Основи хімії (стр. 10 из 21)

Тобто, коли збільшити тиск у 2 рази розчинність газу також зростає в 2 рази. Як дослідив Дальтон (1807 р.)

У випадку суміші газів, кожний із них розчинюється пропорційно своєму парціальному тиску і розчинності.

Розчинність газів, які вступають у взаємодію з водою різко підвищується. СО НСІ, НВ ..... Тому розчинність їх не підлягає закону Генрі і Дальтона.

Лекція 7. Розчини неелектролітів (продовження)

План Осмос.

.Закон Вант–Гоффа.

Тиск насиченого пара.

.1. Закон Рауля (1).

.2. Кріоскопія та ебуліоскопія.

.3. Закон Рауля (ІІ–ІІІ).

4. Антифризи.

Осмос. Осмотичний тиск

Розчинена речовина прагне до того, щоб рівномірно розподілитися по всьому об„єму розчину. Це відбувається шляхом дифузії – взаємного проникнення молекул розчиненої речовини і розчинника один в одному.

Якщо взяти розчин цукру і воду, розділити їх напів проникною перегородкою з порами, крізь яку проходить тільки вода, ми помітимо, що об„єм розчину цукру збільшиться.

Така однобічна дифузія крізь напівпроникну перегородку називається осмосом.

Тиск, що чине розчин на стінки посудини в результаті дифузії називається осмотичним тиском.

дифузія осмос

Осмотичний тиск пропорційний молярній концентрації розчиненої речовини і абсолютній температурі.

= С , де

С молярна концентрація, універсальна газова постійна (8, 314 Дж/ К моль), Т – абсолютна температура (273^о К).

Знайшовши аналогію між газами і розчинами Вант Гофф сформулював слідуючий закон:

Осмотичний тиск дорівнює тому тиску, який чинила б розчинена речовина, перебуваючи

в газоподібному стані і займала об„єм , рівний об„єму розчину.

По теорії Вант Гоффа процес розчинення уподібнюється випарюванню. В обох випадках розчинена речовина розповсюджується по усьому об„єму.

Тиск газу – це результат ударів молекул. Осмотичний тиск – це результат збільшення об‟єму розчину в результаті дифузії.

Закон Вант–Гоффа дійсний тільки для розбавлених розчинів.

Осмотичний тиск має велике значення в біологічних процесах: усмоктування, виділення вологи, утамування спраги і т. д. Осмотичний тиск створює тургорне становище в рослинних тканинах, тому гриби можуть рвати асфальт.

Тиск насиченого пара

Рідина, знаходячись у відкритому посуді випаровується повністю. У закритому – між рідиною і паром установлюється рухома рівновага при якій в одиницю часу скільки молекул випаровується, стільки їх і утворюється.

Пар, який знаходиться у рівновазі з рідиною називається насиченим, а тиск з яким він діє на стінки посуду називається тиском насиченого пару.

Тиск насиченого пару із збільшенням температури – зростає.

Поверхня розчину складається із молекул розчинника і розчиненої речовини. Це значить, що в одиниці часу випаровується менше молекул чим з чистого розчинника. А тому розчинена речовина знижує тиск пара розчинника, так як вона займає частину площі випаровування. На основі цього франц. фізик Рауль у 1887 р. установив слідуючий закон:

У розведених розчинах неелектролітів зниження тиску насиченого пара пропорційно кількості речовини розчиненої в даній масі розчинника або:

Пониження тиску насиченого пара над розчином пропорційно молярній концентрації розчиненої речовини.

(Перший закон Рауля).

Коли позначити тиск пара над чистим розчинником через Р, а тиск пара над розчином Р , то (Р – Р – буде зниження тиску пара (∆ Р).

– число молей розчиненої речовини неелектроліту.

– число молей розчинника, то

Із закону видно, що зниження тиску пара не залежить від природи розчиненої речовини, а залежить від кількості молекул цієї речовини.

Температура замерзання (кріоскопія) і температура кипіння (ебуліоскопія) розчинів.

Тиск пара над чистим розчинником завжди більший, ніж над розчином.

Внаслідок цього, щоб тиск пара досяг зовнішнього (атмосферного) тиску, розчин треба нагрівати до більшої температури ніж чистий розчинник. Тому температура кипіння розчинів завжди більша, ніж температура кипіння чистого розчинника.

Також наслідком зменшення тиску пара над розчином є зменшення його температури замерзання порівняно з температурою замерзання чистого розчинника.

Треба звернути увагу, що вищезазначені зміни температур замерзання та кипіння розчинів не залежать від природи розчиненої речовини, а визначаються тільки кількістю частинок (молекул або частинок іншої природи) розчиненої речовини, що міститься в однаковій масі розчинника.

