Растворы. Качественный и количественный состав растворов презентация

двух или более компонентов.

насыщенного
пара РА

Температура замерзания Тз

Растворы в зависимости от размеров р.в.

Дисперсные (коллоидные) гетерогенные r = 10-9…10-5 м

Коллоидная химия

Истинные гомогенные r < 10-9 м

Физическая химия

Твердые сплавы металловедение

жидкие

газообразные

и обусловлен снижением
энергии Гиббса (dG<0).
(из-за гидратации – идет с выделением энергии)

насыщенного пара над чистым растворителем

РА – давление насыщенного пара над раствором

парциальное давление насыщенного пара компонента раствора Pio пропорционально его мольной доле в растворе Ni :

(1) – Закон Рауля (1887 г.)

где Pio - давление насыщенного пара над чистым компонентом i при Niж =1.

и находящийся в равновесии со своим паром. В соответствии с законом Рауля парциальное давление насыщенного пара каждого компонента при любой заданной температуре пропорционально его мольной доле в растворе:

где NАж , NBж - мольные доли компонентов А и В в растворе;
PАo, PBo - давление насыщенного пара над чистыми веществами
А и В (при NАж = 1 и NBж = 1).

PВ = PВо ⋅ NВж

(3)

PА = PАо⋅ NАж ,

(2)

(4)

Подставив (4) в (2), получим (5)

(5) – Закон Рауля

+ PВо NВж;
P = PАо (1 - NВо) + PВо NВж; (6)
P = PАо + (PВо - PАо) NВж .

Растворы, для которых закон Рауля выполняется при всех концентрациях и температурах, называются идеальными. Они образуются веществами, близкими по свойствам. Примерами растворов, близких к идеальным, могут служить смеси: бензол - толуол, гексан - гептан, хлорбензол - бромбензол и др.
Большинство растворов отклоняется от закона Рауля, т.е. они являются неидеальными. Очень многие растворы подчиняются закону Рауля лишь при малых концентрациях.

1 - PА ; 2 - PВ ; 3 - P = PА + PВ .
Рис 1.

Уравнения (4-6) показывают, что давление каждого компонента и общее давление пара над идеальным раствором линейно зависят от состава раствора.
Графически закон Рауля представляют в виде диаграмм давление - состав, которые удобны при рассмотрении свойств растворов (рис.1). Положение прямых на диаграмме определяется по граничным точкам:

Из (2) и (3) ⇒

Из (6) ⇒

только в области предельно-разбавленных растворов

Испарение растворенного вещества в области предельно-разбавленных растворов подчиняется закону Генри

Рауля – для растворенного вещества.

Закон Генри

(7)

(7’)

Для газов: при небольших Р растворимость газов пропорциональна Р (Т↑, NB↓; P↑, NB↑)

Примеры:
Н2 – 0,0016 г/100г H2O
N2 – 0,002 г/100г H2O
O2 – 0,0045 г/100г H2O
NH3 – 55,4
HCl – 73,4
SO2 – 12,13

Больше из-за химического взаимодействия

(8)

Рауля, касательные к кривым указывают область применимости закона Генри

ΔH = 0
ΔV = 0

FА-В < FА-А
FА-В < FВ-В
ΔH > 0
ΔV > 0
Р↑

FА-В > FА-А
FА-В > FВ-В
ΔH < 0
ΔV < 0
Р↓

Идеальные растворы

Реальные растворы

«+» образование раствора «-» образование раствора
затруднено облегчено

отличается от состава идеального жидкого раствора.
Для нахождения взаимосвязи между ними воспользуемся уравнениями Дальтона и Рауля.

тогда мольная доля компонента В в паре:

(8)

(9)

(10)

(11)

Если РВо > Рао т.е. В-более летучий и обозначить РАо/РВо=α , имеем

(12)

Для случая α< 1, следовательно, знаменатель уравнения (12) меньше 1, тогда:

т.е. пар содержит больше более летучего компонента.

(13)

добавлением которого в систему повышает общее давление пара или понижает Ткип смеси при данном внешнем Р (т.е. пар богаче более летучим компонентом).

