Рабочая программа, методические указания и индивидуальные задания к изучению дисциплины “Физическая химия и аналитический контроль” (стр. 11 )

       Уравнения, связывающие массовую долю в процентах с молярностью, нормальностью, моляльностью и мольной долей растворов, имеют вид

  ;  (2.10)

  ;  (2.11)

  ;  (2.12)

  .  (2.13)

2.1. Идеальные растворы. Законы идеальных растворов

       При растворении вещества одновременно проходят два процесса:

  1. Дробление вещества до молекул или ионов. Этот процесс требует затраты энергии, поэтому сопровождается поглощением тепла, расходуемого на разрушение кристаллической решетки растворяемого вещества или диссоциацию его молекул на ионы. Поэтому , процесс эндотермический.

       2. Взаимодействие растворенных молекул или ионов с молекулами растворителя – сольватация (гидратация, если растворитель - вода). Этот процесс сопровождается выделением тепла () и называется экзотермическим.

       В целом теплота растворения складывается

    (2.14)

и может быть как отрицательной, так и положительной, в зависимости от преобладания составляющих процессов.

       Растворимость (), определяемая как концентрация насыщенного раствора (), равняется константе равновесия процесса образования насыщенного раствора при данной температуре

  .  (2.15)

Поскольку растворение – это равновесный процесс, то зависимость растворимости от температуры при постоянном давлении подчиняется уравнению изобары

  .  (2.16)

       Если образование раствора сопровождается выделением тепла (), то растворимость вещества с повышением температуры будет уменьшаться. Если же растворение эндотермическое, т. е. идет с  поглощением тепла, то при увеличении температуры растворимость возрастает.

       Идеальными растворами считаются растворы, соответствующие двум требованиям:

Размеры молекул всех компонентов раствора нулевые. Силы взаимодействия между всеми компонентами раствора отсутствуют.

  Из реальных растворов таким требованиям соответствуют только разбавленные и совершенные растворы.

       Разбавленными называют растворы, в которых концентрация растворенного вещества приближается к нулю.

       Совершенными называются растворы, образованные веществами с очень близкими физико–химическими свойствами.

Закон Рауля. Основным законом идеальных растворов является закон Рауля.

  ,  (2.17)

где - мольная доля растворителя в растворе; - давление насыщенного пара растворителя над чистым растворителем, ; - давление насыщенного пара растворителя над раствором, .

       В случае бинарного раствора

  ,  (2.18)

где - мольная доля растворенного вещества в растворе.

       Чрезвычайно важными являются следствия из закона Рауля.

1. Температура кипения раствора всегда выше температуры кипения чистого растворителя при одинаковом внешнем давлении.

  ,  (2.19)

где - повышение температуры кипения раствора относительно чистого растворителя, ; и -соответственно температура кипения раствора и чистого растворителя, ; - моляльная концентрация растворенного вещества, ; - эбулиоскопическая постоянная растворителя, .

       Эбулиоскопическая постоянная показывает, на сколько градусов повышается температура кипения раствора на каждый моль растворенного вещества. Она не зависит от природы и концентрации растворенного вещества, а зависит только от природы растворителя.

  ,  (2.20)

где - температура кипения растворителя, К; - универсальная газовая постоянная, 8,314 Дж/моль∙К;  - удельная теплота испарения растворителя, Дж/г, 1000 – коэффициент перехода от г в кг.

2. Температура замерзания раствора всегда ниже температуры замерзания растворителя при одинаковом внешнем давлении.

  ,  (2.21)

где - снижение температуры кристаллизации раствора относительно чистого растворителя, К; и -соответственно температура кристаллизации раствора и чистого растворителя, К; - моляльная концентрация растворенного вещества, моль/кг; - криоскопическая постоянная растворителя, кг∙К/моль.

       Криоскопическая постоянная не зависит от природы и концентрации растворенного вещества, а определяется только свойствами растворителя и может быть рассчитана

  ,  (2.22)

где - температура кристаллизации растворителя, К; - универсальная газовая постоянная, 8,314 Дж/моль∙К;  - удельная теплота кристаллизации растворителя, Дж/г; 1000 – коэффициент перехода от г в кг.

       Если растворенное вещество является электролитом, то в указанные законы необходимо ввести изотонический коэффициент (i).

  ,  (2.23)

где - степень диссоциации растворенного вещества в растворе; -число ионов, образующихся при диссоциации молекулы растворенного вещества.

  ; ; .  (2.24)

       Второе следствие из закона Рауля находит применение для экспериментального определения молярной массы растворенного вещества неэлектролита.

  ,  (2.25)

где - понижение температуры кристаллизации раствора по отношению к чистому растворителю, К; - криоскопическая  постоянная растворителя,  К∙кг/моль;  - масса растворенного вещества, г, - масса растворителя, кг; - молярная масса растворенного вещества, г/моль.