Общие понятия о растворах

Презентация по аналитической химии «Растворы. Общие понятия о растворах, растворимости и концентрации»

Описание презентации по отдельным слайдам:

Растворы Общие понятия о растворах, растворимости, концентрации Государственное профессиональное образовательное учреждение Ярославской области Ярославский химико-технологический техникум Разработал мастер п/о Абрамова Т.Е. Ярославль, 2015

Основные понятия и определения Системой называется совокупность веществ, принимающих участие в данном физико-химическом процессе Гомогенная система – это система, в которой составляющие ее части с различными свойствами не отделены поверхностью раздела Гетерогенная система – это система, состоящая из одного, двух или нескольких веществ с различными свойствами, отделенные друг от друга поверхностью раздела

Раствором называется твердая или жидкая гомогенная система, состоящая из двух или более компонентов, относительные количества которых могут изменяться в широких пределах.

Раствор Истинный Коллоидный Истинные и коллоидные растворы различаются главным образом размером частиц и однородностью системы. Истинные растворы – гомогенные системы, состоящие из двух или более веществ, частицы которых имеют размеры молекул, атомов или ионов, находятся во взаимодействии и равномерно распределены относительно друг друга.

Растворы Жидкие Твердые Газообразные

Растворитель Растворитель – компонент, агрегатное состояние которого не изменяется при образовании раствора. РАСТВОР РАСТВОРИТЕЛЬ РАСТВОРЕННОЕ ВЕЩЕСТВО Из двух или нескольких компонентов раствора растворителем является тот, который взят в большем количестве и имеет то же агрегатное состояние, что и раствор в целом

Теория растворов Физическая теория растворов (Вант-Гофф) Процесс растворения является результатом диффузии, т.е. проникновения растворенного вещества в промежутки между молекулами воды, т.е. физическое явление Химическая теория (Д.И. Менделеев) Растворение является результатом химического взаимодействия растворенного вещества с молекулами воды, т.е. химическое явление Физико-химическая теория растворов

Растворимость Растворимость – способность вещества растворяться в том или ином растворителе. Мерой растворимости вещества при данных условиях является его содержание в насыщенном растворе (предельное содержание растворенного вещества в данном растворителе при определенной температуре). Растворимость вещества зависит от: Природы растворяемого вещества и растворителя; Концентрации раствора; Температуры; Присутствия других веществ в растворе; Для газообразных веществ – от давления.

Растворы Пересыщенный раствор – раствор, содержащий при данных условиях больше растворенного вещества, чемв насыщенном растворе, избыток вещества легко выпадает в осадок. Насыщенный раствор – раствор, в котором растворенное вещество при данных условиях достигло максимальной концентрации и больше не растворяется Ненасыщенный раствор – раствор, в котором концентрация растворенного вещества меньше насыщенной концентрации (меньше чем в насыщенном растворе), и в котором при данных условия можно растворить еще некоторое его количество.

По растворимости все вещества делятся на: Хорошо растворимые – в 100 г воды растворяется более 10 г вещества Малорастворимые – менее 1 г вещества Практически нерастворимые (нерастворимые вещества) – менее 0,01 г вещества

РАСТВОРЫ Разбавленные – содержание растворенного вещества в растворе маленькое Концентрированные – содержание растворенного вещества в растворе большое

Концентрация Концентрация – соотношение между количеством растворителя и растворенного вещества или количеством растворенного вещества и количеством всего раствора

  • Абрамова Тамара Евгеньевна
  • Написать
  • 1502
  • 21.04.2016

Номер материала: ДБ-045983

  • 21.04.2016
  • 1049
  • 21.04.2016
  • 788
  • 21.04.2016
  • 881
  • 21.04.2016
  • 189
  • 21.04.2016
  • 194
  • 21.04.2016
  • 165
  • 21.04.2016
  • 1272

Не нашли то что искали?

Вам будут интересны эти курсы:

Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение редакции может не совпадать с точкой зрения авторов.

Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако редакция сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.

