Свойства растворов электролитов и неэлектролитов (стр. 1 )

Свойства

растворов электролитов

и неэлектролитов

20Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Уфимский государственный нефтяной

технический университет»

,

Свойства растворов

электролитов и неэлектролитов

Учебное пособие

Уфа  2009

УДК 544.6.018.4(07)

ББК24.1я7

  Ч18

Утверждено Редакционно-издательским советом УГНТУ в качестве учебного пособия

Рецензенты:

Доктор химических наук БГПУ им. М.Акмуллы,

профессор

БашГУ, доктор химических наук,

профессор

  ,

Ч18 Свойства растворов электролитов и неэлектролитов: учеб. пособие.- 

  Уфа: Изд-во УГНТУ, 2009.-65 с.

  ISBN 978-5-7831-0842-6

В учебном пособии даны в кратком изложении теоретические вопросы по разделу курса общей и неорганической химии "Растворы", примеры решения задач, варианты заданий для самостоятельной работы студентов, а также экспериментальная часть.

Учебное пособие предназначено для студентов первого курса всех специальностей и всех форм обучения.

УДК 544.6.018.4(07)

ББК 24.1я7

ISBN 978-5-7831-0842-6        © Уфимский государственный

нефтяной  технический университет, 2009

© , , 2009

ВВЕДЕНИЕ

Растворы относятся к системам, составные части в которых равномерно распределены друг в друге. Для того чтобы получилась однородная смесь, та составная часть, которая распределяется в другой, должна быть измельчена (диспергирована). Отсюда и общее название этих систем - дисперсные системы.

В таких системах различают дисперсную фазу и дисперсионную среду.

Дисперсная фаза - это совокупность частиц, равномерно распределенных в непрерывной дисперсионной среде. Дисперсионная среда - однообразное вещество, в котором распределена дисперсная фаза.

К дисперсным системам относятся обычные (истинные) растворы, коллоидные растворы, а также суспензии, эмульсии и т. д. Все они отличаются друг от друга размером частиц, т. е. степенью дисперсности.

Системы с размерами частиц дисперсной фазы больше 100 нм (нм-нанометр. 1нм=10-9 м) в жидкой дисперсионной среде образуют грубодисперсные системы – суспензии, эмульсии и пены.

Суспензии - это дисперсные системы, в которых дисперсной фазой является твердое вещество, а дисперсионной средой - жидкость, причем твердое вещество нерастворимо в жидкости. Примерами суспензии могут служить мутная вода, цементные и глинистые растворы, лаки и краски и т. д.

Эмульсии - это дисперсные системы, в которых и
дисперсная фаза и дисперсионная среда являются взаимно
несмешивающимися жидкостями. Примерами эмульсии могут
служить молоко (эмульсия типа "масло в воде"), в котором
частички масла равномерно распределены в воде или сырая
нефть (эмульсия типа "вода в масле"), где мельчайшие
капельки воды распределены в нефти.

Пены  - это дисперсные системы, в которых дисперсной фазой является газ, а дисперсионной средой – жидкость. Примерами пен  могут служить взбитые сливки, мусс и т. д.        

Коллоидные растворы - это высокодисперсные двухфазные системы, размеры частиц дисперсной фазы в которых лежат в пределах от 1 до 100 нм. Коллоидные частицы обычно состоят из большого числа (от нескольких сотен до десятков тысяч) молекул или  ионов.

Системы с размером частиц менее 1 нм образуют истинные растворы. Они состоят из молекул, атомов или ионов растворенного вещества. Их рассматривают как однофазные (гомогенные) системы, внутри которых в отличие от грубодисперсных систем и коллоидных растворов отсутствуют поверхности раздела  фаз.

Настоящее учебное пособие посвящено проблемам изучения только истинных растворов, и в дальнейшем под термином "растворы" следует понимать истинные или молекулярные растворы.

1  ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАСТВОРОВ

Раствором называется термодинамически устойчивая гомогенная (однофазная) конденсированная система переменного состава, состоящая из двух или большего числа компонентов и продуктов их взаимодействия.

Компонентами, составляющими раствор, являются растворитель и растворенные вещества. Растворителем условно принято считать компонент, агрегатное состояние которого не изменяется при образовании раствора и содержание которого в растворе колеблется от некоторого определенного значения до 100%.

Растворители могут быть жидкими или твердыми, а растворяемые вещества могут находиться в любом из трех агрегатных состояний (таблица 1). Для жидкостей и твердых тел, смешивающихся во всех соотношениях, понятия растворителя и растворенного вещества совпадают. Однако  в этом случае растворителем чаще называют тот компонент, которого больше.

