Свойства растворов электролитов и неэлектролитов (стр. 2 )

Кроме энергетического эффекта растворение сопровождается также изменением объема. Например, при растворении спирта в воде объем раствора уменьшается примерно на 3,5 % по сравнению с общим объемом взятых веществ за счет образования сольватов.

Свойство вещества растворяться в воде или другом растворителе называется растворимостью. Растворимость выражают количеством граммов вещества, которое может раствориться  в 100 г растворителя при определенной температуре, образуя насыщенный раствор.

Растворимость различных веществ зависит от природы растворенного вещества и растворителя и от термодинамических условий - температуры и давления. Количественно растворимость выражается концентрацией насыщенного раствора.

Растворимость твердого вещества в жидкости с повышением температуры чаще всего увеличивается, а давление практически не оказывает влияния на растворимость.

Растворимость газа в жидкости увеличивается с повышением давления и уменьшается с повышением температуры. Зависимость растворимости газа от давления выражается законом Генри: растворимость газа прямо пропорциональна давлению.

где СГ – растворимость газа в жидкой фазе;

  РГ – давление газа над раствором (парциальное);

  k–коэффициент пропорциональности, называемый постоянной  Генри.

Растворимость жидкости в жидкости обычно увеличивается с повышением температуры и практически не зависит от давления. Лишь при давлениях порядка тысяч атмосфер растворимость начинает заметно возрастать.

Для удобства и большей наглядности изображения зависимости растворимости от условий равновесия широко пользуются графическими методами (кривые растворимости) и таблицами. На графиках и в таблицах растворимость выражают числом граммов растворенного вещества в 100 (или 1000)г растворителя.

Например, растворимость в воде некоторых неорганических  соединений при различных температурах приведена в приложении Б в таблице Б.1.

4  КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ

Важнейшей характеристикой любого раствора является его состав, который выражается концентрацией. Концентрацией раствора называется количество растворенного вещества в определенном массовом или объемном количестве раствора или растворителя.

Для приблизительного выражения концентрации растворов используют термины концентрированный и разбавленный растворы.

Концентрированный раствор содержит такие количества растворенного вещества, которые сравнимы с количеством растворителя. Например, в 100г воды растворено 20г поваренной соли. Это концентрированный раствор (20 и 100 сравнимые величины).

Разбавленный раствор содержит очень малое количество растворенного вещества по сравнению с количеством растворителя. Например, в 100г воды растворено 0,2г поваренной соли. Это разбавленный раствор (0,2г соли очень мало по сравнению со 100г растворителя).

Границы между концентрированными и разбавленными растворами условны.

Существуют различные способы численного выражения концентрации растворов: массовая доля (%), объемная доля (%), молекулярные и атомные проценты, молярность, нормальность или молярная концентрация эквивалента, моляльность, мольная, атомная и массовые доли, титр и т. д.

4.1 Процентная концентрация (массовая доля ) раствора показывает, сколько единиц массы растворенного вещества содержится в 100 единицах массы раствора. Процентная концентрация - это безразмерная величина и выражается соотношением

где С% - концентрация раствора, %;

m1 - масса растворенного вещества, г;

m - масса раствора, г.

Пример 1. Найти процентную концентрацию раствора
хлорида калия, содержащего 53г КС1 в 500 мл раствора.
Плотность раствора с=1,063 г/см3.

Решение: Масса раствора равна произведению объема раствора V на его плотность с  : 

m = сV, тогда

  С%= = .

Процентная концентрация раствора КС1 10 %.

4.2 Молярная концентрация раствора (молярность) показывает число молей растворенного вещества, содержащихся в 1 л раствора.

Молярная концентрация имеет размерность моль/л и выражается формулой

См=, моль/л,

где m1  - масса растворенного вещества, г;

  М - молярная масса растворенного вещества, г/моль;

  V - объем раствора, л.

Пример 2. Найти массу NаОН, содержащегося в 0,2 л раствора, если молярная концентрация раствора равна 0,2 моль/л.

