Растворы. Классификация растворов презентация

1
Основы общей химии

состоящие из двух или более веществ (компонентов).
По характеру агрегатного состояния растворы могут быть:
газообразными,
жидкими и
твердыми.
Обычно компонент, который в данных условиях находится в том же агрегатном состоянии, что и образующийся раствор, считают растворителем, остальные составляющие раствора – растворенными веществами.
В случае одинакового агрегатного состояния компонентов растворителем считают тот компонент, который преобладает в растворе.

В истинных растворах (часто называемых просто растворами) растворенное вещество диспергировано до атомного или молекулярного уровня, частицы растворенного вещества не видимы ни визуально, ни под микроскопом, свободно передвигаются в среде растворителя.
Истинные растворы – термодинамически устойчивые системы, неограниченно стабильные во времени.

газов в жидкости энтропия всегда уменьшается ΔS < 0, а при растворении кристаллов возрастает (ΔS > 0).

Чем сильнее взаимодействие растворенного вещества и растворителя, тем больше роль энтальпийного фактора в образовании растворов.

сопровождающих растворение, из которых основной вклад вносят:
разрушение кристаллической решетки на свободные ионы (ΔH > 0) и

взаимодействие образовавшихся ионов с молекулами растворителя (сольтивация, ΔH < 0).

нет) всегда ΔG = ΔH – T·ΔS < 0, т. к. переход вещества в раствор сопровождается значительным возрастанием энтропии вследствие стремления системы к разупорядочиванию.

Для жидких растворов (расплавов) процесс растворения идет самопроизвольно (ΔG < 0) до установления динамического равновесия между раствором и твердой фазой.

меньшей концентрацией называются ненасыщенными.
Растворимость для различных веществ колеблется в значительных пределах и зависит:
от их природы, взаимодействия частиц растворенного вещества между собой и с молекулами растворителя, а также
от внешних условий (давления, температуры и т. д.)

Именно жидкие смеси в химии называют просто растворами.
Наиболее широко применяемым неорганическим растворителем является вода.
Растворы с другими растворителями называются неводными.
Растворы имеют чрезвычайно большое практическое значение, в них протекают многие химические реакции, в том числе и лежащие в основе обмена веществ в живых организмах.

количество компонентов в растворе. Различают массовые и объемные концентрации, размерные и безразмерные.
К безразмерным концентрациям (долям) относятся следующие концентрации:
Массовая доля растворенного вещества W (B) выражается в долях единицы или в процентах:

где m (B) и m (A) – масса растворенного вещества B и масса растворителя A.

объемных процентах:



где Vi – объем компонента раствора, V (B) – объем растворенного вещества B. Объемные проценты называют градусами*).
*) Иногда объемная концентрация выражается в тысячных долях (промилле, ‰) или в миллионных долях (млн–1), ppm.

компонентов раствора χi равна единице.

вещества n (B) в 1 кг (1000 г) растворителя, размерность моль/кг.



Молярная концентрация эквивалентов вещества B CЭ (B) (нормальность – устаревш.) определяется числом эквивалентов растворенного вещества в единице объема раствора, моль∙литр–1:





где nЭ (B) – количество вещества эквивалентов, μЭ – молярная масса эквивалента

в 1 мл раствора:



Массовые концентрации (массовая доля, процентная, моляльная) не зависят от температуры; объемные концентрации относятся к определенной температуре.
Все вещества в той или иной степени способны растворяться и характеризуются растворимостью. Некоторые вещества неограниченно растворимы друг в друге (вода–ацетон, бензол–толуол, жидкие натрий–калий).
Большинство соединений ограниченно растворимы (вода–бензол, вода–бутиловый спирт, вода–поваренная соль), а многие малорастворимы или практически нерастворимы (вода–BaSO4, вода–бензин).

В таком растворе достигается равновесие между растворяемым веществом и раствором.

В отсутствие равновесия раствор остается стабильным, если концентрация растворенного вещества меньше его растворимости (ненасыщенный раствор), или нестабильным, если в растворе содержится вещества больше его растворимости (пересыщенный раствор).

растворы делятся на идеальные и реальные.
Для идеальных растворов предполагается, что между компонентами раствора любыми взаимодействиями можно пренебречь.
Следовательно, любое свойство растворяемых веществ при их смешении не должно меняться.
Например, при смешении близких по свойствам бензола и толуола давление пара P над раствором в соответствии с законом Рауля будет аддитивной величиной.

