В зависимости от размера частиц растворенного вещества

 

►В зависимости от размера частиц растворенного вещества:

гомо- микрогетеро- гетеро-

генные генные генные

10^-10 10^-9 10^-8 10^-7 ,м(размер)

истинные коллоидные суспензии, эмульсии

Растворы механические смеси

                …  

РАСТВОР: растворитель + растворенные вещества

ß

- концентрация выше, чем у других;

Не меняет своего фазового

Состояния при образовании раствора

► В зависимости от природы растворителя              

Растворы Растворы

Электролитов неэлектролитов

Проводят эл. ток не проводят эл.ток

СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ

КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ:

Моль/л] СМ Û С

Где М - молярная масса вещества, г/моль.

 

2.

Моль/л ] СН Û Н

 

 

 

:: ► [г/мл, г/см³]

 

 

 

Доли

или ´ 100%)

r- плотность раствора [г /мл, г/см³]

 

 

 

:: ►

[моль/кг растворителя]

 

Пример. Имеется раствор Н2SО4 с массовой долей w= 5% . Рассчитать молярную С , нормальную Н , моляльную Сm концентрации и титр Т раствора.

Решение.

Молярная масса М _Н2SO4 = 98г/моль,

Молярная масса эквив. Мэ, Н2SO4 = 98/2=49 г/моль, плотность раствора r =1 г/мл.

Масса Н₂SО₄ в 100 г раствора:

m _Н2SO4 = m_р-ра ^. 0,05 = 5г (5%)

Масса Н2SО4 в 1 л раствора: m Н2SO4 = 50г.

T = m /V = 50/1000 = 0,05 г/мл

C = m /(M .V) = 50/(98 .1) = 0,51 моль/л

H = m /(MЭ .V) = 50/(49 .1) = 2 .С = 1,02 моль/л

Масса растворителя для 1л раствора:

Mрастворителя = m р-ра - m Н2SO4 = 1000 – 50 = 950 г = 0,95 кг.

Сm = m /(M . mрастворителя)= 50/(98 . 0,95)= 0,54 моль/кг Н2О

Все свойства растворов зависят от концентрации

Температура кипения

Т кип > Т кип

Раствора растворителя

Температура замерзания

Т зам < Т зам

Раствора растворителя

Повышение DТ_кип ü

Понижение DТ_зам þ = ¦ (С_m )

DТ_кип = К_э ^.с_m… ююDТ_зам = К_к ^.с_m…

 

Кэ - эбуллиоскопическая постоянная ü = ¦ (природы

К_к - криоскопическая постоянная þ растворителя)

Пример. Для Н₂О: К_э = 0,52, К_к = 1,85 (табл.)

 

Для 5 % раствора Н₂SО₄ :

DТкип = 0,52 . 0,54 = 0,4 0С Þ Ткип = 100,4 0С

DТзам = 1,85 . 0,54 = 1 0С Þ Тзам = – 1 0С

 

 

Растворение - самопроизвольный, обратимый физико-химический процесс.

Þ DG _{растворения} < 0

Растворение

А_(к) А_(р-р)

Кристаллизация

Ненасыщенный раствор - самопроизвольное растворение вещества еще возможно: DGрастворения < 0, Jрастворения > Jкрист. Насыщенный раствор - в данных условиях дальнейшее самопроизвольное растворение невозможно: DGрастворения = 0,…

Гидратная (сольватная) теория растворов)- взаимодействие растворенного вещества и растворителя

                    …  

DНсольв < 0; DSсольв < 0

DНдифф > 0 , DSдифф > 0 – (величины существенно меньше 1 и 2 ст.) DНраств = DНион + DНсольв +DНдифф  

ИДЕАЛЬНЫЙ РАСТВОР – гипотетический..

Раствор, в котором нет химического..

Взаимодействия между компонентами, а силы

Межмолекулярного взаимодействия одинаковы.

THORN; DНраств = 0 каждый компонент ведет себя в растворе независимо от других компонентов.

