Растворы

Что читать?
А. П. Чупахин
«Ионные равновесия в водных растворах.
Часть 1. Кислоты, основания, соли». Новосибирск, НГУ, 2014
http://www.nsu.ru/xmlui/handle/nsu/9606

(H2 + O2 = H2O)

Растворы вокруг нас
Все природные жидкости - растворы

Классификация растворов

Что такое раствор?
Что такое фаза?

Что такое раствор?

Растворитель – вещество, содержание которого в растворе выше, чем других компонентов.
☹ 98% р-р H2SO4 в воде
☹ р-р NH3 в воде – 700 л NH3 на 1 л воды

Типы твердых растворов
Растворы, в которых растворенные атомы или ионы замещают атомы или ионы того же заряда в принадлежащих им позициях исходной структуры.
1) Твердые растворы замещения

Типы твердых растворов
Растворы, при образовании которых растворенные частицы –неметаллические элементы с малыми атомными объемами (углерод, азот, водород и др.) занимают позиции, вакантные в исходной структуре металла, не вытесняя при этом атомов или ионов исходной структуры.
2) Твердые растворы внедрения

Типы твердых растворов
Растворы, образующиеся, когда недостает атомов какого-либо одного типа из двух или более присутствующих в решетке.
Например, вюстит Fe1-xO.
3) Твердые растворы вычитания

Газировка – сложный жидкий раствор

Дисперсная система

Классификация дисперсных систем
1. Классификация по агрегатному состоянию
2. Классификация по величине дисперсности

Истинные растворы
В химической практике наиболее важны растворы, приготовленные на основе жидкого растворителя. Именно жидкие смеси в химии называют просто растворами. Наиболее широко применяемым неорганическим растворителем является вода. Растворы с другими растворителями называются неводными.
Если растворитель твердое вещество – то образуется твердый раствор. Мы их изучать не будем.

Истинные растворы
В конце XIX века в науке существовало 2 полярных взгляда на природу растворов. Один (Менделеев) объяснял свойства растворов образованием химических соединений растворителя с растворенным веществом. Другой (Аррениус, Вант-Гофф) предлагал рассматривать растворенное вещество как газ, частицы которого разделены инертным растворителем.
Сейчас очевидно, что во многих реальных растворах имеют место специфические межмолекулярные взаимодействия, т.е. такие взаимодействия, причиной которых являются химические свойства конкретных молекул. Они не могут быть описаны с применением какого-либо универсального потенциала, который пригоден во всех случаях.

Способы выражения концентраций

Пример пересчета концентрации

Влияние конц. на свойства
Свойства растворенного вещества изменяются значительно.
Соль. Была белой, твердой, тугоплавкой.
Углекислый газ. Летучий, без вкуса и запаха.
Свойства растворителя (т.е. уже раствора) изменяются в зависимости от количества растворенного вещества. Плавно и, как правило, линейно.
Диаграмма состояния медь-золото

Первый закон Рауля
Относительное понижение
парциального давлениядавления пара растворителя над раствором не зависит от природы растворённого вещества и равно его мольной доле в растворе.
(Р0 – Р)/Р0 = χраств.вещества
Франсуа Мари Рауль
Растворы, для которых выполняется закон Рауля, называются идеальными: растворы, компоненты которых очень близки по физическим и химическим свойствам, либо растворы с малыми концентрациями

Растворы электролитов
Растворы веществ, проводящих электрический ток.
В XIX веке знали, что проводимость – свойство заряженных частиц (ионов).
Однако не понятно, образовались ли ионы в растворе при растворении, или же возникли при приложении электрического поля.

Аррениус
Отклонения от закона Рауля.
Пришлось вводить i – изотонический коэффициент (показывает, во сколько раз увеличилось общее число частиц (молекул и ионов) в растворе в результате диссоциации молекул на ионы по сравнению с первоначальным количеством молекул).
Сванте Август Аррениус
Так было доказано, что вещества дисcоцируют на ионы.
Вильгельм Фридрих Оствальд
По измерению изотонического коэффициента измеряют
степень диссоциации, константы комплексообразования.

Сольватация
Сольвата́ция (от лат. solvo — растворяю) — электростатическое взаимодействие между частицами (ионами — растворяю) — электростатическое взаимодействие между частицами (ионами, молекулами) растворенного вещества и растворителя.

Концентрации сильных электролитов
При растворении образуется всегда больше ионов, чем исходного вещества.
NaCl → Na+ + Cl– – ионов больше в 2 раза. Количество катионов и количество анионов равно количеству взятого NaCl.
С(NaCl) = C(Na+) = C(Cl–)
AlCl3 → Al3+ + 3Cl– – ионов больше в 4 раза. Количество катионов равно количеству хлорида алюминия, количество анионов в три раза больше изначального хлорида алюминия.
С(AlCl3) = C(Al3+) = ⅓C(Cl –)
C(Cl –) = 3 С(AlCl3)

Уравнение электронейтральности

Осмос
В случае, если растворитель и раствор разделены мембраной через который проходят молекулы растворителя, но не проходят молекулы растворенного вещества, то система уравнивает термодинамический потенциал растворителя за счет увеличения давления со стороны раствора. Т.е. чистый растворитель просачивается через мембрану в раствор.
P = iCRT
P – осмотическое давление – избыточное давление на раствор, отделённый от чистого растворителя
полупроницаемой мембраной, при котором прекращается диффузия растворителя через мембрану.

Осмос
Состояние эритроцита в растворах NаСI различной концентрации (в гипотоническом растворе - осмотический гемолиз).