Общая и неорганическая химия (стр. 21 из 48)

Рисунок 3. Построение кривых охлаждения

Диаграмма состояния показывает, какую структуру будет иметь медленно охлажденный сплав при любой температуре.

22. Растворы как многокомпонентные системы. Способы выражения состава растворов. Молярная доля, массовая доля. Молярная концентрация, молярная концентрация эквивалентов, моляльная концентрация

Растворы – это однородные (гомогенные) дисперсные системы, состоящие из двух или большего числа компонентов (относительные количества которых могут меняться в широких пределах) и продуктов их взаимодействия.

Растворы занимают промежуточное положение между механическими смесями (растворы характеризуются непостоянством своего состава и могут быть разделены на составные части) и химическими соединениями (растворы однородны, устойчивы, образование растворов сопровождается энергетическим эффектом).

В настоящее время установлено, что при растворении молекулы растворяемого вещества связываются с молекулами растворителя, при этом образуются сольваты (если растворитель вода, то образуются гидраты). На разрушение связей между молекулами энергия затрачивается, а при образовании гидрата (сольвата) энергия выделяется; разница между этими энергиями будет наблюдаться в виде теплового эффекта растворения, которая может быть как положительной, так и отрицательной.

Способы выражения концентрации растворов.

1) Массовая доля раствора щ (х). Выражается отношением массы растворенного вещества m(х) к массе раствора.

Является величиной безразмерной или выражается в процентах:

Например, 15%-ный раствор: массовая доля щ (х) = 0,15

2) Молярная концентрация раствора С(х). Выражается отношением количества растворенного вещества n(x) к объему раствора, выраженному в литрах.

Т.к. количество вещества n(x) выражается отношением массы вещества m(x) к его молярной массе M(x), то молярную концентрацию раствора удобно выразить как

Концентрация — величина, характеризующая количественный состав раствора.

Согласно правилам ИЮПАК, концентрацией растворённого вещества (не раствора) называют отношение количества растворённого вещества или его массы к объёму раствора (моль/л, г/л), то есть это соотношение неоднородных величин.

Те величины, которые являются отношением однотипных величин (отношение массы растворённого вещества к массе раствора, отношение объёма растворённого вещества к объёму раствора) правильно называть долями. Однако на практике для обоих видов выражения состава применяют термин концентрация и говорят о концентрации растворов.

Существует много способов выражения концентрации растворов. Массовая доля (также называют процентной концентрацией)

Массовая доля — отношение массы растворённого вещества к массе раствора. Массовая доля измеряется в долях единицы.

где:

m1 — масса растворённого вещества, г ;

m — общая масса раствора, г.

Массовое процентное содержание компонента, m%

m%=(mi/Уmi)*100

Молярность (молярная объёмная концентрация)

Молярная концентрация — количество растворённого вещества (число молей) в единице объёма раствора. Молярная концентрация в системе СИ измеряется в моль/мі, однако на практике её гораздо чаще выражают в моль/л или ммоль/л. Также распространено выражение в «молярности». Возможно другое обозначение молярной концентрации CM, которое принято обозначать М. Так, раствор с концентрацией 0,5 моль/л называют 0,5-молярным. Примечание: термин «моль» не склоняется по падежам. После цифры пишут «моль», подобно тому, как после цифры пишут «см», «кг» и т. д.

где:

н — количество растворённого вещества, моль;

V — общий объём раствора, л.

Эквивалентная концентрация сeqB растворенного вещества В – это отношение эквивалентного количества вещества neqB к объему раствора:

сeqB = neqB /V(p).

Единица эквивалентной концентрации – моль/л.

Раствор, в котором эквивалентная концентрация растворенного вещества равна сeqB (моль/л), характеризуется нормальноcтью, численно равной значению сeqB; обозначение нормальности раствора – н. (поcле числа). Например, раствор с эквивалентной концентрацией серной кислоты сeq(H2SO4) = 1 моль/л. может быть обозначен как 1 н. H2SO4 (однонормальный раствор серной кислоты в воде).

Эквивалентная концентрация растворенного вещества и нормальность раствора определяются эквивалентным количеством растворенного вещества и, следовательно, как и последнее, зависят от эквивалентного числа, постоянного только для конкретной реакции, причем сeqB = zBсB

Моляльная концентрация Cml (моль/кг) - это отношение количества растворенного вещества n к массе растворителя msol:

Cml = n

-----

msol

Моляльная концентрация не зависит от температуры раствора, т.к. масса раствора при различных температурах остается постоянной; а объем раствора, изменяется с изменением его температуры.

