Лекция 1. Термодинамика растворов

ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Раствор – это термодинамически устойчивая гомогенная система (фаза) переменного состава

СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ
Мольная доля – отношение числа молей i-го компонента раствора к общему числу молей:
ВОПРОС: чему равна сумма мольных долей всех компонентов?
Молярная концентрация (молярность) – число молей растворенного вещества в одном литре (кубическом дециметре) раствора:
ВОПРОС: какова размерность молярности раствора?

СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ
Моляльность – число молей i-го компонента, приходящееся на 1000 г растворителя:
ВОПРОС: какова размерность моляльности раствора?

ИДЕАЛЬНЫЙ РАСТВОР
раствор, в котором молекулы растворителя взаимодействуют с растворенным веществом так же, как взаимодействуют между собой молекулы растворителя и между собой - молекулы растворенного вещества
энергия взаимодействия разнородных молекул равна средней энергии взаимодействия однородных молекул:

ОБРАЗОВАНИЕ ИДЕАЛЬНОГО РАСТВОРА
не сопровождается тепловым эффектом
ΔHсмеш=0
не сопровождается изменением объема
ΔVсмеш=0
изменение энтропии равно изменению энтропии при смешении идеальных газов
ΔSсмеш=ΔSид

МОДЕЛИ НЕИДЕАЛЬНЫХ РАСТВОРОВ
предельно разбавленный раствор, в котором растворитель подчиняется законам идеальных растворов, а растворенное вещество не подчиняется
регулярный раствор, в котором взаимодействие частиц приводит к изменению энтальпии и объема системы, в то время как изменение энтропии соответствует изменению при смешении идеальных газов

МОДЕЛИ НЕИДЕАЛЬНЫХ РАСТВОРОВ
атермальный раствор, в котором взаимодействие частиц приводит к изменению объема, к изменени энтропии, не отвечающему смешению идеальных газов, в то время как тепловой эффект смешения равен нулю
ассоциированный раствор, в котором наряду с ван-дер-ваальсовыми межмолекулярными взаимодействиями имеются специфические, близкие по характеру к слабой химической связи

КОЛЛИГАТИВНЫЕ СВОЙСТВА ИДЕАЛЬНЫХ И НЕИДЕАЛЬНЫХ РАСТВОРОВ
1. Давление пара летучего компонента (например, растворителя) над идеальным раствором пропорционально мольной доле этого компонента в растворе (закон Рауля)
ЗАДАНИЕ. Запишите уравнение закона Рауля и рассчитайте давление пара растворителя над раствором, в котором мольная доля растворенного вещества равна 0,01, а давление пара чистого растворителя равно 6000 Па.

1А. ОТКЛОНЕНИЯ ОТ ЗАКОНА РАУЛЯ
Положительные: давление пара летучего компонента превышает рассчитанное по закону Рауля
ВОПРОС: каким тепловым эффектом сопровождается образование неидеального раствора с положительными отклонениями от идеальности? Почему?
Отрицательные: давление пара летучего компонента ниже рассчитанного по закону Рауля
ВОПРОС: каким тепловым эффектом сопровождается образование неидеального раствора с положительными отклонениями от идеальности? Почему?

2. ДАВЛЕНИЕ ПАРА РАСТВОРЕННОГО ВЕЩЕСТВА
Растворимость двухатомных газов в металлах пропорциональна корню квадратному из их парциального давления (закон Сивертса)
ЗАДАНИЕ: Выведите уравнение закона Сивертса.
Растворимость газа в жидкости пропорциональна его парциальному давлению (закон Генри)
ЗАДАНИЕ: Объясните, как меняется растворимость газа в воде при повышении температуры

3. ПОНИЖЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ЗАМЕРЗАНИЯ И ПОВЫШЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ КИПЕНИЯ РАСТВОРА
Изменение химического потенциала растворителя в присутствии растворенного вещества

3А. КРИОСКОПИЧЕСКИЙ И ЭБУЛИОСКОПИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТЫ
ΔТ(замерзания) = Кm
К – криоскопическая константа (зависит только от свойств растворителя)
m – моляльность раствора
ΔТ(кипения) = Еm
Е – эбулиоскопическая константа (зависит только от свойств растворителя)
m – моляльность раствора
ВОПРОС: каково практическое значение этих эффектов? Приведите два-три примера.