VI. Растворы. Способы выражения концентрации

Раствором называют гомогенную систему, состоящую из двух или более компонентов, содержание которых может изменяться в широких пределах без нарушения однородности.

По агрегатному состоянию растворы бывают жидкие (раствор NaCl в воде), твёрдые (сплавы металлов) и газообразные (смеси газов).

Наиболее распространены жидкие растворы. Они состоят из растворителя (жидкости) и растворённых веществ (жидких, твёрдых, газообразных). Жидкость + жидкое вещество (раствор H₂SO₄ в воде), жидкость + твёрдое вещество (раствор сахара в воде), жидкость + газообразное вещество (раствор О₂ в воде).

При смешивании некоторых веществ с водой образуются не растворы, а мутные смеси (взвеси).

Взвеси, в которых мелкие частицы твёрдого вещества равномерно распределены между молекулами воды, называются суспензиями (смесь глины с водой).

Взвеси, в которых мелкие капельки какой-либо жидкости равномерно распределены между молекулами другой жидкости, называют эмульсиями (растительное масло с водой).

Растворение — сложный физико-химический процесс. Разрушение структуры растворяемого вещества и распределение его частиц между молекулами растворителя - это физический процесс. Одновременно происходит взаимодействие молекул растворителя с частицами растворённого вещества, т. е. химический процесс. В результате этого взаимодействия образуются сольваты.

Сольваты- продукты переменного состава, которые образуются при химическом взаимодействии частиц растворённого вещества с молекулами растворителя. Если растворителем является вода, то образующиеся сольваты называются гидратами.

Процесс образования сольватов (гидратов) называется сольватацией (гидратацией).

 

Насыщенный раствор- раствор, в котором данное вещество при данной температуре больше не растворяется, а раствор, в котором ещё может раствориться данное вещество - ненасыщенный.

Процесс выделения вещества путём испарения или охлаждения его насыщенного раствора называется перекристаллизацией.

Для качественной характеристики растворов используют понятия «разбавленный раствор» (содержит мало растворённого вещества) и «концентрированный раствор» (содержит много растворённого вещества).

Плотность раствора (ρ) - отношение массы раствора к объёму.

Количественный состав растворов выражается различными способами:

1. Массовая доля (w) растворённого вещества (%) - отношение массы растворённого вещества к общей массе раствора:

w = (т(в-ва)-100%) / т(р-ра).

2. Мольные доли - отношение числа молей данного вещества к общему числу
молей всех веществ, находящихся в растворе:

N₂ = n₂ / (п, + п₂),

где N₂ — мольная доля растворённого вещества; п₁ и п₂ — число молей растворителя и растворённого вещества.

3. Молярная концентрация (или молярность, М) - число молей растворённого вещества, содержащееся в 1 л раствора. Например, 2 М H₂SO₄ означает раствор H₂SO₄, в каждом литре которого содержится 2 моля, т.е. 2x98= 196 г H₂SO₄.

4. Эквивалентная концентрация (или нормальность, н.) — число эквивалентов растворённого вещества, содержащееся в 1 л раствора. Например, 2н. H₂SO₄ означает раствор H₂SO₄, в каждом литре которого содержится 2 эквивалента, т.е. 98 г H₂SO₄.

5. Моляльная концентрация (или моляльность, m) -число молей растворённого вещества, приходящегося на 1000 г растворителя. Например, 2 m H₂SO₄ означает раствор H₂SO₄, в котором на 1000 г воды приходится 2 моля H₂SO₄.

6. Титр раствора (Т, г/мл) - число граммов растворённого вещества в 1 мл
раствора.

 

 

157. В какой массе воды надо растворить 67,2 л НСl (объём измерен при
нормальных условиях), чтобы получить 9%-ный (по массе) раствор НСl?

 

164. Найти массу NaNO₃, необходимую для приготовления 300 мл 0,2 М
раствора.