Обратите внимание, на то, что несмотря на созвучность в названиях: молярная и моляльная - это различные способы выражения концентрации растворенного вещества в растворе

Способы выражения состава раствора Важнейшей характеристикой раствора является его состав. Состав определяет раствор как в качественном отношении (из каких компонентов состоит раствор), так и в количе-ственном (в каких относительных количествах тот или иной компонент содержится в растворе).Существует много способов выражения количественного состава. Рассмотрим основные из них.

1. Молярная доля(х_i) - отношение количества вещества (моль) компонента n_i, содержащегося в данной системе, к общему числу молей в системе En_i.

X_i =n_i/Еn_i. (11.1)

2.Объемная доля (фi) - отношение объема компонента (Vi), содержащегося в систе-ме, к общему объему V:

(Pi = Vi,/ V(11.2)

3.Массовая доля (a>i) - отношение массы компонента m_i к массе смеси Emi.

co_i = mi /Emi.(11.3)

4.Молярная концентрация (c_i) - отношение количества вещества n_i (моль), содержащегося в системе, к объему этой системы V:

Ci = ni/ V(11.4)

5.Молярностъ растворенного вещества (b_i) - отношение количества растворенно-го компонента n_iк массе вещества растворителяm_p. Обычно рассматривают содержание в 1000 г растворителя.(bi) = n_i /m_p[моль/кг](11.5)

6.Молярная концентрация эквивалента (c_i^f) - отношение количества эквивалентоврастворенного вещества n_i^fк объему системы V

ci = n_i^f / V(11.6)

23. Свойства растворов неэлектролитов. Явление осмоса. Закон Вант-Гоффа. Давление насыщенного пара растворителя над раствором. Первый и второй законы Рауля

Первый закон Рауля связывает давление насыщенного пара над раствором с его составом; он формулируется следующим образом:

Парциальное давление насыщенного пара компонента раствора прямо пропорционально его мольной доле в растворе, причём коэффициент пропорциональности равен давлению насыщенного пара над чистым компонентом.

Для бинарного раствора, состоящего из компонентов А и В (компонент А считаем растворителем) удобнее использовать другую формулировку:

Относительное понижение парциального давления пара растворителя над раствором не зависит от природы растворённого вещества и равно его мольной доле в растворе.

Растворы, для которых выполняется закон Рауля, называются идеальными. Идеальными при любых концентрациях являются растворы, компоненты которых очень близки по физическим и химическим свойствам (оптические изомеры, гомологи и т. п.), и образование которых не сопровождается изменением объёма и выделением либо поглощением теплоты. В этом случае силы межмолекулярного взаимодействия между однородными и разнородными частицами примерно одинаковы, и образование раствора обусловлено лишь энтропийным фактором. Отклонения от закона РауляРастворы, компоненты которых существенно различаются по физическим и химическим свойствам, подчиняются закону Рауля лишь в области очень малых концентраций; при больших концентрациях наблюдаются отклонения от закона Рауля. Случай, когда истинные парциальные давления паров над смесью больше, чем вычисленные по закону Рауля, называют положительными отклонениями. Противоположный случай, когда парциальные давления паров компонентов оказываются меньше вычисленных — отрицательные отклоненияПричиной отклонений от закона Рауля является то обстоятельство, что однородные частицы взаимодействуют друг с другом иначе, чем разнородные (сильнее в случае положительных и слабее в случае отрицательных отклонений).Реальные растворы с положительными отклонениями от закона Рауля образуются из чистых компонентов с поглощением теплоты (ДНраств > 0); объём раствора оказывается больше, чем сумма исходных объёмов компонентов (ДV > 0). Растворы с отрицательными отклонениями от закона Рауля образуются с выделением теплоты (ДНраств < 0); объём раствора в этом случае будет меньше, чем сумма исходных объёмов компонентов (ДV < 0).

Второй закон Рауля

Тот факт, что давление паров над раствором отличается от давления паров над чистым растворителем, существенно влияет на процессы кристаллизации и кипения. Из первого закона Рауля выводятся два следствия, касающиеся понижения температуры замерзания и повышения температуры кипения растворов, которые в объединённом виде известны как второй закон Рауля. Понижение температуры кристаллизации растворов