Растворы

Основные понятия
Растворы – гомогенная (однофазная) система переменного состава, образованная растворителем, растворенным веществом и продуктами их взаимодействия.
Растворение – процесс измельчения вещества до структурных единиц (ионов, молекул, атомов) под действием растворителя.
Растворитель – компонент, который в чистом виде существует в том же агрегатном состоянии, что и полученный раствор.
Если оба компонента находились до растворения в одном агрегатном состоянии, то растворителем считают компонент, содержащийся в системе большим количестве. Так столовый уксус – это раствор уксусной кислоты в воде, а уксусная эссенция – это раствор воды в уксусной кислоте.

Процесс растворения
1. Разрушение структуры вещества под действием растворителя.
2. Взаимодействие частиц растворенного вещества с молекулами растворителя. (сольватация, в случае воды - гидратация)
3. Равномерное распределение частиц растворенного вещества по всему объему растворителя.

Классификация растворов по агрегатному состоянию

Газообразные растворы
раствор кислорода и углекислого газа в азоте – воздух
Жидкие растворы
Жид.+Газ Жид.+Жид. Жиж.+Тв.
Изделия из медно-никелевого сплава
Твердые растворы
Сплав из 12 металлов

Таблица растворимости

Растворы
Коэффициент растворимости показывает сколько граммов вещества может растворяться в 100 г растворителя.
В соответствии с этим растворы могут быть:
Насыщенный раствор — раствор — раствор, в котором растворённое вещество при данных условиях больше не растворяется. Осадок данного вещества находится в равновесном состоянии с веществом в растворе.
Пересыщенный раствор — раствор, содержащий при данных условиях больше растворённого вещества, чем в насыщенном растворе, избыток вещества легко выпадает в осадок. Обычно пересыщенный раствор получают охлаждением раствора, насыщенного при более высокой температуре.

Растворы
Ненасыщенный раствор — раствор, в котором при данных условиях можно растворить еще некоторое количество растворенного вещества.
Концентрированный раствор — раствор— раствор с высоким содержанием растворённого вещества в противоположность разбавленному раствору, содержащему малое количество растворённого вещества.
Очевидно, что концентрированные растворы могут образовывать только хорошо растворимые вещества.
Деление растворов на концентрированные и разбавленные не связано с делением на насыщенные и ненасыщеные.
Так насыщенный 0,0000134М раствор хлорида серебра является очень разбавленным, а 4М раствор бромида калия, будучи очень концентрированным, не является насыщенным.
Концентрация — количественное содержание растворенного вещества в растворе.

Способы выражения состава растворов
Массовая доля вещества (или процентная концентрация) — отношение массы растворенного вещества, к общей массе раствора.
100%
.

Способы выражения состава растворов
Молярная концентрация или молярность — количество молей растворенного вещества в одном литре раствора V

Способы выражения состава растворов
Молярная концентрация эквивалента (нормальная концентрация или нормальность) — число грамм-эквивалентов данного вещества в 1 литре раствора.

Способы выражения состава растворов
Моляльная концентрация (моляльность) — показывает количество молей n растворенного вещества в 1 кг растворителя m.
Титр — показывает массу растворенного вещества в граммах, содержащуюся в 1 см3 раствора.

Способы выражения состава растворов
Мольная доля вещества — отношение количества растворенного вещества к сумме количеств всех веществ, находящихся в растворе.
Объемная доля вещества — отношение объема растворенного вещества к общему объему раствора.

Электролитическая диссоциация
Аррениус Сванте Август (19.11.1859 – 2.10.1927 г.) – шведский физик и химик, один из основоположников физической химии, член Шведской АН (1901 г.).
1903 г. Нобелевская премия по химии за теорию электролитической диссоциации (1887г.).
Электролитическая диссоциация (dissociation-разобщение) - процесс распада электролитов на заряженные частицы – ионы.