Понятия о растворах

Растворы — это гомогенные (однородные) системы переменного состава, которые содержат два или более компонентов. Наибольшее значение в медицине имеют жидкие растворы, в которых растворителем является вода. Растворяемое вещество может быть в твердом, жидком или газообразном состоянии.

Процесс растворения является физико-химическим процессом, при котором происходит разрушение структуры растворяемого вещества и распределение его между молекулами растворителя. Одновременно с этим осуществляется взаимодействие молекул растворителя с частицами растворенного вещества (сольватация).

Растворимость — это способность вещества растворяться в том или ином растворителе. Определяется природой вещества и растворителя, условиями осуществления процесса растворения: температурой, давлением. Существует правило — подобное растворяется в подобном. Так, полярные вещества растворяются в полярных растворителях (соли, кислоты, щелочи, низшие спирты — в воде), неполярные вещества растворяются в неполярных растворителях (жиры и масла — в углеводородах).

Насыщенный раствор — это раствор, который содержит максимально возможное количество растворяемого вещества при данных температуре и давлении.

Ненасыщенный раствор — это раствор, в котором при данных температуре и давлении возможно растворение дополнительного количества уже содержащегося в нем вещества.

Растворимость (s) характеризует насыщенный раствор и часто выражается как масса вещества, которую можно растворить в 100 г растворителя при данной температуре.

Существуют различные способы выражения состава раствора.

Массовая доля (со) вещества X в растворе — эго отношение массы растворенного вещества к массе раствора.

(1.1)

Допускается (в том числе в медицине и фармацевтике) выражать массовую долю в долях единицы, в процентах, % (со -100), в промилле, %о (со -10 3 ), в миллионных долях (со -10 6 ).

Пример 1.3. В 450 г воды растворили 50 г CuS04 -5H20. Вычислите массовую долю кристаллогидрата, безводной соли и ионов меди в растворе.

Решение. Выразив массу раствора через массы растворителя (вода) и растворенного вещества, запишем:

Массовую долю безводной соли определим по уравнению а массовую долю ионов меди в растворе как

Молярная концентрация (с) вещества X в растворе — отношение количества растворенного вещества, содержащегося в растворе, к объему раствора.

Обычно измеряется в моль/л. Вместо обозначения моль/л допускается обозначение «М». Например, 1М НС1 — одномолярный раствор НС1; ОДМ — децимолярный раствор; О,(ИМ — сантимолярный раствор.

Молярная концентрация эквивалента С( 1//экв) — это отношение количества вещества эквивалента в растворе к объему этого раствора.

Молярную концентрацию эквивалента в аналитической химии часто называют нормальностью и обозначают как «н», например, 0,2 н H2S04.

Пример 1.4. Вычислите молярную концентрацию и нормальность раствора Н3Р04 с массовой долей кислоты 49% и плотностью 1,33 г/мл. Фактор эквивалентности кислоты принять равным 1/3.

Решение. Приняв объем раствора за 1 л, найдем его массу как произведение объема на плотность:

Преобразовав уравнение (1.1) в вид: т(Х) = (Х) т(р-ра), рассчитаем массу фосфорной кислоты в растворе

Количество вещества кислоты можно определить по формуле

Отсюда молярная концентрация кислоты в 1 л раствора

Молярная концентрация эквивалента С’(1/ЗН3Р04) (или нормальность Н3Р04) равна 6,6/(1/3) = 19,8 моль-экв/л.

Массовая концентрация (с) вещества X в растворе — это отношение массы растворенного вещества, содержащегося в растворе, к объему раствора.

Используется для веществ, количество вещества которых определить затруднительно (полимеры, природные субстанции), обычно измеряется в г/л.

Титр раствора (Т) вещества X: массовая концентрация, выраженная в г/мл (используется в аналитической химии).

Молярная доля (%) компонента X может быть определена как отношение количества вещества этого компонента к суммарному количеству вещества всех компонентов.

Объемная доля (ф) компонента X — отношение объема этого компонента к суммарному объему раствора.

Рис. 1.2. Ареометры (градуированные в единицах плотности):

а — с термометром; 6 — без термометра

Применяется для газовых смесей, а также для спиртосодержащих жидкостей.