 

И идеальный раствор Þ его свойства зависят только от концентрации и

Пример: разбавленные растворы неэлектролитов – сахар в воде

Процесс образования раствора неэлектролита:

АnВm , ( к) + х Н2О ® (АnВm ) . хН2О

 

Процесс образования раствора электролита:

АnВm , ( к) + хН2О ® (АnВm ) . хН2О

2) (А_nВ_m ) ^. хН₂О ® nA^{m+ .} хН₂О + mB^{n – .} хН₂О

Гидратированные ионы

     

Со - исходная концентрация электролита

 

a - зависит от :

► природы растворенного вещества

► природы растворителя

► температуры: ­ Т Þ ­ a

► концентрации раствора: ­с Þ ¯ a

 

. по величине a :

ß ß

A < 1 a = 1

Слабые электролиты сильные электролиты

Плохо распадаются ●практически полностью

На ионы распадаются на ионы

Диссоциация обратима ●диссоциация необратима

↔ →

● a = ¦ ( с ₀) ● a ¹ ¦ ( с ₀)

● относятся: - H₂O ● относятся:

Органика - все неорганич. соли

Основания p, d, f – элем. - основания S– элем.

Часть кислот: H2SiO3 , - часть кислот: H2SO4 , H2CO3 , HNO2 , CH3COOH HNO3 , HCl , HI , HBr

 

Процесс диссоциации - обратим,

 

Диссоциация слабой кислоты: НА « Н⁺ + А^-

Константа диссоциации: :: ►

 

Диссоциация слабого основания: RОН « R⁺ + ОН^-

:: ►

СРАВН ≡ [ С ] – равновесные концентрации, моль/л

 

►К_Д - зависит от :

► природы растворенного вещества

► природы растворителя

► температуры: ­ Т Þ ­ К_Д

►! К_Д - не зависит от концентрации раствора.

Кд - таблицы

 

Диссоциация слабого электролита:

 

АВ « А⁺ + В ^-

Со - исходная концентрация , моль/л

A - степень диссоциации

Закон разведения Оствальда

Если a << 1 Þ

Упрощенная формула

  Примеры Диссоциации слабых электролитов: НСООН « НСОО - + Н+ КД = 1,77×10-4

Раствор имеет сложный ионно-молекулярный состав.

Всегда: КД1 >> КД2 Þ расчет a

в оценочных расчетах ведется по 1 ступени диссоциации: :: ►: К_Д1 » a² с_{о :}

Концентрация ионов: :: ►.. сi = a . со .. , моль/л.

► Концентрация ионов с_i мала Þ

энергия взаимодействия слабая Þ

все свойства слабых электролитов = ¦ ( с_i )

 

Процесс диссоциации - необратим,

Сильные электролиты диссоциированы полностью :

A_nB_m ® nA^m+ + mB^n-

Концентрации: c n . c m . c

заряд ионов z : m+ n- Примеры диссоциации: кислота HCl ® H+ + Cl -

G - коэффициент активности, учитывает все виды взаимодействия частиц в растворе.

G - по экспериментальным данным, б/размерн.

 

g - зависит от :

► природы растворенного вещества

► природы растворителя

► температуры

► концентрации раствора

Аi - активность ионов, учитывает концентрацию

И все виды взаимодействия частиц в растворе, [моль/л].

Теория Дебая и Хюккеля (1923г.)

Расчет энергии взаимодействия ионов - по энергии в шаровом конденсаторе: - ион окружен противоположно заряженными ионами –

ионная атмосфера:

 

­ С _{электролита}

THORN; ¯ среднее

Расстояние между

Ионами Þ образование

ионных пар:

Взаимодействия ионов – до 1020 соударений в сек.

Ионная сила раствора I… –

количественная характеристика меж ионного взаимодействия:

Б/размерн.

Ci – концентрация i -иона

Zi - заряд i -иона

► Для электролита AnBm ® nAm+ + mBn- Средний коэффициент активности электролита g± - среднее геометрическое…

По правилу ионной силы - по табл.

 

Задача. Определить активность ионов в 0,01 М растворе СаСl2.

