Вода. Свойства воды как растворителя.

Растворы. Титриметрический анализ.

Цель занятия:

Научить студентов готовить растворы разной концентрации, используя различную химическую посуду; познакомиться с титриметрическим анализом и его применением на практике.

 

Студент должен знать:

Свойства воды как универсального растворителя, понятие о растворах, классификация растворов, способы выражения концентраций, методы приготовления растворов, основы титриметрического анализа.

 

Студент должен уметь:

Решать задачи, готовить растворы различной концентрации, определять концентрацию неизвестного раствора методом титрования.

Вода. Свойства воды как растворителя.

Самым распространенным растворителем на земле является вода. Организмы животных и растений содержат от 50 до 90% воды. В организме человека вода составляет около 65% от массы тела. Большая часть воды в организме находится внутри клеток (70%), около 23% составляет межклеточная вода, а остальная (7%) находится внутри кровеносных сосудов и в составе плазмы крови. Потеря организмом человека более 10% воды может привести к смерти. При продолжительности жизни 70 лет человек потребляет 25т воды.

Многие лекарственные средства представляют собой водные растворы веществ. Для их приготовления обычно используется дистиллированная вода. Эту воду получают путем кипячения воды и последующей конденсацией водяного пара; данный процесс называется перегонкой (дистилляцией), он позволяет очисть водопроводную воду от содержащихся в ней примесей.

В табл. приведены для сравнении физико-химические свойства воды других растворителей. Вследствие своих аномальных свойств вода -универсальный растворитель.

 

Таблица. Физико - химические свойства растворителей.

 

Свойство	Вода	Спирт	Гексан
Температура плавления (замерзания), К
Температура кипения, К
Плотность, кг/м3 при 277 К при 273К при 293 К	916,7 999,9
Молярная теплоемкость С, Дж/моль∙К	75,3
Молярная теплота плавления, кДж/моль	6,00	5,02
Диэлектрическая проницаемость	78,5	25,2	1,9
Молярная теплота испарения, кДж/моль	40,8	39,3	31,5
Вязкость, Н∙с/м2 при 293 К	0,001	0,0012	0,0032
Дипольный момент* Кл∙м	6,1∙10-30	5,7∙10-30
Поверхностное натяжение, Н/м при 293 К	0,0728	0,0223	0,0184

^* 1∙ 10^-30 Кл∙м=1D

 

Прежде всего, вода хорошо растворяет ионные и многие полярные соединения. Такое свойство воды связано в значительной мере с ее диэлектрической проницаемостью (ε=78,5). Поскольку силы притяжения между ионами, согласно закону Кулона, меняются обратно пропорционально величине ε, притяжение между ионами уменьшается примерно в восемьдесят раз при растворений ионных соединений в воде. В результате многие ионные соединения диссоциируют и отличаются высокой растворимостью в воде.

Другой многочисленный класс веществ, хорошо растворимых в воде, включает такие полярные органические соединения, как сахара, альдегиды, кетоны, спирты. Их растворимость в воде объясняется склонностью молекул воды к образованию полярных связей с полярными функциональными группами этих веществ, например, с гидроксильными группами спиртов и сахаров или с атомом кислорода карбонильной группы альдегидов и кетонов.

Важны и другие аномальные свойства воды: высокое поверхностное натяжение, низкая вязкость, высокие температуры плавления и кипения и более высокая плотность в жидком состоянии, чем в твердом.

Молекула воды образуется из двух атомов водорода и атома кислорода. Угол между связями составляет 104,5°. В результате ассиметрии в распределении электронов вокруг атома кислорода центр отрицательного электрического заряда (неподеленной пары) электронного облака не совпадает с центром положительного заряда атома кислорода. Это приводит к появлению большого электрического дипольного момента молекулы воды, определяющего ее полярные свойства и хорошую растворимость полярных и низкую растворимость неполярных веществ в воде.

Для воды характерно наличие ассоциатов – групп молекул, соединенных водородными связями. В зависимости от сродства к воде функциональные группы растворяемых частиц подразделяются на гидрофильные (притягивающие воду), легко сольватируемые водой, гидрофобные (отталкивающие воду) и дифильные.

К гидрофильным группам относятся полярные функциональные группы: гдроксильная –ОН, амино – NH₂, тиольная –SH, карбоксильная –СООН. К гидрофобным – неполярные группы, например, углеводородные радикалы: СН₃– (СН₂)n–, С₆Н₅–. К дифильным относят вещества (аминокислоты, белки, нуклеиновые кислоты), молекулы которых содержат как гидрофильные группы: –ОН, –SH, – NH₂, СООН., так и гидрофобные группы: СН₃– (СН₂)n–, С₆Н₅–.