В растворах, состоящих из одного растворенного вещества и растворителя, существует зависимость между плотностью раствора и его составом (при данной температуре) (табл. 1.1). Это дает возможность определять на практике составы таких растворов с помощью ареометра (рис. 1.2) (денсиметра, спиртометра, сахариметра, лактометра).

Общие представления о растворах;

Растворы неэлектролитов

Лекция. Общие представления о растворах. Разбавленные

Раствор — n-компонентная гомогенная система (n³2), состав которой может непрерывно изменяться в некоторых пределах.

Растворы могут быть жидкими, твёрдыми, газообразными. Компонент, содержание которого значительно выше содержания остальных компонентов, как правило, называют растворителем. Если одним из компонентов раствора является жидкость, а другие — газы или твёрдые вещества, то растворителем принято считать жидкость.

Мы будем говорить о жидких растворах. Поэтому вспомним самые общие сведения о жидком состоянии:

В жидкости молекулы ориентированы друг относительно друга благодаря силам Ван-дер-Ваальса, а так же водородной связи. Молекулы не “втягиваются друг в друга” из-за отталкивания электронных оболочек (принцип Паули и принцип неопределённости) и теплового движения молекул.

Благодаря указанной ориентации молекулы жидкости напоминают кристаллическое вещество — каждая её молекула окружена примерно одинаковым числом соседей (ближний порядок). Ближний порядок не означает отсутствие движения. В отличие от кристаллического вещества в жидкости отсутствует дальний порядок.

При образовании раствора происходитсольватация(от лат. solvere — растворять) частиц растворённого вещества молекулами растворителя. Если растворитель — вода, то говорят о гидратации. При этом за счёт химических связей между разнородными молекулами образуются аквокомплексы (водные растворы) или сольватокомплексы (неводные растворы). На образование химических связей между компонентами указывают явления, наблюдающиеся при растворении: а) значительные тепловые эффекты (вспомните работы по термохимии); б) изменение окраски при образовании растворов; в) нарушение аддитивности объёмов при смешении жидкостей. Особенно это характерно для жидкостей, между компонентами которых образуются водородные связи. Так, при смешении 1 л C2H5OH и 1 л H2O объём раствора равен 1.93 л.

Таким образом, растворение– это сложный физико-химический процесс, включающий как химические процессы (гидратная теория растворов Д.И. Менделеева), так и комплекс физических взаимодействий (физическая теория растворов — В.Ф. Алексеев, Вант-Гофф, Аррениус, Оствальд).

Способы выражения состава растворов приведены в табл.1.

Таблица 1. Способы выражения состава растворов*

* m,V- масса и объём раствора, m * — масса растворителя.

Посмотрим на растворение с термодинамической точки зрения. Процесс

растворения идёт самопроизвольно до тех пор, пока его энергия Гиббса меньше

Когда мы говорим о растворимости соли, то значение растворимости относится всегда только к насыщенному раствору. Растворимость выражается в граммах на 100 грамм растворителя или в граммах на литр растворителя. Так, растворимость сахара в воде — 2000 г/л , а AgJ- 1.3 . 10 -6 г/л. Одно и тоже вещество имеет разную растворимость в разных растворителях. Так, массовая концентрация KJ, отвечающая растворимости в воде равна 0,598, а в нитробензоле — 1.6 . 10 -2 .

Необходимо чётко различать понятия “насыщенный раствор” и “концентрированный раствор”. Так концентрированный 35 % раствор KBr не является насыщенным (wKBr, нас.=0,658), а насыщенный раствор K2SO4 c кон-центрацией 2 г/л нельзя назвать концентрированным.

О влиянии на растворимость природы растворителя и растворимого вещества, агрегатного состояния вещества; температуры, давления, примесей, и т.д. Вы можете прочитать в кн. Карапетьянца М.Х. Введение в теорию химических процессов.

