Растворы. Способы выражения концентрации растворенного вещества.

Растворы. Растворами называют гомогенные системы, в которых одно вещество распределено в среде другого (других) веществ. Если одним из составляющих растворов веществ является жидкость, а другими - газы или твердые вещества, то растворителем обычно считают жидкость. В других случаях растворителем считают тот компонент, которого больше. Раствор Растворитель Растворенное вещество

Растворы. Классификация растворов. Твердые Жидкие Газообразные Агрегатное состояние Грубодисперсные системы Коллоидные растворы Истинные растворы Степень дисперсности Ненасыщенные Насыщенные Пересыщенные Растворимость Разбавленные Концентрированные Количество растворенного вещества

Растворы. Растворение. Растворение – это самопроизвольное распределение частиц одного вещества между частицами другого. Под влиянием растворителя разрушается кристаллическая решетка твердого вещества, а ионы распределяются равномерно по всему объему растворителя.

Растворы. Ненасыщенный раствор – это раствор, в котором при данных температуре и давлении возможно дальнейшее растворение уже содержащегося в нем вещества. Раствор, в котором вещество при данной температуре больше не растворяется, т.е. раствор, находящийся в состоянии равновесия с твердой фазой растворяемого вещества, называется насыщенным. Пересыщенный раствор, раствор, концентрация вещества в котором выше концентрации насыщенного раствора (при данных температуре и давлении). Пересыщенные растворы очень неустойчивы. Легкое сотрясение сосуда или введение в раствор кристаллов вещества, находящегося в растворе, вызывает кристаллизацию избытка растворенного вещества, и раствор становится насыщенным.

Растворы. Физическая и химическая теория растворов. Физическ ая теория предложена В. Оствальдом (Германия) и С. Аррениусом (Швеция). частицы растворителя и растворенного вещества (молекулы, ионы) равномерно распределяются по всему объему раствора вследствие процессов диффузии. При этом между растворителем и растворенным веществом отсутствует химическое взаимодействие. Химичес кая теория предложена Д.И. Менделеевым. между молекулами растворяемого вещества и растворителем происходит химическое взаимодействие с образованием неустойчивых, превращающихся друг в друга соединений растворенного вещества с растворителем – сольватов. Физико- химическая теория Русские ученые И.А. Каблуков и В.А. Кистяковский объединили представления Оствальда, Аррениуса и Менделеева Согласно современной теории в растворе могут существовать не только частицы растворенного вещества и растворителя, но и продукты физико-химического взаимодействия растворенного вещества с растворителем – сольваты. Сольваты – это неустойчивые соединения переменного состава. Если растворителем является вода, их называют гидратами. Сольваты (гидраты) образуются за счет ион- дипольного, донорно-акцепторного взаимодействий, образования водородных связей и т.д.

Растворы. Растворимость. Растворимость зависит от природы растворенного вещества и растворителя, а также от внешних условий (температуры, давления). Зависимость растворимости от природы растворенного вещества и растворителя Растворимость твердых веществ в жидкостях зависит от типа связи в их кристаллических решетках. Например, вещества с атомными кристаллическими решетками (углерод, алмаз и др.) мало растворимы в воде. Вещества с ионной кристаллической решеткой, как правило, хорошо растворимы в воде. Вещества с ионным или полярным типом связи хорошо растворяются в полярных растворителях. Например, соли, кислоты, спирты хорошо растворимы в воде. В то же время неполярные вещества, как правило, хорошо растворяются в неполярных растворителях. Растворимость газов в жидкостях также зависит от их природы. Например, в 100 объемах воды при 20oС растворяется 2 объема водорода, 3 объема кислорода. В тех же условиях в 1 объеме Н2О растворяется 700 объемов аммиака.

Растворы. Влияние температуры на растворимость. При растворении газов в воде вследствие гидратации молекул растворяемого газа выделяется теплота. Поэтому в соответствии с принципом Ле Шателье при повышении температуры растворимость газов понижается. Температура различным образом влияет на растворимость твердых веществ в воде. В большинстве случаев растворимость твердых веществ возрастает с повышением температуры. В большинстве случаев взаимная растворимость жидкостей также возрастает с повышением температуры.

