Учебное пособие Санкт-Петербург 2010



страница10/23
Дата09.08.2019
Размер0.87 Mb.
#127483
ТипУчебное пособие
1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   ...   23

6. Растворы

Все смеси веществ можно подразделить по размерам частиц на две большие группы: дисперсные системы и истинные растворы. Дисперсные системы – это смеси веществ, многофазные гетерогенные системы, размеры частиц которых превышают размеры молекул и лежат в пределах 10–6 – 10–9 м (1-100 нм). Дисперсные системы подразделяются на грубодисперсные с размерами частиц 10–6 м и коллоидно-дисперсные с размерами частиц 10–7- 10–9 м. Грубодисперсные системы подразделяют на: суспензии, эмульсии и аэрозоли.



Суспензиями называются смеси веществ, состоящие из твердых частиц в жидкости, нерастворимые друг в друге. При этом твердые частицы образуют взвесь, постепенно оседающую на дно под действием силы тяжести (песок-вода, томатный или сливовый сок, меловой раствор для побелки). Эмульсиями называются смеси нерастворимых друг в друге жидкостей, которые с течением времени расслаиваются (бензин – вода, масло в воде, эфир – вода). Аэрозоли – взвеси жидких или твердых частиц в газах. С течением времени расслаиваются.

Коллоидными называются растворы с определенным размером частиц, близким к размерам молекул, и особенностью которых является неспособность к расслоению с течением времени.

А1+3

А1+3

Коллоидные системы образуют устойчивые гели, свойства которых (например, вязкость) отличаются от свойств обычных растворов. Коллоидные системы образуются при попытке осаждения нерастворимых гидроксидов металлов, например железа (III) или алюминия из растворов их солей.

AlCl3 + 3KOH  Al(OH)3 + 3KCl

коллоидно-дисперсный

Это явление возникает в результате того, что поливалентные ионы металлов способны удерживать большое количество ионов ОН или молекул воды (за счет донорно-акцепторных взаимодействий), которые являются заряженными частицами или диполями. В результате этого образуются огромные агрегаты частиц с одинаковым зарядом. Такие агрегаты отталкиваются друг от друга и это препятствует их осаждению.

Коллоидные растворы - полупрозрачные или опалесцирующие жидкости или газы (пыль в воздухе, кисель, студень, латекс, эмаль, малярная краска). Они обладают особыми свойствами лучепреломления. Так, направленный через них параллельный пучок света рассеивается, образуя конус, называемый конусом Тиндаля. В обычных однородных средах (в истинных растворах) этого не происходит.

Промежуточными соединениями между коллоидными системами и истинными растворами являются растворы полимеров (аммиачный раствор целлюлозы, водные растворы крахмала, желатина и т.п.). Такое положение они занимают благодаря размерам молекул, которые сравнимы с размерами коллоидных частиц.



Истинными растворами называются однофазные гомогенные системы или смеси веществ, размеры частиц которых составляют  размеров молекул (около 100 пм или 10–10 м, менее 1 нм). При этом соотношение между компонентами может быть переменным и изменяться в широких пределах.

Газовые растворы близки к смесям веществ, поскольку в газах слишком малы силы межмолекулярного взаимодействия между частицами растворенного вещества и растворителя (воздух, опочные газы, природные газы и т.п.).

Твердые растворы - чаще всего, это вещества переменного состава (бертоллиды), образуются в природе в результате замены ионов одного элемента в составе кристаллической решетки на ионы другого, близкого по свойствам или достаточно подвижного (иначе – дефект кристалла). Таким образом, возникают минералы и горные породы, например, разновидности кварца. К твердым растворам можно отнести сплавы.

Жидкие растворы - это растворы газообразных, жидких или твердых веществ в жидкостях.

Растворы, в которых отсутствуют силы межмолекулярного взаимодействия между веществом и растворителем, например, очень разбавленные < 0,001 моль/л растворы неэлектролитов, называются идеальными.



К идеальным относят растворы, образованные веществами, имеющими строго одинаковые размеры частиц и строго одинаковую энергию межмолекулярного взаимодействия. Компоненты при этом смешиваются как идеальные газы: предполагается, что частицы растворённого вещества и растворителя не взаимодействуют и смешиваются без выделения или поглощения теплоты. (∆Н=0; ∆V=0). Чем меньше концентрация растворов, тем больше они подходят по свойствам к идеальным.

Растворы, не удовлетворяющие указанным условиям, называются реальными.

Помимо прочего, растворы можно подразделить на водные и неводные.

6.1. Процессы растворения



Растворение - это самопроизвольный процесс диффузии молекул растворяемого вещества в растворитель и их равномерное распределение там.

При растворении происходит взаимодействие растворяемого вещества и растворителя, называемое, в общем случае, сольватацией. При использовании в качестве растворителя воды – гидратацией. Продукты взаимодействия при растворении называются, соответственно, сольватами или гидратами.

В ходе растворения выделяют три стадии:


  • молекулярная диссоциация,

  • сольватация (образование сольватов молекул),

  • электролитическая диссоциация.