(растворы изотопов).
Часто раствор приобретает эти качества только при достаточно большом разведении, это – «бесконечно разбавленный» раствор при χ → 0. Во всех прочих случаях раствор считается реальным.
Взаимодействие между компонентами раствора, выражаемое через энтальпию сольвации ΔHсольв, служит в определенных пределах мерой идеальности раствора. Д. И. Менделеев показал, что взаимодействие между компонентами раствора может рассматриваться как химический процесс образования соединений переменного состава – сольватов.
Этот подход лежит в основе химической или сольватной теории растворов.
Если при кристаллизации твердая фаза содержит молекулы растворителя, то ее называют кристаллосольватом.

с упругостью пара растворителя (PB >> PA) и при этом оба компонента раствора химически инертны, то растворение такого газообразного вещества в жидкости подчиняется закону Генри: при постоянной температуре давление летучего (газообразного) компонента PB прямо пропорционально его мольной доле χB:



KH – константа Генри.

единиц давления и концентрации.

пропорционально мольной доле растворенного вещества.
После подстановки χA = 1 – χB и несложных преобразований



Если упругость пара растворенного вещества очень мала PB << PA, то его парциальным давлением можно пренебречь (нелетучий компонент), и тогда упругость пара над раствором будет зависеть только от парциального давления растворителя:

Это закон Рауля для нелетучего растворенного компонента. Из этого закона можно вывести два следствия, которые в объединенном виде формируются как второй закон Рауля

Зависимость повышения температуры кипения ΔTкип и понижения температуры замерзания  ΔTзам раствора от концентрации растворенного вещества.

. При  Сm (B)<< 1, получим:


Из подобия треугольников следует


По определению, при  (B) = 1 моль повышение температуры равно – эбулиоскопической константе для данного растворителя. Тогда повышение температуры кипения для данного раствора будет пропорционально его моляльной концентрации:

– криоскопическая константа.
Второй закон Рауля – понижение температуры кипения и повышение температуры замерзания раствора прямо пропорционально моляльной концентрации раствора:

где выполняется закон.
При Cm (B) = 1 - этот закон уже не действует.

Kкр и Kэб

некоторых молекулярных соединений, неспособных к диссоциации в данном растворителе.
Действительно, моляльная концентрация растворенного вещества может быть представлена в виде соотношения Cm = gB ∙ 1000 / μB ∙gA, где gA – вес растворителя, gB – вес растворенного вещества, μB – его молярная масса.
Тогда из ΔT = Kкр · m получим молярную массу растворенного вещества:

разделить два раствора с различной концентрацией полупроницаемой перегородкой, пропускающей молекулы растворителя, но препятствующей переходу частиц растворённого вещества, будет наблюдаться явление самопроизвольного перехода растворителя через мембрану из менее концентрированного раствора в более концентрированный – осмос. Осмотические свойства раствора количественно характеризуются величиной осмотического давления. Давление, которое необходимо приложить к раствору, чтобы предотвратить перемещение растворителя в раствор через мембрану, разделяющую раствор и чистый растворитель, есть осмотическое давление π. Осмотическое давление идеальных растворов линейно зависит от температуры и молярной концентрации раствора С и может быть рассчитано по уравнению

растворенное вещество, если бы оно, находясь в газообразном состоянии при той же температуре, занимало бы тот же объем, который занимает раствор.
Осмос играет важнейшую роль в процессах жизнедеятельности животных и растений, поскольку клеточная плазматическая мембрана является полупроницаемой. Осмос обусловливает поднятие воды по стеблю растений, рост клетки и многие другие явления.

контактирующей с клеткой, может быть больше, меньше либо равно осмотическому давлению внутриклеточной жидкости. Соответственно выделяют гипертонические, гипотонические и изотонические растворы.
Если клетка находится в контакте с гипертоническим раствором, вода выходит из неё путём осмоса через плазматическую мембрану. Протопласт (живое содержимое клетки) при этом уменьшается в объёме, сморщивается и в конце концов отстаёт от клеточной стенки. Этот процесс называют плазмолизом.
Процесс плазмолиза обычно обратим.

осмоса поступает в клетку; протопласт при этом увеличивается в объёме и оказывает давление на сравнительно жёсткую клеточную стенку. Этот процесс называется тургором.
Тургорное давление препятствует дальнейшему поступлению воды в клетку. Именно тургорное давление поддерживает стебли растений в вертикальном положении, придаёт растениям прочность и устойчивость.
Изотонические растворы не оказывают влияния на водный режим клетки.

осмотическому давлению жидкости, в которой находятся. Животные клетки имеют систему защиты, основанную на осморегуляции; организм животного стремится поддерживать осмотическое давление всех тканевых жидкостей на постоянном уровне.
Например, осмотическое давление крови человека – 800 000 Н/м2. Такое же осмотическое давление имеет 0,9 %-ный раствор хлорида натрия.
Физиологический раствор, изотоничный крови, широко применяется в медицине.