Файл: ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ биб.docx

4..Моляльная концентрация b – число молей растворенного вещества в одном килограмме растворителя.

b (X) = =

где n(X) – число молей вещества X; m – масса вещества Х; М – молярная масса вещества Х; m(р-ля) –массарастворителя , кг. Измеряют моляльность в моль/кг.

5. Мольная доля χ–это отношение количества компонента, содержащегося в данной системе ( в молях), к общему количеству веществ в системе ( в молях). Выражают в долях единицы или процентах

(Х) = ,

где n(Х) количество вещества Х в растворе, моль;n_i– количество вещества каждого компонента раствора, моль. Для двухкомпонентного раствора=n(Х) +n(S), гдеn(S) – количество вещества растворителяS. Мольная доля также выражается в долях единицы или процентах. Сумма массовых (мольных) долей всех компонентов раствора равна 1.

6 Очень часто в аналитической химии используют такой способ выражения концентраций раствора как титр: определяется числом граммов растворённого вещества в 1 мл раствора. Титрованные, или стандартные растворы – это растворы с точно известным содержанием вещества. Без таких растворов невозможно представить проведение химического анализа.

Пример 1.Найти молярную концентрацию раствора с массовой долей 15%H₂SO₄и плотностью1,10 г/мл.

Решение.

Пусть V_р-ра = 1 л = 1000 мл.

1. Найдем массу 1 л раствора:

m _р-ра = _р-ра  V_р-ра = 1,10 г/мл  1000 мл = 1100 г.

2. Найдем массу H₂SO₄ в 1 л раствора:

m(H₂SO₄) =   m _р-ра = 0,15  1100 = 165 г.

3. Найдем молярную концентрацию:

С _HSO = == 1,68 моль/л.

Пример 2. Сколько миллилитров 30%-ного раствора HCl (плотность 1,150 г/мл) нужно для приготовления 1 л 0,1 н. раствора HCl?

Решение.

1. Найдем массу соляной кислоты, которая должна содержаться в приготовленном растворе:

m(HCl) = C(HCl)  M(HCl)  V_р-ра,

где M(HCl) = 1  M(HCl) = 36,5 г/моль.

m(HCl) = 0,1  36,5  1 = 3,65 г.

2. Поскольку раствор готовят разбавлением водой 30%-го раствора, то такая же масса HCl должна содержаться в 30%-м растворе. Найдем массу 30%-го раствора, содержащую 3,65 г HCl:

(HCl) =  m_р-ра = == 12,167 г.

3. Найдем объем 30%-го раствора:

V = == 10,58 мл.

Пример 3. Сколько граммов Na₂SO₄  10H₂O надо растворить в 800 г воды, чтобы получить раствор с массовой долей Na₂SO₄ 10%?

Решение.

Обозначим массу кристаллогидрата за х:

m(Na₂SO₄  H₂O) = х(г), тогда

(Na₂SO₄) = == 0,1.

Выразим массу Na₂SO₄, содержащуюся в х г кристаллогидрата, используя молярные массы М(Na₂SO₄) = 142 г/моль М_{NaSO  HO} = = 142 + 180 = 322 г/моль.

322 г Na₂SO₄  H₂O содержат 142 г Na₂SO₄,

х г Na₂SO₄  H₂O содержат m г Na₂SO₄ m(Na₂SO₄) = .

Подставим m(Na₂SO₄) в выражение для  и найдем х:

(Na₂SO₄) = = 0,1;

142  х = 0,1  322  (800 + х) = 25 760 + 32,2х;

109,8х = 25 760, х = 234,6.

m(Na₂SO₄  H₂O) = 234,6 г.

Пример 4. Сколько граммов СаСО₃ выпадет в осадок, если к 800 мл 0,5 н. раствора СаСl₂ прибавить избыток раствора соды?

Решение. При сливании растворов СаСl₂и соды (Nа₂СО₃) протекает реакция обмена: СаСl₂+Nа₂СО₃= СаСО₃+ 2NaCl.

Для решения задачи будем использовать закон эквивалентов: при взаимодействии количества веществ эквивалентов разных веществ одинаковы, т.е.

n(СаСО₃) = C(СаСl₂)  V_р-ра = 0,5  0,8 = 0,4 моль.

Найдем массу СаСО₃, МСаСО₃ =  100 г/моль:

m(СаСО₃) = n(СаСО₃)  МСаСО₃ = 0,4   100 = 20 г.

V = == 10,58 мл.

Концентрация компонента в растворе может изменяться от нуля до некоторого максимального значения, называемого растворимостью компонента. Растворимость S – концентрация компонента в насыщенном растворе. Насыщенный раствор – раствор, находящийся в равновесии с растворенным веществом. Величина растворимости характеризует равновесие между двумя фазами, поэтому на неё влияют все факторы, смещающие это равновесие (в соответствии с принципом Ле Шателье ).