Растворы. Влияние давления на растворимость. На растворимость твердых и жидких веществ в жидкостях давление практически не оказывает влияния, так как изменение объема при растворении невелико. При растворении газообразных веществ в жидкости происходит уменьшение объема системы, поэтому повышение давления приводит к увеличению растворимости газов. В общем виде зависимость растворимости газов от давления подчиняется закону У. Генри (Англия, 1803 г.): растворимость газа при постоянной температуре прямо пропорциональна его давлению над жидкостью. Закон Генри справедлив лишь при небольших давлениях для газов, растворимость которых сравнительно невелика и при условии отсутствия химического взаимодействия между молекулами растворяемого газа и растворителем.

Растворы. Концентрация растворов. 1. Массовая доля (или процентная концентрация вещества) – это отношение массы растворенного вещества m к общей массе раствора. Для бинарного раствора, состоящего из растворённого вещества и растворителя: где: ω – массовая доля растворенного вещества; m в-ва – масса растворённого вещества; m р-ра – масса растворителя. Массовую долю выражают в долях от единицы или в процентах.

Растворы. Концентрация растворов. 2. Молярная концентрация или молярность – это количество молей растворённого вещества в одном литре раствора V: где: C – молярная концентрация растворённого вещества, моль/л (возможно также обозначение М, например, 0,2 М HCl); n – количество растворенного вещества, моль; V – объём раствора, л. Раствор называют молярным или однополярным, если в 1 литре раствора растворено 1 моль вещества, децимолярным – растворено 0,1 моля вещества, сантимолярным – растворено 0,01 моля вещества, миллимолярным – растворено 0,001 моля вещества.

Растворы. Концентрация растворов. 3. Моляльная концентрация (моляльность) раствора С(x) показывает количество молей n растворенного вещества в 1 кг растворителя m: где: С (x) – моляльность, моль/кг; n – количество растворенного вещества, моль; m р-ля – масса растворителя, кг.

Растворы. Концентрация растворов. 4. Титр – содержание вещества в граммах в 1 мл раствора: где: T – титр растворённого вещества, г/мл; m в-ва – масса растворенного вещества, г; V р-ра – объём раствора, мл.

Растворы. Концентрация растворов. 5. Мольная доля растворённого вещества – безразмерная величина, равная отношению количества растворенного вещества n к общему количеству веществ в растворе: где: N – мольная доля растворённого вещества; n – количество растворённого вещества, моль; n р-ля – количество вещества растворителя, моль. Сумма мольных долей должна равняться 1: N(X) + N(S) = 1. где N(X) - мольная доля растворенного вещества Х; N(S) - мольная доля растворенного вещества S. Иногда при решении задач необходимо переходить от одних единиц выражения к другим: ω(X) - массовая доля растворенного вещества, в %; М(Х) – молярная масса растворенного вещества; ρ= m/(1000V) – плотность раствора

Растворы. Концентрация растворов. 6. Нормальная концентрация растворов (нормальность или молярная концентрация эквивалента) – число грамм-эквивалентов данного вещества в одном литре раствора. Грамм-эквивалент вещества – количество граммов вещества, численно равное его эквиваленту. Эквивалент – это условная единица, равноценная одному иону водорода в кислотно-основных реакциях или одному электрону в окислительно – восстановительных реакциях. Для записи концентрации таких растворов используют сокращения н или N. Например, раствор, содержащий 0,1 моль-экв/л, называют децинормальным и записывают как 0,1 н. где: С Н – нормальная концентрация, моль-экв/л; z – число эквивалентности; V р-ра – объём раствора, л.

Растворы. Концентрация растворов. Растворимость вещества S - максимальная масса вещества, которая может раствориться в 100 г растворителя: Коэффициент растворимости – отношение массы вещества, образующего насыщенный раствор при конкретной температуре, к массе растворителя: