы не выделялись кристаллы, то образуется пересыщенный раствор. Пересыщенным называется раствор, в котором при данной температуре содержится большее количество растворенного вещества, чем в насыщенном растворе. Пересыщенный раствор крайне нестабилен и при изменении условий (энергичное встряхивание или внесение активных центров кристаллизации - кристалликов соли, пылинок) образуется насыщенный раствор и кристаллы соли. Раствор, содержащий меньше растворенного вещества, чем насыщенный, называется ненасыщенным раствором.
Литература
1. Глинка Н.Л. Общая химия: - Л.: Химия 1985.-704с. Под ред. В.А. Рабиновича.
2. Фролов В.В. Химия: - М.: Высш. Шк., 1986.- 543с.
3. Киреев В.А. "Курс физической химии",М. 1975
4.Глинка. Н.Л. "Общая химия", М. 2000
5. Дей М.К., Д. Селбин "Теоретическая неорганическая химия", М. 1971
6. Николаев Л.А. "Общая и неорганическая химия" М. 1974
7. Краснов К.С. "Физическая химия" М. 2001
Размещено на Allbest.ru
...Природа растворяемого вещества и растворителя. Способы выражения концентрации растворов. Влияние температуры на растворимость газов, жидкостей и твердых веществ. Факторы, влияющие на расторимость. Связь нормальности и молярности. Законы для растворов.
лекция , добавлен 22.04.2013
Растворимость газов и твердых тел в жидкостях. Коллигативные свойства разбавленных растворов неэлектролитов и в случае диссоциации. Понятие осмотического давления. Совершенные и реальные растворы: характеристика и уравнения. Закон распределения.
лекция , добавлен 28.02.2009
Физические свойства воды, дипольный момент молекулы. Механизм образования растворов. Влияние давления, температуры и электролитов на растворимость веществ. Тепловая теорема Нернста. Главные способы выражения состава растворов. Понятие о мольной доле.
реферат , добавлен 23.03.2013
Определение растворов, их виды в зависимости от агрегатного состояния растворителя, по величине частиц растворенного вещества. Способы выражения концентрации. Факторы, влияющие на растворимость. Механизм растворения. Закон Рауля и следствие из него.
презентация , добавлен 11.08.2013
Константы и параметры, определяющие качественное (фазовое) состояние, количественные характеристики растворов. Виды растворов и их специфические свойства. Способы получения твердых растворов. Особенности растворов с эвтектикой. Растворы газов в жидкостях.
реферат , добавлен 06.09.2013
Раствор как гомогенная система, состоящая из двух или более компонентов, имеющих молекулярную, ионную или атомную степень раздробленности, его виды. Массовая и молярная доля. Примеры вычисления концентрации раствора. Растворимость твердых веществ в воде.
презентация , добавлен 01.05.2014
Классификация и особенности растворов и растворителей. Участие растворителей в кислотно-основном взаимодействии и их результаты. Протеолитическая теория кислот и оснований. Способы выражения концентрации растворов. Буферные растворы и вычисление их pH.
реферат , добавлен 23.01.2009
Растворы как твердые или жидкие гомогенные системы переменного состава, состоящие из двух или более компонентов, их классификация и типы, способы выражения концентрации. Термодинамика процессов растворения. Коллигативные свойства растворов электролитов.
контрольная работа , добавлен 19.02.2011
Понятие твёрдых растворов, типы их растворимости. Равновесие раствор-кристалл. Кривая кристаллизации. Смешанные кристаллы и соединения. Расчет и построение линии солидуса для системы GaAs-Sn с использованием основных законов и уравнений термодинамики.
курсовая работа , добавлен 04.06.2013
Зависимость температуры кипения водных растворов азотной кислоты от содержания HNO. Влияние состава жидкой фазы бинарной системы на температуру кипения при давлении. Влияние температуры на поверхностное натяжение водных растворов азотной кислоты.
Леккия №17
РАСТВОРЫ
Общая характеристика растворов.
Способы выражения концентрации растворов.
Термодинамика и механизм процесса растворения.
Растворимость.
