Растворы химия 1 курс кратко
Обновлено: 08.07.2024
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Зарегистрироваться 15–17 марта 2022 г.
Понятие о дисперсных системах.
Дисперсными системами называются системы, в которых одно вещество, находясь в мелкораздробленном состоянии (дисперсная фаза), равномерно распределено в другом (дисперсная среда).
В зависимости от размеров частиц дисперсной фазы различают следующие дисперсные системы:
Грубодисперсные системы, размер частиц велик (эмульсии, суспензии). Примером может служить раствор глины в воде.
Коллоидные растворы (золи) (10 -9 -10 -6 ). К ним можно отнести раствор кремниевой кислоты, растворы солей кремниевой кислоты (силикатный клей).
Истинные растворы, в которых размеры дисперсной фазы очень малы (10 -10 -10 -9 ).
По агрегатному состоянию фаз Вильгельм Фридрих Оствальд предложил ставшую весьма распространенной классификацию:
Суспензии (т/ж)
Коллоидные растворы (т/ж)
Глина, зубная паста, губная помада.
Раствор яичного белка, плазма крови, спиртовая вытяжка хлорофилла, кремниевая кислота.
Растворы солей, щелочей, сахара.
Твердые растворы (т/т)
Сплавы, минералы, цветные стекла.
Туман, облака, моросящий дождь, струя из аэрозольного баллончика.
Эмульсия (ж/ж)
Истинные растворы (ж/ж)
Молоко, масло, майонез, крем, мази, эмульсионные краски.
Нисшие спирты +вода, ацетон + вода.
Твердая эмульсия (ж/т)
Дисперсной системы не образуется
Пена газированной воды, мыльная пена, взбитые сливки, взбитый крем, пастила.
Твердая пена (г/т)
Пенопласт, пенобетон, пеностекло, пемза, лава.
Дисперсные системы изучает специальный раздел химии – коллоидная химия. Мы будем знакомиться в основном с третьей группой – истинными растворами .
Растворы — гомогенные (однородные) системы переменного состава, которые содержат два или несколько компонентов.
По агрегатному состоянию растворы подразделяются:
Наиболее распространены жидкие растворы. Они состоят из растворителя (жидкости) и растворенных веществ (газообразных, жидких, твердых):
Жидкие растворы могут быть водные и неводные. Водные растворы — это растворы, в которых растворителем является вода. Неводные растворы — это растворы, в которых растворителями являются другие жидкости (бензол, спирт, эфир и т. д.).
На практике чаще применяются водные растворы.
Растворение веществ (образование растворов).
Растворение — сложный физико-химический процесс, который включает несколько стадий:
1. Разрушение кристаллической решетки растворенного вещества.
Рассмотрим растворение хлорида калия в воде.
Например, при внесении в воду кристалликов хлорида калия с их поверхности постепенно начинают отрываться ионы К + и С l - .
Причиной этого являются собственные колебательные движения частиц и притяжение со стороны молекул растворителя.
2. Постепенный переход частиц, образующих кристалл, в раствор.
Рис. 1 . Схема разрушения кристаллической решетки хлорида калия в воде
3. Распределение частиц, перешедших в раствор, по всему объему растворителя.
Растворы, компонентами которых являются ионы, называются ионными (растворы электролитов, так как они проводят электрический ток). Растворы, компонентами которых являются электро-нейтральные частицы, называются молекулярными (растворы неэлектролитов).
Долгое время считалось, что растворитель — это среда, химически инертная по отношению к растворенному веществу. То есть между частицами растворителя и частицами растворенного вещества отсутствует межмолекулярное взаимодействие, как и в обычных механических смесях.
Данная теория получила название физической теории растворов . Основоположниками физической теории являлись Якоб Г. Вант-Гофф (1885 г.) и Сванте А. Аррениус (1883 г.).
Впоследствии оказалось, что физическая теория применима лишь к небольшой группе так называемых идеальных растворов. Примерами идеальных растворов являются многие газовые растворы (газовые смеси), образованные из не реагирующих между собой газов. Как и отдельные газы, такие газовые растворы подчиняются газовым законам. Физические свойства таких смесей (плотность, давление и др.) вычисляются как аддитивные (от лат. – сложение), т. е. из свойств компонентов, составляющих смесь. Например, общее давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений14 ее компонентов (закон Дальтона, 1800 г.).
P общ. = P 1 + P 2 + … P n .
В 1887 г. Д.И. Менделеев предложил химическую, или сольватную (гидратную) теорию растворов . Он доказал, что в реальных растворах между молекулами растворителя и растворенного вещества происходит взаимодействие, которое носит различный характер:
1. Химическое (донорно-акцепторное взаимодействие) взаимодействие, между растворителем и растворенным веществом. Например, хлор, растворяясь, взаимодействует с водой с образованием хлорной воды:
С l 2 + Н 2 O → HCl + НОС l .
2. Ион-дипольное взаимодействие (при растворении веществ с ионной кристаллической решеткой). Например, в случае растворения хлорида натрия образуются ионы натрия и хлора, вокруг которых за счет сил электростатического притяжения удерживаются молекулы воды.
3. Диполь-дипольное взаимодействие (при растворении веществ с молекулярной кристаллической решеткой).
Доказательством физико-химического характера процесса растворения являются тепловые эффекты при растворении, т. е. выделение или поглощение теплоты.
Тепловой эффект растворения равен сумме тепловых эффектов физического и химического процессов. Физический процесс протекает с поглощением теплоты, химический — с выделением.
