Химия как раздел естествознания Основные задачи современной химии (стр. 14 из 68)

PCRT (2.15)

где Р – осмотическое давление раствора; С – его молярная концентрация; Т – абсолютная температура; R – универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж/моль∙К,

или _PV ^mRT (2.16) M

где m – масса растворенного вещества; M – молекулярная масса растворенного вещества; V – объем раствора, а R – универсальная газовая постоянная, равная 8,314 кДж/моль∙К.

Пользуясь (2.16), можно по величине осмотического давления определить неизвестную молекулярную массу растворенного вещества. Например, если осмотическое давление раствора, в 250 мл которого содержится 3 г сахара при температуре 12⁰С, равно 83,14 кПа, то можно определить молекулярную массу сахара: 83,14∙0,25 = 3∙8,314(373+12)/М; отсюда, М = 342 г/моль.

Индивидуальные вещества характеризуются строго определенными значениями температуры при переходе из одного агрегатного состояния в другое (температурой фазового перехода). Так, вода при атмосферном давлении (101,3 кПа) кипит при 100⁰С, а замерзает при 0⁰С. Присутствие растворенного вещества повышает температуру кипения раствора и понижает температуру его замерзания. В 1887 году французский химик Рауль установил закон, в соответствии с которым для разбавленных растворов неэлектролитов повышение температуры кипения и понижение температуры замерзания определяются следующим соотношением:

(2.17)

где E – эбуллиоскопическая константа и К – криоскопическая константа; m_в – масса растворѐнного вещества, г; М – молекулярная масса растворѐнного вещества; m_р – масса растворителя, г. Эбуллиоскопическая и криоскопическая константы зависят только от природы растворителя, но не зависят от природы растворенного вещества. Например, для воды К равна 1,86, а Е равна 0,52; для бензола К=5,07; Е=2,6.

2.7. Вопросы и задания:

1. Какие способы выражения концентрации растворов вы знаете?

2. Как изменяется степень диссоциации при разбавлении раствора?

3. Растворимость фосфорнокислого серебра Ag₃PO₄ в воде при 20⁰С равна 0,0065 г/л. Рассчитайте значение произведения растворимости этого соединения.

4. Рассчитайте массовую долю соли в растворе, полученном при смешении 150 г 2% раствора и 350 г 4% раствора.

5. Какова молярная концентрация 1 л раствора соляной кислоты с массовой долей 36,6%, плотность которого равна 1,18 г/мл.

6. Определите массу осадка, образующегося при смешении 100 мл 0,1М раствора FeCl₃ и 150 мл 0,2М раствора NaOH.

7. Чему равна массовая доля фосфата калия в растворе, полученном при растворении 0,5 моля соли в 124 мл воды?

8. Определите ионную силу раствора хлорида кальция СаCl₂ и коэффициенты активности ионов кальция и хлора в водном растворе, содержащем 0,555 г соли в 500 мл раствора.

9. Вычислите осмотическое давление раствора, содержащего в 1,4 л 63 г глюкозы C₆H₁₂O₆ при 0⁰ С.

10. Определите температуру кипения и замерзания раствора, содержащего 1 г нитробензола C₆H₅NO₂ в 10 г бензола. Эбуллиоскопическая и криоскопическая константы бензола соответственно равны 2,57 и 5,1 ⁰С. Температура кипения чистого бензола равна 80,2 ⁰С, температура его замерзания равна +5,4 ^оС.

Лекция 3. Дисперсные системы

3.1. Классификация дисперсных систем

При растворении вещества в растворителе можно получить системы с частицами разного размера. Если вещества присутствуют в растворе в виде молекул атомов или ионов, то такие системы называются истинными растворами. Если же мы разобьем нерастворимое в воде вещество на мельчайшие, но не молекулярные или ионные частицы, то можем получить дисперсную систему с различными размерами частиц. Дисперсные системы не могут быть получены самопроизвольно. Для этого нужно совершить определенные действия, связанные с затратой энергии. Дисперсные частицы можно получить либо дроблением крупных частиц, либо объединением мелких частиц (молекул, атомов или ионов) в более крупные агрегаты. Первый метод называется диспергированием, а второй конденсацией.

Для получения дисперсных систем первым способом используются шаровые мельницы – полые вращающиеся цилиндры, содержащие некоторое количество стальных или керамических шаров. При вращении цилиндра эти шары перекатываются, дробя и истирая измельчаемый материал. В шаровых мельницах получают порошки, цемент, густотертые краски и пр. Для более тонкого измельчения вещества используют так называемые коллоидные мельницы, а также ультразвуковые методы.

К методам получения дисперсных систем методом конденсации относятся конденсация паров в газовой фазе; конденсация паров при пропускании их через холодную жидкость; замена растворителя; а также химические методы, когда дисперсные системы образуются при получении малорастворимых соединений в результате химических реакций, проведенных в определенных условиях, когда вместо осадка получается дисперсная система.

Дисперсные системы являются гетерогенными системами. Они состоят из сплошной непрерывной фазы – дисперсионной среды и находящихся в этой среде раздробленных частиц различного размера и формы – дисперсной фазы.

Дисперсные системы классифицируют по дисперсности (степенью дисперсности называется величина, обратная размеру частицы) на грубодисперсные системы (с размерами частиц от 1 до 10^-2 см) и коллоидные растворы (с размерами частиц от 10^-2 до 10^-7 см). Частицы грубодисперсных систем различимы в обычный микроскоп, задерживаются бумажным фильтром и расслаиваются при стоянии. Частицы коллоидных растворов проходят через бумажный фильтр, невидимы в обычный микроскоп и не изменяются при стоянии.

Истинные растворы, о которых шла речь в предыдущей лекции, отличаются от дисперсных систем (коллоидных растворов) размерами частиц растворенного вещества. В растворах неэлектролитов частицы растворенного вещества являются молекулами; в растворах электролитов – ионами. Размеры этих частиц порядка 10^-8 см и менее. Часто трудно отличить коллоидные системы от истинных растворов только по таким внешним признакам, как прозрачность и однородность. Классификация систем по дисперсности не дает полного представления о свойствах систем, поэтому их дополнительно классифицируют по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды.

Существует восемь вариантов сочетания агрегатных состояний (см.

Таблицу 3.1):

К системам с жидкой дисперсионной средой относятся лиозоли, или коллоидные растворы металлов (золота и серебра), взвеси, суспензии; эмульсии (молоко, майонез, маргарин, эмульсолы); пены.

К системам с твердой дисперсной средой относятся твердые золи (цветное стекло, сплавы, драгоценные камни); твердые эмульсии, или гели, представляющие собой вкрапления капелек жидкости в твердое тело (жемчуг, опал, алюмогель, силикагель); твердые пены (пемза, туф, пенобетон, пенопласт и др.) К системам с газообразной дисперсной средой относятся пыль, дым, туман.

Таблица 3.1. Виды дисперсных систем

Дисперсионная среда	Дисперсная фаза
	Твердое тело	Жидкость	Газ
Жидкость	Суспензия; коллоидная система (золь)	Эмульсия	Пена
Твердое тело	Сплавы, минералы	Гель, твердая эмульсия	Твердая пена, пористые тела
Газ	Дым, пыль (аэрозоль)	Туман (аэрозоль)	-

3.2. Коллоидные растворы

Дисперсные системы, в которых дисперсионной средой является жидкость, а размер частицы дисперсной фазы лежат в пределах от 10^-2 до 10^-7 см, называются золями, или коллоидными растворами. Коллоидные системы широко распространены в природе, а также играют значительную роль во многих производственных процессах