Вода как растворитель. Значение растворов в жизнедеятельности организмов
Растворы – это гомогенные системы переменного состава, включающие два и более компонентов. Частицы компонентов раствора распределены по его объему в виде атомов, молекул или ионов (размер частиц 0,1 – 0,5 нм).
Образование растворов, в отличие от механических смесей, сопровождается изменением энтальпии, энтропии и объема системы.
По агрегатному состоянию различают газовые, жидкие и твердые растворы. Но обычно термин растворы относится к жидким системам.
Относительное содержание компонентов в растворе определяется его концентрацией.
Молярная концентрация – это количество вещества, содержащееся в одном литре раствора (моль/л):
Э
квивалентная
концентрация
– это число молей
эквивалентов вещества, содержащихся в
одном литре раствора (моль/л):
Эквивалент – это реальная или условная частица вещества, которая в кислотно-основной реакции эквивалентна одному иону водорода, а в окислительно-восстановительной эквивалентна одному электрону.
Масса одного моля эквивалентов называется молярной массой эквивалента вещества (Э). В разных реакциях одно и то же вещество может иметь разные эквиваленты.
Моляльная концентрация – это количество вещества, содержащееся в одном килограмме растворителя (моль/кг):
М
ассовая
доля
равна отношению массы растворенного
вещества к массе раствора:
М
олярная
доля
равна отношению количества
растворенного вещества в общему
количеству веществ в растворе:
К
ак
правило, вещество обладает определенной
растворимостью в данном растворителе.
Подрастворимостью
понимают
концентрацию вещества в насыщенном
растворе.
3. Термодинамика и механизм процесса растворения
Растворение – сложный физико-химический процесс, включающий три основные стадии, каждая из которых характеризуется изменениями термодинамических функций Н иS:
разрушение химических и межмолекулярных связей в растворяемом веществе (например, разрушение кристаллической решетки): Н 1 >0,S 1 >0
химическое взаимодействие частиц растворенного вещества с растворителем (сольватация): Н 2 <0,S 2 <0
равномерное распределение частиц растворенного вещества в среде растворителя путем диффузии: Н 3 >0,S 3 >0
Согласно 2-му закону термодинамики условием самопроизвольности процесса растворения является убыль энергии Гиббса:
G=H-TS< 0,
которая складывается из энтальпийного Н и энтропийногоTSфакторов.
Растворение газов в жидкостях приводит к упорядочению системы и, следовательно, сопровождается уменьшением энтропии: S р-ния <0. Движущей силой процесса растворения в этом случае является энтальпийный фактор и растворение большинства газов является процессом экзотермическим:Н р-ния <0. Таким образом, самопроизвольное растворение газов возможно при низких температурах (|Н| > |TS|)
Растворение жидких и твердых веществ в жидкостях приводит к увеличению беспорядка в системе и увеличению энтропии: S р-ния >0. Суммарный тепловой эффект процесса растворения определяется в основном слагаемымиН 1 иН 2 и в зависимости от их соотношения может и быть и положительным (NaCl), и отрицательным (NaOH). Растворение большинства кристаллических веществ – процесс эндотермическийН р-ния >0, так как энергия, затрачиваемая на разрушение кристаллической решетки не компенсируется энергией, выделяемой за счет сольватации. Таким образом, самопроизвольному растворению большинства твердых веществ способствуют высокие тепмературы (|Н| < |TS|).
Растворы, образование которых не сопровождается изменениями объема системы и тепловыми эффектами (V=0,Н=0), называютидеальными . Движущей силой образования идеального раствора является увеличение энтропии системы. Идеальный раствор – понятие абстрактное. Реальные системы могут лишь приближаться к идеальным. Наиболее близки к модели идеального раствора системы, в которых компоненты близки по свойствам и практически не взаимодействуют друг с другом (например, раствор толуола в бензоле). Приближаются по свойствам к идеальным бесконечно разбавленные растворы, в которых взаимодействиях сводятся к минимуму за счет низкой концентрации растворенного вещества.
4. Растворимость
Под растворимостью понимают концентрацию растворенного вещества в насыщенном растворе.