Электролиты и неэлектролиты
Неэлектролиты – вещества, которые не проводят электрический ток ни в растворах, ни в расплавах. Например: спирт, ацетон, бензин, сахар, масло, дистиллированная вода, углекислый газ, кислород.
Для неэлектролитов характерны ковалентные неполярные или малополярные химические связи.
Электролиты – вещества, растворы или расплавы которых проводят электрический ток. Например: кислоты, основания, соли, оксиды металлов.
Для электролитов характерны ионные или ковалентные полярные связи.

Д.У. Гиббс (1839 – 1903)
1. Диссоциация протекает или в водных растворах, или при расплавлении электролита.
В первом случае причиной диссоциации является особое свойство воды – высокая диэлектрическая проницаемость: молекулы воды в 81 раз ослабляют химические связи между ионами, поэтому кристалл легко распадается на ионы. Каждый ион окружается «рубашкой» из молекул воды (гидратируется), которая не позволяет ионам вновь соединиться между собой.
2. При плавлении электролитов усиливаются колебательные движения ионов, в результате чего ионная кристаллическая решетка разрушается, а положительные ионы (катионы) и отрицательные ионы (анионы) становятся свободными.
Причины диссоциации веществ

Кислотами называют электролиты, которые при диссоциации образуют катионы только H+, например:
HNO3 ↔ H+ + NO3-
H2SO4 ↔ H+ + HSO4- ↔ 2H + + SO42-
H3PO4 ↔ H+ + H2PO4- ↔ 2H + + HPO42- ↔ 3H + + PO43-
Кислоты окрашивают индикаторы (лакмус, метиловый оранжевый, метиловый красный) в красный цвет разных оттенков.
Диссоциация кислот

Диссоциация оснований
Основаниями называют электролиты, которые при диссоциации образуют анионы только OH-, например:
NaOH ↔ Na+ + OH-
Ca(OH)2 ↔ CaOH+ + OH- ↔ Ca2+ + 2OH-
Al(OH)3↔Al(OH)2+ +OH- ↔Al(OH)+2 +2OH- ↔Al 3+ +3OH-
Основания окрашивают бесцветный фенолфталеин в малиновый цвет, лакмус – в синий, метиловый оранжевый – в желтый.

Диссоциация солей
Солями называют электролиты, которые при диссоциации образуют катионы металла (или аммония NH4+) и анионы кислотного остатка:
K3PO4 ↔ 3K+ + PO43-
Al2(SO4) 3 ↔ 2Al3+ + 3SO42-
NH4NO3↔ NH4+ + NO3-
Кислые соли могут при диссоциации образовывать кроме названных ионов еще и катионы водорода H+:
NaHSO4↔ Na+ + HSO4- ↔ Na+ + H+ + SO42-

Степень диссоциации и сила электролита
Сила электролитов определяется их степенью диссоциации – α (альфа).
Степень диссоциации – отношение числа диссоциированных молекул к общему числу молекул, находящихся в растворе.
Сильные электролиты (неассоциированные) имеют α от 30% до 100%, например, серная кислота H2SO4 (α = 58%).
Слабые электролиты (ассоциированные) имеют α от 0% до 2%. Например, угольная кислота H2СO3 (α = 0,17%)
и сероводородная H2S (α = 0,07%).

Константа диссоциации
Слабые электролиты в процессе диссоциации подчиняются закону действующих масс. Между ионами и недиссоциированными молекулами устанавливается равновесие - константа диссоциации.
NH4OH ↔ NH4+ + OH-

Электролитическая диссоциация воды
Вода – слабый амфотерный электролит, диссоциирует:
H2O ↔ H+ + OH-
Молярная концентрация воды CH2O = 55,56 моль/л, откуда ионное произведение воды:
Кв = СH+ ∙ COH- = 1,8∙10-16 ∙ 55,56 = 10-14
Концентрация ионов водорода и гидроксид ионов в нейтральном растворе равны между собой:
СH+ = COH- = √10-14 = 10-7 моль/л.