Решение: Молярная масса  NаОН = 40г/моль.

mNaОН = СмМV = 0,2∙40∙0,2 =1,6 г.

4.3 Молярная концентрация эквивалента (нормальная концентрация) вещества (нормальность) показывает число моль-эквивалентов растворенного вещества, содержащихся в 1 л раствора (моль∙экв/л; н):

моль∙экв/л,

где m1- масса растворенного вещества, г;

  Мэ - молярная масса эквивалента растворенного вещества, г/моль;

  V - объем раствора, л.

Закон эквивалентов:

Все вещества взаимодействуют между собой в соотношениях масс, пропорциональных их эквивалентам. Один эквивалент одного вещества всегда реагирует с одним эквивалентом другого вещества:

или или ~ ,

где mA и mB – массы взаимодействующих веществ А и В, г;

МЭА МЭВ – молярные массы эквивалентов этих веществ, г/моль;

и - эквивалентные количества Аи В.

Эквивалент вещества – это целая часть формульной единицы вещества, которая в данной реакции химически равноценна 1 атому водорода.

Молярная масса эквивалента вещества рассчитывается в общем случае по формуле

[г/моль], где

М(ЭА)- молярная масса эквивалента вещества,

z - фактор эквивалентности, определяется типом вещества и реакции, в которой оно участвует.

Для кислот в реакции нейтрализации z равно числу протонов, замещающихся на катионы металла.

Для оснований в реакции нейтрализации z равно числу гидроксогрупп, замещающихся на кислотные остатки.

Для солей в реакциях обмена z равно произведению числа катионов на заряд катиона.

Для окислителей (восстановителей) z равно числу электронов, которые принимает (отдает) в данной реакции одна формульная единица окислителя (восстановителя).

Молярная масса эквивалента вещества зависит от типа реакции и для одного вещества может иметь разные значения. Следовательно, нормальная концентрация одного и того же раствора будет иметь разные значения для различных превращений этого вещества.

В общем случае молярная масса эквивалента  вещества Мэ  определяется реакцией, в которой он участвует. Например:

а) взаимодействие фосфорной кислоты со щелочью в реакции нейтрализации:

H3PO4 + 2NaOH = Na2HPO4 + 2H2O

г/моль, z=2, т. к. молекула кислоты реагирует с двумя молекулами NaOH, что соответствует замещению двух ионов водорода;

б) взаимодействие бихромата калия с иодидом калия в кислой среде:

K2Cr2O7 + 6KI + 7H2SO4 = 3I2 + Cr2(SO4)3 + 4K2SO4 + 7H2O

г/моль, z=6, т. к. бихромат калия принимает в данной реакции шесть электронов:

г/моль.

Пример 3. Определить молярную концентрацию эквивалента хлорида железа (III), если в 0,3л раствора содержится 32,44г FеС13.

Решение: Молярная масса эквивалента FеС13 равна

МэFeС13=

Молярная концентрация эквивалента раствора FeCl3 равна

4.4 Моляльная концентрация раствора (моляльность) показывает число молей растворенного вещества, растворенного в 1000 г (1 кг) растворителя. Размерность моляльной концентрации моль/кг:

Сm = , моль/кг,

где  Сm - моляльная концентрация, моль/кг;

  m1 - масса растворенного вещества, г;

  m2 - масса растворителя, кг;

  М - молярная масса растворенного вещества, г/моль.

Пример 4. В каком количестве эфира надо растворить 3,0 г анилина С6H5NH2, чтобы получить раствор, моляльность которого равна 0,3 моль/кг?

Решение: Моль С6H5NH2 = 93 г/моль.

Масса растворителя (эфира) равна

m2 =

4.5 Мольная доля растворенного вещества и растворителя в растворе

Мольная доля Ni вещества в растворе равна отношению числа молей данного вещества к сумме чисел молей всех компонентов, содержащихся в растворе. Например, если раствор состоит из двух компонентов (растворитель + одно растворенное вещество), мольные доли компонентов будут равны

N1=  и  N2=

где N1 и N2- мольные доли растворителя и растворенного вещества соответственно;