Растворимость выражают в тех же единицах, что и концентрацию. Часто используют коэффициент растворимости s, равный массе растворенного вещества (г) в насыщенном растворе, содержащем 100 г растворителя.
Насыщенным называют раствор, который находится в равновесии с избытком растворяемого вещества (G р-ния =0). Насыщенный раствор имеет максимально возможную в данных условиях концентрацию.
Растворимость зависит:
от природы растворенного вещества и растворителя;
от температуры;
от давления;
от присутствия третьих компонентов.
Влияние природы компонентов на растворимость определяется принципом:подобное растворяется в подобном . Полярные растворители, например, вода, хорошо растворяют вещества с ионной связью (неорганические соли, кислоты и основания). Хорошей растворимостью в воде обладают полярные органические соединения, образующие с молекулами растворителя водородные связи (спирты, карбоновые кислоты, амины). Неполярные растворители, например, углеводороды, растворяют неполярные и малополярные соединения (жиры).
Влияние температуры на растворимость зависит от теплового эффекта растворения и определяется принципом Ле Шателье. Повышению растворимости газов способствует понижение температуры, так как растворение газов – процесс экзотермический. Растворимость большинства твердых веществ и жидкостей - процесс эндотермический и возрастает при повышении температуры.
Влияние давления существенно только в том случае, если при растворении происходит значительное изменение объема системы, что наблюдается при растворении газов в жидкостях. Растворимость газов растет с увеличением давления, так как сопровождается уменьшением объема системы.
Закон Генри:
Количество газа, растворенного в определенном объеме жидкости при постоянной температуре прямо пропорционально давлению газа.
c (X ) = K г p (X )
где c(X) – молярная концентрация газа,моль/л
K г - константа Генри, моль/лПа
p(X) – давление газа над раствором, Па
Влияние присутствия третьих компонентов.
Растворимость газов в жидкостях значительно снижается в присутствии электролитов (солей) Этот процесс называют высаливанием .
Закон Сеченова:
Растворимость газов в жидкостях в присутствии электролитов понижается.
С(X) = С 0 (X)
где С(X) – растворимость газа в присутствии электролита
С 0 (X) – растворимость газа в чистом растворителе
К С - константа Сеченова
С э - концентрация электролита
Биологическое значение законов Генри и Сеченова.
Изменение растворимости газов в крови при изменении давления может привести к тяжелым заболеванием. Кесонная болезнь у водолазов – проявление закона Генри. В соответствии с законом Сеченова растворимость кислорода и углекислого газа в крови зависит от концентрации электролитов, а также белков, липидов и других веществ.
5. Вода как растворитель. Значение растворов в жизнедеятельности организмов
Самым распространенным растворителем на нашей планете является вода. У животных и растительных организмов содержание воды составляет обычно более 50%, а в ряде случаев достигает 90-95%.
Вода хорошо растворяет многие ионные и полярные соединения. Такое свойство воды связано с ее высокой диэлектрической проницаемостью (= 78,5). В результате многие ионные соединения диссоциируют и отличаются высокой растворимостью в воде. Другой класс веществ, хорошо растворимых в воде, составляют полярные органические соединения (спирты, альдегиды, кетоны). Их растворимость обусловлена образованием водородных связей с молекулами воды.
Важны и другие аномальные свойства воды: высокое поверхностное натяжение, низкая вязкость, высокие температуры плавления и кипения, более высокая плотность в жидком состоянии, чем в твердом.
Вследствие высокой полярности вода вызывает гидролиз веществ (эфиров, амидов и др.). Так как вода составляет основную часть внутренней среды организма, то она обеспечивает процессы всасывания, передвижения питательных веществ и продуктов обмена в организме.
Важнейшие биологические жидкости – кровь, лимфа, моча, слюна, пот являются растворами солей, белков, углеводов, липидов в воде. Биохимические процессы в живых организмах протекает в водных растворах.
В жидких средах организма поддерживается постоянство рН, концентрации солей и органических веществ, постоянство осмотического давления. Такое постоянство называется гомеостазом. Приведенные примеры показывают, что учение о растворах представляет особый интерес для медиков.
