Тема 3.2. Розчини і розчинність

План

Розчин, його склад.

1. Концентрація розчинів.**
2. Розчинність.*
3. Осмос та осмотичний тиск.**
4. Тиск пари розчинів. Закон Рауля.**

1. Більшість реакцій, які відбуваються в хімії протікають в розчинах. Розчини мають важливе значення в житті і практичній діяльності людини. Так, процеси засвоєння їжі людиною і тваринами пов’язані з переведенням харчових речовин у розчин. Розчинами є всі найважливіші фізіологічні рідини (кров, лімфа). Виробництва, в основі яких лежать хімічні процеси, звичайно пов’язані з використанням розчинів.

Розчин – тверда або рідка гомогенна система, що складається з двох чи більшої кількості компонентів (складових частин), відносні кількості яких можуть змінюватися в широких межах. Найважливіший вид розчину – рідкі розчини.

Будь-який розчин складається з розчинених речовин і розчинника, тобто середовища, в якому ці речовини рівномірно розподілені у вигляді молекул або йонів. Звичайно розчинником вважають той компонент, який у чистому вигляді існує в такому самому агрегатному стані, що й добутий розчин. Коли ж обидва компонента до розчинення перебували в однаковому агрегатному стані, то розчинником вважається компонент, якого є більша кількість.

Однорідність розчинів робить їх дуже подібними до хімічних сполук. Відмінність розчину від хімічних сполук полягає в тому, що склад розчину може змінюватися в широких межах. Несталість складу розчинів наближає їх о механічних сумішей, але від останніх вони різко відрізняються своєю однорідністю. Отже, розчини займають проміжне положення між механічними сумішами і хімічними сполуками.

2. Концентрація розчину – кількість розчиненої речовини, яка є в певній кількості розчину або розчинника. Розчини з великою концентрацією розчиненої речовини називаються концентрованими, з малою – розбавленими.

Способи вираження концентрації розчинів:

1) Числом одиниць маси розчиненої речовини, які є в 100 одиницях маси розчину (процентна концентрація або масова частка);

2) Числом молів розчиненої речовини, які є в 1 л розчину (молярна концентрація);

3) Числом еквівалентів розчиненої речовини, які є в 1 л розчину (нормальна концентрація);

4) Числом молів розчиненої речовини, які є в 1000 г розчинника (моляльна концентрація);

5) Відношенням числа молів певної речовини до загального числа молів усіх речовин, які є в розчині (мольна частка)

3. Розчинність – здатність речовини розчинятися в тому чи іншому розчиннику. Мірою розчинності речовини за певних умов є концентрація її насиченого розчину. Часто розчинність виражають числом одиниць маси безводної речовини, що насичує за певних умов 100 одиниць маси розчинника (коефіцієнт розчинності).

Звичайно речовини, що складаються з полярних молекул, і речовини з йонним типом зв’язку краще розчиняються у полярних розчинниках (вода, спирти, рідкий аміак), а неполярні речовини – в неполярних розчинниках (бензол, сірковуглець).

Розчинність більшості речовин зменшується із зниженням температури, тому при охолодженні гарячих насичених розчинів надлишок розчиненої речовини звичайно виділяється. Проте якщо охолоджувати обережно і повільно, захистивши при цьому розчин від можливості потрапляння у нього часточок розчиненої речовини ззовні, то виділення її з розчину може і не статися. У цьому випадку матимемо розчин, що містить значно більше розчиненої речовини, ніж її потрібно для насичення при певній температурі. Такі розчини називаються перенасиченими.

4. Розчин є гомогенною системою. Частинки розчиненої речовини і розчинника перебувають у безладному тепловому русі і рівномірно розподіляються по всьому об’єму розчину.

Якщо налити в циліндр концентрований розчин будь-якої речовини, наприклад цукру, а зверху нього обережно налити шар більш розбавленого розчину цукру, то утворена таким способом система спочатку буде неоднорідної. Але через деякий час молекули цукру і води знову рівномірно розподіляться по всьому об’єму рідини. Такий самовільний процес переміщення речовини, що приводить до вирівнювання її концентрації, називається двосторонньою дифузією.

Інакше буде, якщо ж між двома розчинами поставити перегородку, через яку розчинник може проходити, а розчинена речовина – не може.

Візьмемо посудину з напівпроникними стінками, яка вгорі переходить у вузьку вертикальну трубку. Наповнимо посудину розчином цукру і зануримо в посудину з водою. Молекули води в більшій кількості дифундують у розчин, ніж назад, тому об’єм розчину поступово збільшуватиметься, а концентрація цукру в ньому зменшуватиметься (осмос – одностороння дифузія через напівпроникну перегородку). Внаслідок осмосу об’єм розчину поступово збільшуватиметься і розчин почне заповняти вертикальну трубку. Із підняттям рівня розчину в трубці виникатиме надлишковий тиск водяного стовпа, що вимірюється різницею рівнів рідини; цей тиск протидіє проникненню молекул води у розчин. Коли гідростатичний тиск досягне певної величини, осмос припиниться – настане рівновага. Гідростатичний тиск дорівнюватиме тому тиску, який є кількісною характеристикою осмосу, - осмотичному тиску розчину.

Прилад для вимірювання осмотичного тиску:

1 – посудина з водою; 2 – посудина з напівпроникними стінками; 3 - трубка

Величина осмотичного тиску залежить від концентрації розчину і його температури, але не залежить від природи розчиненої речовини і розчинника. Вант-Гофф встановив таку залежність:

P = 1000CRT, де

Р – осмотичний тиск розчину, Па

С – молярна концентрація,

Т- абсолютна температура розчину

5. При певній температурі тиск насиченої пари над кожною рідиною – величина стала. Досвід показує, що при розчиненні в рідині будь-якої речовини тиск насиченої пари цієї рідини знижується. Отже, тиск насиченої пари розчинника над розчином завжди нижчий, ніж над чистим розчинником при такій самій температурі. Різницю між цими величинами прийнято називати зниженням тиску пари над розчином.

Відношення величини цього зниження до тиску насиченої пари над чистим розчинником називається відносним зниженням тиску пари над розчином.

Позначимо тиск насиченої пари розчинника над чистим розчинником через р₀, а над розчином – через р. Тоді відносним зниженням тиску пари над розчином буде дріб: .

У 1887р. фізик Рауль, вивчаючи розчини різних нелетких рідин і речовин у твердому стані, встановив закон, що пов’язує зниження тиску пари над розбавленими розчинами неелектролітів з концентрацією:

Відносне зниження тиску насиченої пари розчинника над розчином дорівнює мольній частці розчиненої речовини.

Математичним вираженням закону Рауля є рівняння:

_, де N₂ – мольна частка розчиненої речовини

Контрольні запитання:

1. Які системи називаються розчинами? Склад розчинів.
2. Що називається концентрацією розчину? Способи вираження концентрації розчинів.
3. Яку масу калій хлориду потрібно використати для одержання розчину солі масою 200 г з масовою часткою речовини 30%?
4. При частковому випаровуванні 800 г калій хлориду з масовою часткою солі 30% виділили 200мл води. Визначте масову частку в одержаному розчині.
5. Визначте маси розчинів сульфатної кислот з масовими частками 60% та 10%, які необхідно використати для приготування 600 мл розчину кислоти з ρ=1,218 г/см³ w=0,3.

 

Література:

1. Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов. – Л.: Химия, 1979. – Гл. VІІ, §§ 73-79, с. 213-228.
2. Хомченко Г.П. Химия. – М.: Высшая школа, 1981. – Ч. І, Гл. 5, §§ 36-38, с. 45-49.