Усі чисті речовини характеризуються строго визначеними константами замерзання і кипіння.

Вода 0 С – замерзає; 100 С – кипить

Бензол 5,5 С – – С – –

Інакші обставини з розчинами. Присутність розчиненої речовини підвищує точку кипіння і знижує точку замерзання.

Як видно з рисунка, тиск пара над водою більший, чим над розчином. Тому, щоб тиск був однаковий треба розчин підігріти вище 100 С.

Щоб рідина замерзла, треба щоб тиск насиченого пара був рівний тиску, коли вона перебуває у кристалічному стані. Рауль установив, що:

Пониження температури замерзання і підвищення температури кипіння пропорціональні моляльній концентрації розчиненої речовини. (Другий і третій закони Рауля).

Математично залежність зміни температури замерзання та температури кипіння від концентрації розчину записується у вигляді рівнянь:

Δ зам = Ккр · С

Δ кип = Ке · С де

К_кр – кріоскопічна константа від грецького слова “ ” – холод

К_е ебуліоскопічна константа від латинського слова – викіпати

С – моляльна концентрація розчину, що показує на кількість розчиненої речовини у 1000 г розчинника; одиниця розміру [моль/кг].

Якщо маємо “m” грамів речовини, що розчинені в “L” грамах розчинника, то моляльна концентрація має вигляд:

m 1000

C = (3)

M L

Підставимо (3) у рівняння (1) і (2) маємо:

Δ зам

Δ кип

де М – мол кулярна маса розчиненої речовини.

Коли концентрація розчиненої речовини 1 моляльна (1 моля в 1000 г розчинника то:

Δ зам Ккр

Δ _кип К_е (7) , тобто

К_кр кріоскопічна константа показує на скільки градусів знижується температура замерзання одномоляльного розчину порівняно з температурою замерзання чистого розчинника; вона залежить тільки від природи розчинника: для води К_кр = 1,86: для бензолу К_кр = 5,1; для оцтової кислоти К_кр

К_е ебуліоскопічна константа показує на скільки градусів вище кипить одномоляльний розчин неелектроліту порівняно з чистим розчинником; вона залежить тільки від природи розчинника: для води К_е = 0,52 ; для бензолу К_е = 5,5; для оцтової кислоти К_е

Для кожного розчинника величина К – постійна:
Вода 1,86 кріоск. Бензол хлороформ	0,52 ебул.

З вищеозначенного можна зробити висновок, що зниження температури замерзання одномоляльних водних розчинів неелектролітів, які містять 6,02*10 молекул (1 моль, число Авогадро) вуглеводу сахарози, фруктози або глюкози дорівнює – , тому що кріоскопічна константа води дорівнює

Тобто: усі речовини (неелектроліти), які мають 1 моляльну концентрацію розчину будуть кипіти і замерзати при одній і тій же температурі (вони мають однакове число молекул 6 – число Авогадро. Глюкоза, гліцерин, сечовина ....).

Аналогічно водні одномоляльні розчини неелектролітів киплять при температурі на вище, ніж чиста вода, тобто при температурі 100,52 С (за умовою нормального атмосферного тиску, що дорівнює 760 мм рт.ст. або 101,325 кПа).

Тобто: усі речовини (електроліти), які мають 1 моляльну концентрацію будуть кипіти і замерзати при різних температурах. (Див. Ступінь дисоціації)

З рівнянь (4) і (5), знаючи Δt_зам або Δt_кип , можна підрахувати молярні маси розчинених неелектролітів. Відповідно до процесів розпізнають кріоскопічний або ебуліоскопічний метод визначення молярних мас речовин.

Кріоскопічний метод є особливо цінним для речовин, які не можна перетворити у газоподібний стан (білки, цукор, глюкоза, фруктоза тощо). Молярна маса розчиненої речовини підраховується по формулі

К_кр m 1000

М

tЗАМ L

Для розрахунку замерзання або кипіння антифризів користуються формулами

де:

Δt_зам – пониження температури замерзання розчинів;

Δ _кип підвищення температури кипіння розчинів;

К_кр кріоскопічна константа;

К_е ебуліоскопічна константа;

– маса неелектроліту;

М – молекулярна маса неелектроліту; – маса розчинника.

Антифризи – рідини (розчини) з низькими температурами замерзання. Вони застосовуються в системі охолодження автомобілів та тракторів. Найбільш поширеними є антифризи на основі етиленгліколю (С Н (ОН) – двоатомний спирт).

На практиці поширені дві марки антифризів на основі етиленгліколю з температурами