Молекулярная диссоциация – это первая стадия растворения, связанная с необходимостью разрушения агрегатов (в случае твердого вещества) или ассоциатов молекул (в жидкостях).

Пример 1: Молекулы 100 %-й уксусной кислоты представляют собой ассоциаты, состоящие из двух частиц, связанных силами межмолекулярной водородной связи.

СН3СООН · СН3СООН + Н2О  СН3СООН + Н2О + СН3СООН

Молекулярный ассоциат Растворитель

Эта стадия требует затрат энергии, так как вода разрушает ассоциативную связь. Поэтому стадия сопровождается поглощением тепла (процесс эндотермический Н  0). В зависимости от агрегатного состояния веществ величины энтальпий образования меняются в следующем порядке: Нгаз  Нжид  Нтв , так как на разрушение более прочных межмолекулярных связей требуется больше затрат энергии.



Образование сольватов – это вторая стадия растворения, в ходе которой образуется новый ассоциат между веществом и растворителем – сольват (гидрат). Поскольку этот процесс энергетически выгодный – он сопровождается выделением избытка тепла (экзотермический процесс, при котором Н  0).

СН3СООН + nН2О  СН3СООН · Н2О + (n – 1)Н2О

растворитель сольват (гидрат)

Многие процессы растворения заканчиваются на этой стадии, так как сольваты молекул достаточно прочны и произошло полное распределение частиц вещества между молекулами растворителя. Такие растворы называются растворами неэлектролитов. К их числу относят, чаще всего, растворы органических соединений, такие как водные растворы сахаров, эфиров, некоторых спиртов и т.п.

Значительная часть неорганических соединений подвергается третьей стадии растворения, которая называется электролитической диссоциацией. Это эндотермический процесс (Н 0) разрушения сольватов с образованием ионов.

СН3СООН · Н2О  СН3СОО + Н+ · Н2О

Ацетат ион 

Ион гидроксония [Н3О]+

Если процесс растворения протекает по трем ступеням, в ходе которых образуются ионы, полученный раствор называется раствором электролита.

Тепловой эффект процесса растворения складывается из тепловых эффектов всех стадий: Нсольватации = Нi. При этом процесс растворения газов происходит, как правило, при понижении температуры, а твердых веществ – при повышении температуры.

Тепловой эффект растворения жидкости зависит от прочности межмолекулярных связей в ассоциатах.

Водные растворы электролитов – это системы, в которых вещества способны диссоциировать на ионы и, таким образом, проводить электрический ток. Все электролиты характеризуются степенью диссоциации (), которая определяется отношением числа ионов, подвергшихся диссоциации, к общему числу растворенных молекул. Поскольку ионы образуются только в ходе реакции диссоциации, их количество можно назвать как количество прореагировавших частиц в единице объема С моль/л, а число растворенных молекул как Сисх, тогда = С / Сисх.

Если [C] – концентрация непродиссоциировавших частиц, установившаяся при равновесии (равновесная концентрация моль/л), то между концентрациями существует зависимость

Сисх = [C] + С,

откуда следует, что = (Сисх – [C]) / Сисх.

Электролит будет называться сильным, если в ионы превратятся практически все растворенные молекулы ([C] = 0), а значит С = Сисх, следовательно  1.

Электролит будет слабым, если количество ионов в растворе значительно меньше, чем число растворенных молекул. Принято считать слабыми электролитами такие, у которых  1 (~ 0,001). Реакция диссоциации слабого электролита – это равновесный процесс, поэтому все слабые электролиты принято характеризовать константой равновесия, которая для водных растворов разбавленных электролитов называется константой диссоциации (КД). Значения констант диссоциации разбавленных водных растворов слабых кислот и оснований приводятся в справочниках химика (см. также, Приложение 4).

ПРИМЕР 2: NH3  H2О  NH4+ + OH

КД = [NH4+]  [OH] / [NH3  H2О] = 1,810–5.

Некоторые сильные электролиты также характеризуются величинами констант диссоциации, но поскольку их диссоциация практически полностью смещена в сторону продуктов реакции, значения констант могут принимать очень большие значения. Пользуясь величинами констант диссоциации электролитов, можно оценить также силу электролита. Считается, что значения ~10–1 соответствуют электролитам средней силы, к ним относят, например, водные растворы H2SO3.



Каталог: wp-content -> uploads -> 2014
2014 -> Программа профессионального модуля техническое обслуживание и ремонт автомобилей Профессия: 23. 01. 03 Автомеханик
2014 -> Нп «палата судебных экспертов»
2014 -> Памятка по протезированию
2014 -> Маникюр маникюр от opi
2014 -> Cборник заданий тестового типа для контроля знаний учащихся по профессии нпо 190631
2014 -> Аир: Часто используется как связующий элемент в заклинаниях или в заговорах, а сам по себе для контроля над личностью. Растущий в саду, аир принесет удачу садовнику и большой урожай растений поблизости. Акация
2014 -> Разбудить сонную артерию
2014 -> Эльмир мамедов


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   ...   23




База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2022
обратиться к администрации

    Главная страница