При изучении растворов очень полезна модельная система, которая называется идеальным раствором. Это такой раствор, образование которого не сопровождается тепловыми эффектами и изменением объёма. Иными словами, при образовании идеального раствора DH=0 и DV=0. Очевидно, что для таких растворов уменьшение энергии Гиббса связано с увеличением энтропии системы при смешении. Действительно, при образовании идеального раствора (смешении) изменение энтропии пропорционально ln(Vкон/Vнач)>0 (докажите сами!), т.е. определяется только соотношением смешиваемых компонентов и не зависит от их природы. К идеальным растворам близки растворы, образуемые смешением жидкостей со сходной структурой и природой химической связи. Например, установлено, что при смешении толуола и бензола, тепловой эффект и изменение объёма очень малы. К идеальным растворам близки очень разбавленные растворы различных веществ. В дальнейшем мы сосредоточим внимание именно на разбавленных растворах.

Х и м и я

Коллоидная химия

Растворы.

Растворами называют однородные системы переменного состава. Химический состав и физические свойства одного раствора во всех частях его объёма одинаковы.

В отличие от простого смешивания веществ, при растворении происходит взаимодействие между частицами, образующими раствор.

Часто для определения раствора используют понятия гомогенной и системы.

В этом случае, раствором называется гомогенная система, состоящая из двух или более компонентов.

Гомогенные и гетерогенные системы

Гомогенная система (от греч. όμός — равный, одинаковый; γένω — рождать) — однородная система, химический состав и физические свойства которой во всех частях одинаковы или меняются непрерывно, без скачков (между частями системы нет поверхностей раздела).

В гомогенной системе из двух и более химических компонентов каждый компонент распределен в массе другого в виде молекул, атомов, ионов. Составные части гомогенной системы нельзя отделить друг от друга механическим путем.

Гетерогенная система (от греч. έτερος — разный; γένω — рождать) — неоднородная система, состоящая из однородных частей (фаз), разделённых поверхностью раздела.

Растворы могут существовать в трёх агрегатных состояниях – твёрдом, жидком и газообразном (парообразном). Примерами твёрдых растворов могут служить некоторые сплавы металлов, например сплав золота и меди, газообразных – воздух.

Наиболее важный вид растворов – жидкие растворы.

Растворы имеют чрезвычайно важное значение в жизни человека. Так, процессы усвоения пищи человеком и животными связаны с переводом питательных веществ в раствор. Растворами являются все важнейшие физиологические жидкости (кровь, лимфа и т.д.).

Растворители

Всякий раствор состоит из растворённых веществ и растворителя, т.е. среды, в которой эти вещества равномерно распределены в виде молекул и ионов.

Обычно растворителем считают тот компонент, который в чистом виде существует в том же агрегатном состоянии, что и полученный раствор. Например, в случае водного раствора соли растворителем является вода.

Если же оба компонента до растворения находились в одинаковом агрегатном состоянии (например, спирт и вода), то растворителем считается компонент, находящийся в большем количестве.

Истинные и коллоидные растворы

В растворах вещества могут находиться в различных степенях дисперсности (т.е. раздробленности). Величина частиц служит важным признаком, обуславливающим многие физикохимические свойства растворов.

По величине частиц растворы делятся на:

1. Истинные растворы (размер частиц меньше 1 мкм) и

2. Коллоидные растворы (размер частиц от 1 до 100 мкм).

Смеси с частицами размером более 100 мкм образуют взвеси: суспензии и эмульсии.

Истинные растворы могут быть ионными или молекулярными в зависимости от того, диссоциирует ли растворённое вещество на ионы или остаётся в недиссоциированном состоянии в виде молекул.

Коллоидные растворы резко отличаются по свойствам от истинных растворов. Они гетерогенны, так как имеют поверхность раздела между фазами – растворённым веществом (дисперсной фазой) и растворителем (дисперсионной средой).

Растворы высокомолекулярных соединений: белков, полисахаридов, каучука обладают свойствами как истинных, так и коллоидных растворов и выделяются в особую группу.

Растворы, механические смеси и химические соединения

Однородность растворов делает их очень сходными с химическими соединениями.

Химическое соединение — сложное вещество, состоящее из химически связанных атомов двух или нескольких элементов.