Таблица 1 - Классификация растворов по агрегатному состоянию

Тип раствора	Фазовое состояние	Примеры
растворителя	растворенного вещества
газовый	газ	газ	воздух
жидкий	жидкость	газ	кислород в воде
жидкий	жидкость	жидкость	спирт в воде
жидкий	жидкость	твердое вещество	соль в воде
твердый	твердое вещество	газ	водород в платине
твердый	твердое вещество	жидкость	ртуть в серебре
твердый	твердое вещество	твердое вещество	золото в серебре (определенные сплавы)

2  ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ РАСТВОРОВ

В области внутреннего строения растворов имеются две
основные теории - физическая и химическая.

Физическая теория растворов базируется на трудах Вант-Гоффа, Аррениуса, Рауля и др., выполненных во второй половине 19 века, согласно этой теории растворитель рассматривается как некоторая индифферентная среда, в которой при растворении вещества его молекулы равномерно распределяются по всему объему раствора. При этом утверждается отсутствие всякого взаимодействия как между самими молекулами растворенного вещества, так и между молекулами растворенного вещества и растворителя.

Физическая теория растворов приемлема для так называемых идеальных растворов, представляющих собой простые молекулярные смеси.

Примерами идеальных растворов могут служить бензин (смесь углеводородов с различной молекулярной массой), керосин, смесь бензола и толулола и т. д. Физическая теория практически применима также и для достаточно разбавленных водных растворов, когда процесс гидратации хотя и происходит, но не оказывает существенного влияния на свойства растворов.

Химическая теория растворов разработана (1887). Более точное название этой теории -  сольватная (гидратная).

Согласно этой теории, между молекулами компонентов раствора существует взаимодействие, в результате которого  образуются соединения, называемые сольватами или гидратами, если растворителем является вода.

В образовании сольватов химические силы не участвуют. Главную роль здесь играют межмолекулярные, в том числе ионнодипольные взаимодействия и водородная связь.

3  ПРОЦЕСС РАСТВОРЕНИЯ.

РАСТВОРИМОСТЬ.

ЭНЕРГЕТИКА ПРОЦЕССА РАСТВОРЕНИЯ

Растворение - одно из наиболее убедительных проявлений взаимодействия между частицами компонентов раствора.

Процесс растворения твердых веществ в жидкостях можно представить так: под влиянием растворителя от поверхности твердого вещества постепенно отрываются отдельные ионы или молекулы и равномерно распределяются по всему объему (рисунок 1) . По количеству растворенного вещества, содержащегося в растворе, растворы делятся на насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные.

Насыщенным называется такой раствор, который находится в динамическом равновесии с избытком растворяемого вещества: сколько частиц вещества будет переходить в раствор в единицу времени, столько же частиц будет выделяться (переходить в осадок) из раствора.

  растворение, V1

Осадок                Раствор                                V1=V2

  кристаллизация, V2

Рисунок 1 - Схема процесса растворения

В ненасыщенном растворе содержится меньше вещества (V1>V2), а в пересыщенном - больше, чем в насыщенном. Пересыщенные растворы весьма неустойчивы. Простое сотрясение сосуда или введение в раствор кристаллика соли вызывает выпадение в осадок избытка растворенного вещества.

Растворение веществ сопровождается тепловым (энергетическим) эффектом. При образовании растворов разрушаются связи между молекулами (атомами, ионами) в растворяемом веществе и растворителе, что связано с затратой энергии. Одновременно протекает процесс гидратации (сольватации), который сопровождается выделением энергии. Общий энергетический эффект растворения в зависимости от соотношения количеств выделяемой и поглощаемой энергии может быть как положительным, так и отрицательным. При растворении газов и жидкостей теплота обычно выделяется. В частности, с выделением теплоты протекает смешение воды и спирта. При растворении в воде твердых веществ теплота может и выделяться и поглощаться. Поэтому нагревание по-разному сказывается на их растворимости. Если растворение вещества сопровождается выделением теплоты, то при нагревании его растворимость падает, и наоборот, если вещества растворяются с поглощением теплоты, то нагревание вызывает увеличение растворимости.

Величина теплового эффекта, отнесенная к определенному количеству растворенного вещества, называется теплотой растворения. Если эта величина относится к одному молю растворенного вещества, то ее называют молекулярной (мольной) теплотой растворения.