Растворы. Классификация дисперсных систем презентация

результате дробления и перемешивания исходных фаз (диспергирования).
Дисперсные системы – это системы, состоящие из сплошной среды (называемой дисперсионной средой) с распределенным в ней веществом (дисперсной фазой), которое состоит из отдельных частиц с большой удельной поверхностью.
Растворы – это гомогенные системы переменного состава, образованные не менее чем двумя компонентами
Растворитель - тот компонент, который находится в жидкой фазе и, как правило, превалирует количественно
Образование раствора является самопроизвольным процессом, неизбежно протекающем при контакте фаз. Это - принципиальное следствие Второго Начала термодинамики, поскольку общая энтропия при смешении растет
Энергетической характеристикой процесса растворения является изменение энергии Гиббса в ходе этого процесса.

абсолютно нерастворимых веществ нет

может быть как положительной, так и отрицательной.

Процессы
при растворении

Положительна и очень велика

Отрицательна при любом значении энтальпии.

система становится истинным раствором
В случае истинных растворов:
дисперсионная среда называется растворителем,
доведенная до предельной степени дробления дисперсная фаза называется растворенным веществом.

Классификация дисперсных систем

вещества и жидкой фазы. Размер частиц в них колеблется от 0,1 до 50 мкм и более (грубодисперсные системы). Суспензии гетерогенны, но в отличие от коллоидных растворов это мутные жидкости, частицы которых видны под обычным микроскопом. Эти жидкости седиментируют, их частицы задерживаются даже крупнопористыми фильтрующими материалами. Они не склонны к диализу и диффузии.
Эмульсии (emulsus) представляют собой дисперсные системы, в которых и дисперсная фаза, и дисперсионная среда представлены взаимонерастворимыми или мало взаиморастворимыми жидкостями. Эмульсии относятся к грубодисперсным системам, в которых размер дисперсных частиц (капелек) колеблется в пределах от 1 до 150 мкм, но в некоторых случаях они бывают и более высокодисперсными
Золи - жидкая (лиозоль) или газообразная (аэрозоль) дисперсионная среда, в объеме которой распределена другая (дисперсная) фаза в виде капелек жидкости, пузырьков газа или мелких твердых частиц
Гели - состоят, по крайней мере, из двух компонентов, один из которых образует непрерывную трёхмерную макромолекулярную сетку, выступающую в роли каркаса, пустоты в которой заполнены низкомолекулярным растворителем — дисперсионной средой.

взаимодействия молекул растворителя с частицами растворяемого вещества.
В результате этого взаимодействия возникают сольваты – образования молекулярных размеров, представляющие собой ассоциаты частиц растворяемого вещества (A) с молекулами растворителя (R):


В случае, когда растворителем является вода, процесс называется гидратацией, а ассоциаты – гидратами.
Процесс сольватации может приводить к распаду молекул растворяемого вещества на заряженные частицы - электролитическая диссоциация.

в 100 граммах раствора [%], или количество миллиграммов вещества в 100 граммах раствора [мг%]
Процентная концентрация (объемная) – количество миллилитров растворенного вещества в 100 миллилитров раствора [об.%]
Молярная концентрация (молярность) – количество молей растворенного вещества в литре раствора [моль/л]
Массовая концентрация – масса растворенного вещества в литре раствора [г/л]
Моляльная концентрация (моляльность) – количество молей растворенного вещества в 1000 граммах растворителя. [моль/1000 г р-рителя]
Нормальная концентрация (нормальность) – количество молей химического эквивалента растворенного вещества в литре раствора [моль-экв/л]
Доли (безразмерные величины)
Мольная доля – отношение числа молей растворенного компонента к общему числу молей раствора.
Массовая доля – отношение массы растворенного компонента к общей массе раствора.
Объемная доля (для смесей газов и растворов ж-ж) – отношение объема растворенного компонента к сумме объемов растворителя и растворенного вещества до начала процесса растворения.

ХАРАКТЕРИСТИКИ РАСТВОРОВ

более похожи по характеру и энергетике химических связей растворитель и растворяемое вещество, тем растворимость, как правило, больше («подобное растворяется в подобном»)

РАСТВОРЫ

ненасыщенные

содержание растворенного вещества в растворе меньше растворимости

насыщенные

пересыщенные

содержание растворенного вещества в растворе равно растворимости

содержание растворенного вещества в растворе больше растворимости

AmBn ↔ mAn+ + nBm-

не изменяется внутренняя энергия системы ( ∆Us = 0), растворение не сопровождается тепловым эффектом (∆Hs =0) и остается постоянным объём системы ( ∆Vs = 0).
Для газов, объем которых при переходе в раствор значительно уменьшается (имеется в виду объем чистого газа и объем раствора, содержащего то же количество компонента), зависимость растворимости от давления характеризуется законом Генри:

где Pk – парциальное давление k-го газообразного компонента, находящегося над раствором,
Kk – константа Генри для этого компонента.
Влияние температуры на процесс растворения имеет сложный характер и зависит от знака теплового эффекта процесса растворения.
Для экзотермического процесса растворения газов с ростом температуры растворимость уменьшается
Для твердых тел возможно как увеличение, так и уменьшение растворимости с ростом температуры

от природы растворенного вещества
Поведение насыщенного пара
Явление осмоса

Закон Рауля: Отношение понижения давления пара растворителя над раствором нелетучего вещества к давлению пара чистого растворителя равно мольной доле растворенного вещества.