Образование раствора является сложным физико-химическим процессом. Процесс растворения всегда сопровождается увеличением энтропии системы; при образовании растворов часто имеет место выделение либо поглощение теплоты. Количество тепла, поглощаемого или выделяемого при растворении 1 молявещества, называетсятеплотой растворения(∆Hs). При растворении твердого вещества происходит разрушениекристаллической решетки. На это требуется затрата энергии. Однако многие процессы растворения протекают с выделением тепла, т.е. эти процессы являются экзотермическими. (∆Hs<0). Поэтому можно предположить, что наряду с разрушением кристаллической решетки протекает экзотермический процесс. Было показано, что этим процессом являетсясольватация, т.е. соединение молекул растворенного вещества в неустойчивые соединения –сольваты. Когда растворителем является вода, то эти соединения называются гидратами, а процесс –гидратацией. Поскольку молекула воды оченьполярна, то многие гидраты весьма устойчивы и могут быть выделены в кристаллическом состоянии (кристаллогидраты), например CuSO₄∙5H₂O – медный купорос, Na₂CO₃∙10H₂O – кристаллическая содаи др.

В общем случае при растворении происходит изменение свойств и растворителя, и растворенного вещества, что обусловлено взаимодействием частиц между собой по различным типам взаимодействия: Ван-дер-Ваальсового (во всех случаях), ион-дипольного (в растворах электролитов в полярных растворителях), специфических взаимодействий (образование водородных или донорно-акцепторных связей). Учет всех этих взаимодействий представляет собой очень сложную задачу. Очевидно, что чем больше концентрация раствора, тем интенсивнее взаимодействие частиц, тем сложнее структура раствора. Поэтому количественная теория разработана только для идеальных растворов, единственной движущей силой образования такого раствора является увеличение энтропии системы ΔS; какие-либо тепловые или объемные эффекты при растворении отсутствуют (ΔН = 0, ΔV = 0. К идеальным можно отнести газовые растворы и растворы неполярных жидкостей, в которых энергия взаимодействия разнородных частиц E_A-B близка к энергиям взаимодействия одинаковых частиц E_A-A и E_B-B. Идеальными можно считать также бесконечно разбавленные растворы, в которых можно пренебречь взаимодействием частиц растворителя и растворенного вещества между собой. Свойства таких растворов зависят только от концентрации растворенного вещества, но не зависят от его природы.

Растворимость газов в газах

Газообразное состояние вещества характеризуется слабым взаимодействием между частицами и большими расстояниями между ними. Поэтому газы смешиваются в любых соотношениях (при очень высоких давлениях, когда плотность газов приближается к плотности жидкостей, может наблюдаться ограниченная растворимость). Газовые смеси описываются законом Дальтона:

Общее давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений всех входящих в неё газов.

P_общ. = P_i

P_i = χ_i P

Растворимость газов в жидкостях

Растворимость газов в жидкостях зависит от ряда факторов: природы газа и жидкости, давления, температуры, концентрации растворенных в жидкости веществ (особенно сильно влияет на растворимость газов концентрация электролитов).

Наибольшее влияние на растворимость газов в жидкостях оказывает природа веществ. Так, в 1 литре воды при t = 18 °С и P = 1 атм. растворяется 0,017 л. азота, 748,8 л. аммиака или 427,8 л. хлороводорода. Аномально высокая растворимость газов в жидкостях обычно обусловливается их специфическим взаимодействием с растворителем – образованием химического соединения (для аммиака) или диссоциацией в растворе на ионы (для хлороводорода). Газы, молекулы которых неполярны, растворяются, как правило, лучше в неполярных жидкостях – и наоборот. Зависимость растворимости газов от давления выражается законом Генри – Дальтона:

Растворимость газа в жидкости прямо пропорциональна его давлению над жидкостью.

Здесь С – концентрация раствора газа в жидкости, k – коэффициент пропорциональности, зависящий от природы газа. Закон Генри – Дальтона справедлив только для разбавленных растворов при малых давлениях, когда газы можно считать идеальными. Газы, способные к специфическому взаимодействию с растворителем, данному закону не подчиняются.

Растворимость газов в жидкостях существенно зависит от температуры;

Как правило, при растворении газа в жидкости выделяется теплота(Н <0), поэтому с повышением температуры растворимость уменьшается.

Взаимная растворимость жидкостей

В зависимости от природы жидкости могут смешиваться в любых соотношениях (в этом случае говорят о неограниченной взаимной растворимости), быть практически нерастворимыми друг в друге либо обладать ограниченной растворимостью. Рассмотрим последний случай на примере системы анилин – вода. Если смешать примерно равные количества воды и анилина, система будет состоять из двух слоев жидкости; верхний слой – раствор анилина в воде, нижний – раствор воды в анилине. Для каждой температуры оба раствора имеют строго определенный равновесный состав, не зависящий от количества каждого из компонентов.