Свойства растворов

Относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором равно мольной доле растворённого вещества (закон Рауля, 1887 г.):

N₂ = (ρ_о -ρ) /ρ_о,

где N2 - мольная доля растворённого вещества; ρ₀ - давление насыщенного пара растворителя над чистым растворителем, ρ - давление насыщенного пара растворителя над раствором.

Растворы, подчиняющиеся закону Рауля, называют идеальными.

Осмотическое давление разбавленного раствора равно тому давлению, которое производило бы растворённое вещество, если бы оно в виде газа при той же температуре занимало тот же объём, что и раствор (закон Вант-Гоффа).

Диффузия - самопроизвольный перенос вещества из области с большей концентрацией в область с меньшей концентрацией.

Односторонняя диффузия растворителя в раствор через полупроницаемую перегородку называется осмосом. Объём раствора в результате осмоса увеличивается, при этом возникает давление на стенки сосуда, в котором находится раствор. Это давление называется осмотическим.

Величина осмотического давления зависит от концентрации раствора и от его температуры, но не зависит ни от природы растворённого вещества, ни от природы растворителя.

Растворы, имеющие одинаковое осмотическое давление, называются изотоническими.

Изотонический коэффициент i (коэффициент Вант-Гоффа) -поправочный коэффициент, отражающий увеличение числа частиц в растворах электролитов по сравнению с растворами неэлектролитов той же концентрации.

Криоскопия - физико-химический метод исследования жидких растворов нелетучих веществ, основанный на измерении понижения температуры замерзания раствора по сравнению с температурой замерзания чистого растворителя.

Криоскопическая постоянная (константа) растворителя -величина понижения температуры замерзания раствора, в котором содержится 1 моль растворённого вещества в 1 кг растворителя.

Температурой кристаллизации (замерзания) раствора считают температуру, при которой начинается образование кристаллов.

Эбуллиоскопия - метод изучения жидких растворов нелетучих веществ, основанный на измерении повышения температуры кипения раствора по сравнению с температурой кипения чистого растворителя.

Эбуллиоскопическая постоянная (константа) растворителя — величина повышения температуры кипения раствора, в котором содержится 1 моль растворённого вещества в 1 кг растворителя.

Понижение температуры замерзания Δt_зам и повышение температуры кипения Δt_кип раствора электролита находят по формулам:

Δt_зам = i·K·C_т;

Δt_кип = i·E·C_т,

где i - изотонический коэффициент; С_т - моляльная концентрация электролита; К и Е - соответственно криоскопическая и эбуллиоскопическая постоянные растворителя.

Для вычисления осмотического давления (Р_осм, кПа) раствора электролита используют формулу

Р_осм = i·C_М ·R·Т,

где i - изотонический коэффициент; С_М - молярная концентрация электролита, моль/л; R - универсальная газовая постоянная, 8,314 Дж/(мольхК); Т— абсолютная температура, К.

Изотонический коэффициент связан со степенью диссоциации электролита соотношением

α = (i-l) / (k-1)

где k — число ионов, на которые распадается при диссоциации молекула электролита (для КС1 k=2, для ВаС 1 ₂ и Na₂SO₄ k = 3 и т. д.).

171.

 

195. Раствор, содержащий 1,22 г бензойной кислоты С₆Н₅СООН в 100 г сероуглерода, кипит при 46,529°С. Температура кипения сероуглерода 46,3°С. Вычислите эбуллиоскопическую константу сероуглерода.

200. При 0°С осмотическое давление 0,1 н. раствора карбоната калия равно
272,6 кПа. Определить кажущуюся степень диссоциации К₂СО₃ в растворе.

201. Найти изотонический коэффициент для 0,2 М раствора электролита, если
известно, что в 1 л этого раствора содержится 2,18 х 10²³ частиц (молекул и
ионов) растворенного вещества.

202. Вычислите при 100°С давление насыщенного пара воды над раствором,
содержащим 5 г гидроксида натрия в 180 г воды. Кажущаяся степень диссоциации NaOH равна 0,8.