СаCl₂ ® Ca ²⁺ + 2Cl^-

С, моль/л: 0,01 0,01 2×0,01

Решение: = 0,5(0,01×4+0,02×1) = 0,03 коэффициент активности ионов gi Þ

Диссоциация

Н₂О Н⁺ + ОН^-

Молизация

Ионное

константа диссоциации произведение воды:

К_W = К_Д ^. a_H2O

 

Активность

а _Н2О = 55,56 моль/л К_W = ¦( Т )

= const

ионное произведение

воды K_W :

DG⁰_дис = DН⁰_дис - Т DS⁰_дис = - RT lnK_дис

при 298 К:

DH0 298 дис = 55,9 кДж, DS0298 дис = - 80,48 Дж/К

LnKдис = -55900/8,31×298 - 80,48/8,31×298

Þ K_{298 дис} = 1,8×10^-16 Þ K_W = K_дис ^.а _Н2О = 10^-14

 

K_{W, 298} = 10^-14

 

 

Ионы Н+ - носители кислотных свойств

Ионы ОН- - носители основных свойств

Прологарифмируем ионное произведение Н2О: lgKW = lgaH+ + lgaOH- = - 14  

При 298 К

     

THORN; рН = 14 - рОН

 

Примеры решения задач:

Задача

Рассчитать рН 0,05 М раствора НСN.

Решение.

НСN - слабая кислота , со = 0,05 моль/л

Уравнение диссоциации:

НСN « Н⁺ + СN^-

К_Д = 7,9×10^-10 (по таблице)

a == = 1,26×10^-4

СH+ = a со = 1,26×10-4×0,05 = 6,3×10-6 моль/л

РН = ‑ lg сH+ = - lg 6,3×10-6 = 5,18 < 7 – кислая среда.

 

Задача

Рассчитать рН 0,01 М раствора Zn(OН)2.

Решение.

Zn(OН)2 - слабое основание, со = 0,01 моль/л

Уравнения диссоциации по ступеням:

1 ст.: Zn(ОH)₂ « OН ^- + ZnOH⁺ К_Д1 = 4,4×10^-5

2 ст.: ZnOH⁺ « OH ^- + Zn ²⁺ К_Д2 = 1,5×10^-9

a =т.к. К_Д1 >> К_Д2

_{__________ _________________}

Þ a = Ö К_{Д 1} / с_о =Ö 4,4×10^-5 /0,01 = 6,6 ×10^-2

СОН- = a со = 6,6×10-2×0,01 = 6,6×10-4 моль/л

РОН = ‑ lg сОН- = - lg 6,6×10-4 = 3,2

РН = 14 – 3,2 = 10,8 > 7 - щелочная среда.

Задача

Рассчитать рН 0,05 М раствора NаОН.

Решение

NаОН - сильное основание, со = 0,05 моль/л

Уравнение диссоциации:

NаОН ® Nа⁺ + ОН^-

С: 0,05 0,05 0,05 моль/л

z_i 1+ 1–

I = 1/2(0,05 ×12 + 0,05 ×12) = 0,05

g_ОН- = 0,85 (по таблице)

АОН- = gОН-× сOH- = 0,85 ×0,05 = 0,043 моль/л

РОН = ‑ lg аОН- = - lg 4,3 ×10-2 = 1,37

РН = 14 – 1,37 = 12,63 > 7 - щелочная среда.

Задача

Рассчитать рН 0,01 М раствора H2SO4.

Решение

H2SO4 - сильная кислота , со = 0,01 моль/л

 

Уравнение диссоциации:

H₂SO₄ ® 2Н⁺ + SO₄^-2-

С: 0,01 0,02 0,01 моль/л

z_i 1+ 2–

I = 1/2(0,02 ×12 + 0,01 ×22) = 0,03

g_Н+ = 0,9 (по таблице)

АН+ = gН+× сH+ = 0,9 ×0,02 = 0,018 моль/л

РН = ‑ lg аН+ = - lg 1,8×10-2 = 1,74 < 7 – кислая среда.