Давление насыщенного пара –
состав ( Р = f (N) при Т = const);

Температура кипения –
состав (Ткип = f (N) при P = const) .

Правило рычага, например, для системы, характеризуемой точкой D:

(15)

I закон
Коновалова

общего давления пара отвечают растворам, состав которых равен составу равновесного с ним пара. Те растворы, для которых состав «ж» и «п» совпадают называются азеотропными ( нераздельнокипящими).

II закон
Коновалова

из чистых компонентов

пар находится в равновесии с жидкостью некоторое время, затем отделяется и конденсируется.

2) Фракционная перегонка (ректификация), пар отбирается немедленно, а конденсат отвечает некоторому интервалу концентрации исходной смеси и называется фракцией. Собирание фракций и вновь их нагревание и охлаждение лежит в основе разделения смесей на компоненты путем фракционной перегонки.

твердой и жидкой фазами: ОА – над жидким растворителем;
ВС – над твердым растворителем;
О′А' – над раствором меньшей концентрации; О"А" – над раствором большей концентрации.

где m – моляльность раствора;
K – криоскопическая константа, постоянная для данного растворителя.

(3) вводят изотонический коэффициент Вант - Гоффа i:

который определяется по уравнению:

где α – степень диссоциации растворенного вещества;
ν – число ионов, образующихся из одной молекулы.

Физико-химический метод изучения свойств разбавленных растворов, основанный на измерении понижения температур замерзания раствора по сравнению с температурой замерзания чистого растворителя, называется криоскопическим или криоскопией, а уравнение (2) называют уравнением криоскопии.

вещества в подходящих растворителях

Рис 1. – Прибор для криометрических измерений

давлению

– для чистого растворителя;
О'А' – для раствора меньшей концентрации;
О''А'' – для раствора большей концентрации.

где m – моляльность раствора;
Е – эбуллиоскопическая константа, постоянная для определенного растворителя.

где R – универсальная газовая постоянная;
Тк0 – температура кипения растворителя;
ΔН – удельная теплота испарения растворителя.

где i – изотонический коэффициент Вант - Гоффа.

Физико-химический метод исследования свойств жидких растворов, основанный на измерении повышения температур кипения раствора, по сравнению с температурой кипения чистого растворителя, называется эбулиоскопическим или эбулиоскопией, а уравнение (11) – уравнением эбулиоскопии.

моча, желчь, слюна). Законы для растворов применимы к биосистемам, но имеют свои особенности.
Биожидкости – это растворы солей, белков, углеводов, липидов.
Вода – это всеобщий растворитель, необходимый для жизнедеятельности всех биосистем.
Концентрационный гомеостаз – постоянный состав биожидкости в организме, участвующей в транспорте кислорода и питательный веществ.
В пищевых технологиях при консервировании используют большое количество сахара и соли. В этих условиях идет плазмолиз и микроорганизмы становятся нежизнеспособными.
Изотонический раствор – 0,9% раствор NaCl.
Это заменитель крови, т..к. осмотические давления у них одинаковые. Если π > πизот., то это гипертонический раствор (2%), если π < πизот., то это гипотонический раствор (1%)

снижение внешнего давления содержание кислорода снижается – «кессонная болезнь»).
Закон Нернста – Шилова
Позволяет прогнозировать доступность лекарственных препаратов к клеткам в живых организмах
Диффузия и осмос
Скорость диффузии определяет упругость и эластичность клеток (в воде клетки набухают (гемолиз), а в крепких растворах солей сморщиваются (плазмолиз)).

необходимость извлечь вещество из раствора, удалить из него примеси или увеличить концентрацию растворенных веществ. Это достигается различными способами экстракции.
Экстракцию из растворов применяют для разделения близкокипящих жидкостей с малой летучестью и высокой температурой кипения или для тех веществ, которые имеют температуру разложения меньше, чем температуру кипения.
Пример:
Антибиотики (пенициллин и др.) нельзя концентрировать выпариванием. Их экстрагируют бутил- (или этил-) ацетатом, которые потом отгоняют.
Уксусную, бензойную и др. кислоты выделяют из водных растворов экстракцией.
Выделяют из водных растворов металлы (уран, торий, цирконий, галлий и др.)