Если в результате гидратации (сольватации) выделяется больше теплоты, чем ее поглощается при разрушении структуры вещества, то растворение — экзотермический процесс. Выделение теплоты наблюдается, например, при растворении в воде таких веществ, как NaOH ; AgNO 3 ; H 2 SO 4 , ZnSO 4 и др.
Если для разрушения структуры вещества необходимо больше теплоты, чем ее образуется при гидратации, то растворение — эндотермический процесс. Это происходит например, при растворении в воде NaNO 3 ; КС l ; K 2 SO 4 ; KNO 2 ; NH 4 Cl и др.
Итак, разрушение структуры растворяемого вещества и распределение его частиц между молекулами растворителя — это физический процесс. Одновременно происходит взаимодействие молекул растворителя с частицами растворенного вещества, т. е. химический процесс. В результате этого взаимодействия образуются сольваты.
Сольваты — продукты переменного состава, которые образуются при химическом взаимодействии частиц растворенного вещества с молекулами растворителя.
Если растворителем является вода, то образующиеся сольваты называются гидратами. Процесс образования сольватов называется сольватацией. Процесс образования гидратов называется гидратацией. Гидраты некоторых веществ можно выделить в кристаллическом виде при выпаривании растворов. Например:
При растворении в воде сульфата меди (II) происходит его диссоциация на ионы:
Образующиеся ионы взаимодействуют с молекулами воды:
При выпаривании раствора образуется кристаллогидрат сульфата меди (II) – CuSO 4 •5Н 2 O .
Кристаллические вещества, содержащие молекулы воды, называются кристаллогидратами.
Вода, входящая в их состав, называется кристаллизационной водой. Примеры
Одновременно с процессом растворения происходит обратный процесс — процесс кристаллизации . Перешедшие в раствор молекулы находятся в непрерывном движении. Они могут столкнуться с твердой поверхностью еще не растворившегося вещества, снова притянуться к ней и вернуться в состав кристалла. Вероятность такого столкновения тем выше, чем выше концентрация частиц растворенного вещества. А так как концентрация частиц растворенного вещества растет по мере растворения, то в какой-то момент времени скорость растворения становится равной скорости кристаллизации. При этом в раствор переходит столько же частиц, сколько их выделяется из раствора. То есть вещество больше не растворяется.
Раствор, в котором данное вещество при данной температуре больше не растворяется (т. е. раствор, находящийся в равновесии с растворяемым веществом), называется насыщенным .
Раствор, в котором еще можно растворить добавочное количество данного вещества, называется ненасыщенным .
Раствор, содержащий растворенного вещества больше, чем его должно быть в данных условиях в насыщенном растворе, называется пересыщенным .
В спокойном состоянии они могут годами оставаться без изменения.
Но стоит бросить в раствор кристаллик того вещества, которое в нем растворено, как вокруг него начинают расти другие кристаллы и через некоторое время весь избыток растворенного вещества выкристаллизовывается. Иногда кристаллизация начинается от простого сотрясения раствора или от трения стеклянной палочкой о стенки сосуда, в котором находится раствор. При кристаллизации выделяется значительное количество теплоты, вследствие чего сосуд с раствором заметно нагревается. Очень легко образуют пересыщенные растворы глауберова соль, бура, тиосульфат натрия.
В итоге, пересыщенные растворы являются неустойчивыми системами. Они Способны к существованию только при отсутствии в системе твердых частиц растворенного вещества.
Количественной характеристикой растворимости является коэффициент растворимости.
Коэффициент растворимости показывает, какая максимальная масса вещества может раствориться в 1000 мл растворителя при данной температуре. Растворимость выражают в граммах на литр (г/л).
По растворимости в воде вещества делят на 3 группы:
Растворимость веществ зависит от природы растворителя, от природы растворенного вещества, температуры, давления (для газов). Растворимость газов при повышении температуры уменьшается, при повышении давления — увеличивается.
Зависимость растворимости твердых веществ от темпе ратуры показывают кривые растворимости . Растворимость многих твердых веществ увеличивается при повышении температуры.
По кривым растворимости можно определить:
1) коэффициент растворимости веществ при различных температурах;
2 ) массу растворенного вещества, которое выпадает в осадок при охлаждении раствора от t 1 °С до t 2 ° С.
Процесс выделения вещества путем испарения или охлаждения его насыщенного раствора называется перекристаллизацией. Перекристаллизация используется для очистки веществ.
Важной характеристикой любого раствора является его состав.
Количественная характеристика состава растворов
При работе с растворами необходимо знать их количественный состав. Количественный состав растворов выражается различными способами. Мы изучим два способа: массовая доля растворенного вещества и молярная концентрация (молярность).
Массовая доля растворенного вещества
Массовой долей растворенного вещества называется отношение массы растворенного вещества к массе раствора:
ω — массовая доля растворенного вещества, выраженная и долях единицы;
m (в-ва) — масса растворенного вещества, г;
m (р-ра) — масса раствора, г.
Массовую долю можно выражать также в процентах (%):
Массовую долю растворенного вещества в процентах (%) часто называют процентной концентрацией раствора.
Молярная концентрация
Молярная концентрация показывает число молей растворенного вещества в одном литре раствора.
Молярную концентрацию можно рассчитать по формуле
На практике часто переходят от одного способа выражения концентрации к другому по известной плотности раствора, применяя формулу т = ρ • V.
Читайте также: