Растворы. Квалификации химических веществ:

Растворы вокруг нас
Все природные жидкости - растворы

Существуют ли чистые вещества?
Квалификации химических веществ:
«Тех.» Техн. чистый. Не менее основного вещества70%
«Ч.» Чистый. >98%
«Ч.д.а.» Чистый для анализа. Около 98% в зависимости от области применения.
«Х.ч.» Химически чистый. >99%
«Осч.» Особо чистый. >99.99%

Абсолютно чистых веществ нет!
Видишь суслика? — Нет. — И я не вижу. А он есть!

Классификация растворов
Истинные и коллоидные растворы
Растворы электролитов и неэлектролитов
Растворы сильных и слабых электролитов
Окрашенные и бесцветные растворы.
И.т.д.
Все классификации условны – растворы так проще описывать.

Что такое раствор?
Смесь, как минимум, двух веществ.
Чем отличается раствор от смеси?
Однородный.
Растворенное вещество не видно ни визуально, ни под микроскопом.
Частицы растворенного вещества свободно перемещаются.
Стабильный.

Что такое раствор?
Фаза – однородная область пространства.
Фаза – область пространства, описываемая единой термодинамической функцией.
Компоненты (в термодинамике и химии), независимые компоненты - химически индивидуальные вещества, из которых состоит термодинамическая система

Что такое раствор?
Компонентами называют не общее число составляющих систему веществ, а такое их число, которое достаточно для выражения состава любой фазы системы.
Так, в системе из CaO и СО2 образуется соединение (карбонат кальция) по реакции CaO + CO2 = CaCO3. В этой системе за независимые компоненты можно принять CaO и CO2, а CaCO3 рассматривать как продукт их соединения. С равным правом за компоненты можно принять CaO и CaCO3, а CO2 считать продуктом термической диссоциации CaCO3.

Что такое раствор?
Раствор – многокомпонентная однофазная система.
Чем раствор отличается от соединения и смеси?
Раствор углерода в железе – сталь.
Соединение углерода с железом – карбид железа (белый чугун)
Смесь железа с углеродом – серый чугун.

Типичные структуры железоуглеродистых сплавов. Сталь с 0,65% С (сетка феррита и перлит). Увеличено в 150 раз.
Цементит, Fe3C
Серый чугун с шаровидным графитом на ферритной основе.

Примеры растворов и смесей
Белильная известь
Молоко
Нефильтрованное пиво
Древесина
Кость
Кровь
Томатный сок
Мясной бульон
Рассол (свежеприготовленный)
Питьевая вода
Водка
Золото 585 пробы
Дюралюминий
Березовый сок
Стекло
Иод
«Зеленка»

Коллоидные растворы
Это смеси. Очень тонкие.
Растворы промежуточные между истинными растворами и взвесями с размером растворенных частиц от 1 до 100 нм.
Коллоидные растворы либо не прозрачны, либо рассеивают свет.

Истинные растворы
Истинные растворы – однофазные, термодинамически устойчивые системы, неограниченно стабильные во времени.
Прозрачные системы.
Движущими силами образования растворов являются:
энтропийный ∆Sсмеш= -R(xlnA+(1-x)lnB)
и энтальпийный факторы ∆H = ∆H(A-A) + ∆H(A-A) - ∆H(A-B).

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.

Исинные 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

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.
∆Tкип= i *C* b (i – изотонический коэффициент, b –эбуллиоскопическая константа)
∆Tкип= i *C* k (i – изотонический коэффициент, k – криоскопическая константа)
Диаграмма состояния медь-золото

Закон Рауля
Франсуа Мари Рауль

Концентрированные и разбавленные растворы.

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.
Сванте Август Аррениус
Так было доказано, что вещества дислоцируют на ионы.
Вильгельм Фридрих Оствальд
По измерению изотонического коэффициента измеряют
степень диссоциации, константы комплексообразования.

Сильные и слабые электролиты
Сильные электролиты – хорошо проводят электрический ток. Распадаются на ионы полностью.
Растворы всех хорошо растворимых солей,
Щелочи (M (OH)y (M=Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, Sr, Ba, Ra, Tl(I))
Сильные кислоты (HCl, HBr, HI, (внимание! HF - слабая), HClO4, HClO3, H2SO4, H2SeO4, HNO3, CCl3COOH)
Слабые электролиты - плохо проводят электрической ток, но все же проводят.
Все слабые кислоты и щелочи, плохорастворимые слои

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

Сольватация
От алхимиков: Подобное в подобном. (лат. similia similibus curentur)
Вода и масло
Вода, I2 и CCl4

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

Правило фаз

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 = ρgh

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