Раствор это не одно химическое соединение, а как минимум два смешанных соединения. В отличие от простого смешивания веществ, при растворении происходит взаимодействие между частицами, образующими раствор.

Выделение теплоты при растворении некоторых веществ тоже указывает на химическое взаимодействие между растворителем и растворяемым веществом.

Отличие растворов от химических соединений состоит в том, что состав раствора может изменяться в широких пределах. Кроме того, в свойствах раствора можно обнаружить многие свойства его отдельных компонентов, чего не наблюдается в случае химического соединения.

Непостоянство состава растворов приближает их к механическим смесям.

Механическая смесь — физико-химическая система, в состав которой входят два или несколько химических соединений (компонентов). В смеси исходные вещества включены неизменными. При смешивании не возникает никакое новое вещество.

От механических смесей растворы резко отличаются своею однородностью. Таким образом, растворы занимают промежуточное положение между механическими смесями и химическими соединениями.

Процесс растворения

Растворение кристалла в жидкости протекает следующим образом.

Когда вносят кристалл в жидкость, в которой он может растворяться, от поверхности его отрываются отдельные молекулы. Последние благодаря диффузии равномерно распределяются по всему объёму растворителя.

Отделение молекул от поверхности твёрдого тела вызывается, с одной стороны, их собственным колебательным движением, а сдругой – притяжением со стороны молекул растворителя.

Этот процесс должен был бы продолжаться до полного до полного растворения любого количества кристаллов, если бы не происходил обратный процесс – кристаллизация. Перешедшие в раствор молекулы, ударяясь о поверхность ещё не растворившегося вещества, снова притягиваются к нему и входят в состав его кристаллов.

Понятно, что выделение молекул из раствора будет идти тем быстрее, чем больше концентрация раствора. А так как последняя по мере растворения вещества увеличивается, то, наконец наступает такой момент, когда скорость растворения становится равной скорости кристаллизации. Тогда устанавливается динамическое равновесие, при котором в единицу времени растворяется и кристаллизуется одинаковое число молекул.

Раствор, находящийся в равновесии с растворяющимся веществом, называется насыщенным раствором.

Концентрация растворов

Насыщенными растворами приходится пользоваться сравнительно редко. В большинстве случаев употребляются растворы ненасыщенные, т.е. с меньшей концентрацией растворённого вещества, чем в насыщенном растворе.

Концентрацией раствора называется количество растворённого вещества, содержащееся в определённом количестве раствора или растворителя.

Растворы с большой концентрацией растворённого вещества называются концентрированными, с малой – разбавленными.

Концентрацию раствора можно выражать по разному:

1. В процентах растворённого вещества по отношению ко всему количеству раствора.

2. Числом грам-молекул растворённого вещества, содержащегося в 1 литре раствора.

3. Числом грамм-молекул растворённого вещества, содержащегося в 1000 г растворителя и т.д.

Растворимость

Растворимостью называется способность вещества растворяться в том или ином растворителе.

Мерой растворимости вещества при данных условиях служит концентрация его насыщенного раствора.

Растворимость различных веществ колеблется в широких пределах.

  • Если в 100 граммах воды растворяется более 10 г вещества, то такое вещество принято называть хорошо растворимым.
  • Если растворяется менее 1 г вещества – малорастворимым.
  • Если в раствор переходит менее 0,01 г вещества, то такое вещество называют практически нерастворимым.

Принципы, позволяющие предсказать растворимость вещества, пока не известны. Однако, обычно вещества, состоящие из полярных молекул, и вещества с ионным типам связи лучше растворяются в полярных растворителях (вода, спиры, жидкий амиак), а неполярные вещества – в неполярных растворителях (бензол, сероуглерод).

Растворение большинства твёрдых тел сопровождается поглощением теплоты. Это объясняется затратой значительного количества энергии на разрушение кристаллической решётки твёрдого тела, что обычно не полностью компенсируется энергией, выделяющейся при образовании гидратов (сольватов).

Как правило, повышение температуры должно приводить к увеличению растворимости твёрдых тел.

Ссылка на основную публикацию