при растворении нелетучего компонента в поверхностном слое жидкости концентрация молекул растворителя уменьшается, уменьшается и давление ее пара P по сравнению с давлением насыщенного пара над чистым растворителем P0

нелетучего компонента.

раствор

Чистый растворитель

кипения чистого растворителя
ΔTкип.= Tкип − Т0кип
ΔTкип.= Екип.⋅Сm
Екип.– эбулиоскопическая постоянная растворителя
для воды Екип.= 0,52, Т0кип = 373,1 К
для этилового спирта Екип = 1,20 Т0кип = 351,4 К
Сm - моляльная концентрация раствора

понижение температуры кристаллизации растворителя из раствора по сравнению с температурой кристаллизации чистого растворителя
ΔTкрист.= Т0крист. − Tкрист.
ΔTкрист.= Ккрист.⋅Сm
Ккрист.– криоскопическая постоянная растворителя
для воды Ккрист.= 1,86, Т0крист. = 273,1 К
для камфоры Ккрист. = 40 Т0крист. = 447,4 К

Температура кипения раствора выше температуры кипения чистого растворителя

Температура замерзания раствора ниже температуры замерзания чистого растворителя

Для растворов неэлектролитов

в растворе ВЫШЕ энтропии чистого растворителя → самопроизвольно растворитель переходит из области меньшей концентрации раствора (там больше растворителя) в область большей концентрации
в области большей концентрации возникает осмотическое давление π , равное, по уравнению Вант-Гоффа:


.

Осмос – это диффузия растворителя через полупроницаемую мембрану, разделяющую два раствора различной концентрации, из менее концентрированного в более концентрированный.

Осмотическое давление равно избыточному внешнему давлению, которое следует приложить со стороны раствора, чтобы прекратить процесс, то есть создать условия осмотического равновесия

Для растворов неэлектролитов

результате действия растворителя
Электролиты – системы, содержащие способные к самостоятельному существованию ионы
Процесс электролитической диссоциации обусловлен тем, что среда растворителя с высоким значением диэлектрической проницаемости:
ослабляет электростатическое взаимодействие в ионных соединениях
увеличивает длину диполя полярных молекул.

Образование гидратных оболочек сопровождается выделением значительных количеств энергии

- отношение числа распавшихся на ионы частиц к общему числу перешедших в раствор молекул

Коэффициент диссоциации i - количество частиц, в среднем возникающее при переходе в раствор одной молекулы растворенного вещества,

ΔTкип.= i⋅ Екип.⋅Сm

ΔTкрист.= i⋅ Ккрист.⋅Сm

n - число ионов, образующихся при полной
диссоциации растворенного вещества

π.= i⋅C⋅R⋅T

i – изотонический коэффициент Вант-Гоффа,
численно равен коэффициенту диссоциации

α << 1, K = C⋅α2

Закон разбавления Оствальда

Зависимость степени диссоциации α от концентрации слабого электролита в растворе с0

концентрированных растворов) может понижаться до αкаж ≈ 0,3.
Принято, что для сильных электролитов α > 0,3
В растворе практически нет ионов, присутствуют только ионы
Все растворимые соли;
Некоторые минеральные кислоты, такие как H2SO4, HNO3, HCl, HClO4 и некоторые другие;
Основания щелочных и щелочноземельных металлов, например, NaOH, KOH, Ba(OH)2.

Слабые
Диссоциируют не полностью (0 < α < 0,03)
В растворе молекулы + ионы
Почти все органические кислоты,
Некоторые минеральные кислоты, например, H2CO3, H2S, HNO2, HClO.
Многие гидроксиды металлов (кроме гидроксидов щелочных и щелочноземельных металлов), например Fe(OH)3, Мn(OH)2, а также гидроксид аммония NH4OH.
Вода

Средней силы
Диссоциируют не полностью (0,03 < α < 0,3)
В растворе молекулы + ионы
H2SO3, H3PO4, HF

воды равна 1,5⋅10-9

молярная концентрация воды в воде
CH2O=Const =55,56 моль/л

ионное произведение воды.

pH= -lgCH+

pОH= -lgCОН+

pH + рОН= 14

Квод = 10-14 моль2 /л2 при 298 К