Материал: Конспект лекций для студентов специальности 1 48 01 02 Химическая технология органических веществ, материалов и изделий

Идеальным называют раствор, образованный веществами, имеющими строго равные размеры частиц и строго одинаковую энергию взаимодействия между ними. Все растворы обладают некоторыми свойствами, которые зависят практически только от соотношения частиц в растворе. Например, во всех растворах наблюдается явление, называемое диффузией. Д иффузией называют свойство вещества равномерно распределяться по всему предоставленному ему объему. Например, если в склянку налить раствор какого-то вещества, а затем поверх этого раствора – чистый растворитель, то диффузия будет двусторонней: частицы растворителя будут диффундировать в раствор, а им навстречу будут диффундировать частицы растворенного вещества. В результате концентрация растворенного вещества станет одинаковой по всему объему раствора.Предыдущий эксперимент можно организовать так, что диффузия будет протекать только в одном направлении (рисунок 5.1).Разделим склянку на две части полупроницаемой перегородкой, например, целлофановой пленкой, способной пропускать молекулы растворителя, но не пропускающей частицы растворенного вещества (на рисунке 5.1 она показана пунктиром). В обе части нальем растворы с разной молярностью (один из растворов может быть и чистым растворителем). Если С₁(Х)  С₂(Х), то концентрации будут выравниваться вследствие движения растворителя слева направо.Одностороннюю диффузию растворителя через полупроницаемую перегородку называют осмосом.Если к правой части (к раствору) приложить внешнее давление, то осмос можно уменьшить, предотвратить и даже сделать обратным. Давление, необходимое для предотвращения осмоса, называют осмотическим давлением.Уравнение для расчета осмотического давления было предложено Вант-Гоффом, который преобразовал уравнение для идеальных газов PV = nRT в следующее:

P_осм = СRТ,

(5.1)

где P_осм– осмотическое давление; C – молярная концентрация растворенного вещества; R – универсальная газовая постоянная; T – абсолютная температура.

Таким образом, осмотическое давление разбавленных идеальных растворов численно равно тому давлению, которое оказывало бы растворенное вещество, если бы при данной температуре оно в виде газа занимало объем, равный объему раствора.Например, если С = 1 моль/л, то его осмотическое давление будет равно 2,2410⁶ Па (22,4 атм).Следующим общим свойством растворов является понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором по сравнению с чистым растворителем. Количественную связь между концентрацией летучего компонента раствора и давлением его пара установил Рауль.Первый закон Рауля: при постоянной температуре относительное понижение давления насыщенного пара над раствором по сравнению с чистым растворителем прямо пропорционально мольной доле растворенного вещества:

(P₀ – P)/P₀ = n(X)/[n(X) + n(S)],

(5.2)

где P₀ – давление насыщенного пара растворителя (S);P – давление насыщенного пара над раствором;n(X) – количество растворенного вещества, моль;n(S) – количество растворителя, моль.Понижение давление насыщенного пара растворителя над раствором является причиной повышения температуры кипения раствора по сравнению с чистым растворителем.Второй закон Рауля: Повышение температуры кипения раствора по сравнению с чистым растворителем прямо пропорционально моляльности раствора:

T_кип= T_кип – T₀ = K_кип ,

(5.3)

где T₀ – температура кипения растворителя;T_кип – температура кипения раствора;m(X) – масса растворенного вещества, г;M(X) – молярная масса растворенного вещества, г/моль;m(S) – масса растворителя, г;K_кип – эбуллиоскопическая постоянная (константа) растворителя.Если моляльность раствора равна 1 моль/кг, то K

_кип = Т_кип, поэтому эбуллиоскопическую константу называют также молярным повышением температуры кипения.Также вследствие понижения давления пара над раствором понижаетсятемпература замерзания раствора по сравнению с чистым растворителем.Третийзакон Рауля: Понижение температуры замерзания раствора по сравнению с чистым растворителем прямо пропорционально моляльности раствора:

T_зам= T₀ – T_зам = K_зам ,

(5.4)

где T₀ – температура замерзания растворителя;T_зам – температура замерзания раствора;m(X) – масса растворенного вещества, г;M(X) – молярная масса растворенного вещества, г/моль;m(S) – масса растворителя, г;K_зам– криоскопическая постоянная (константа) растворителя.Если моляльность раствора равна 1 моль/кг, то K_зам = Т_зам, поэтому криоскопическую константу называют также молярным понижениемтемпературы кипения.Постоянные растворителя (К_кип и К_зам) определяют экспериментально или рассчитывают по уравнению K = , где Т – температура кипения (замерзания) растворителя; H – удельная скрытая теплота испарения или удельная теплота плавления (Дж/г) растворителя, соответственно. Эбуллиоскопические и криоскопические постоянные многих растворителей приводятся в справочниках. В таблице 6.1 приведены температуры кипения, замерзания и эбуллиоскопические (криоскопические) константы некоторых из них.Таблица 6.1 – Температуры кипения, замерзания и эбуллиоскопические (криоскопические) константы некоторых растворителей

Вещество	Вода	Бензол	Диэтиловый эфир	Хлороформ
T_кип. ⁰C	100,0	80,1	35,6	61,2
К_кип. ⁰C	0,512	2,67	2,11	3,89
T_зам. ⁰C	0,0	5,5	– 116,3	– 63,5
К_зам. ⁰C	1,86	5,12	1,79	4,90

Законы Рауля применяют для определения молярной массы растворенного вещества.Пример: раствор, содержащий 0,512 г серы в 10 г сероуглерода, кипит при температуре T_кип = 46,67⁰C. Температура кипения CS₂ равна T₀ = 46,2⁰С; K_CS₂ = 2,34 град. Из скольких атомов состоят молекулы серы в этом растворе?Решение: из T_кип= T_кип –T₀ = K_кипM(S_x) = K_кип = 2,340,5121000/(46,67 – 46,2)10= 256 г/моль,следовательно, х = 8 (S₈).Применяя законы Рауля в лабораторном практикуме по «Физхимии полимеров», вы будете определять молярные массы и степень полимеризации ваших образцов.6 Растворы электролитов. Электролитическая диссоциация.Буферные растворы6.1 Электролитическая диссоциацияЗаконы Рауля и Вант-Гоффа, описывающие свойства идеальных растворов (температуру их кипения, замерзания и др. см. тему «Общие свойства растворов»), оказались для растворов одних веществ вполне удовлетворительными моделями их реальных свойств, для других веществ расчетные и экспериментальные свойства заметно различались.Для согласования расчетных и экспериментальных данных по осмосу Вант-Гофф ввел коэффициент, названный изотоническим коэффициентом (i):

(6.1.1)

Т.е., если рассчитанную величину осмотического давления (Р_{осм. теор.}) умножить на i, то получим реальную, измеренную величину (Р_{осм. эксп}.). С. Аррениус, сопоставив расчетные и экспериментальные данные по другим коллигативным свойствам одних и тех же растворов, установил, что коэффициенты, подобные i, для них примерно одинаковы: iВ таком случае логично было предположить, что причина несоответствия рассчитанных и экспериментальных величин – одна и та же. Было установлено, что для одних растворов i  1 (т.е. такие растворы по свойствам близки к идеальным растворам). Для других растворов i < 1, что можно объяснить ассоциацией (связыванием) частиц растворенного вещества. Наибольшее удивление вызвали растворы, для которых изотонический коэффициент был больше единицы, нередко в несколько раз. Каким образом количество растворенного вещества оказалось большим, чем его растворили?Объяснение могло быть только одно: частицы некоторых веществ (молекулы или др.) при растворении не только распределяются среди молекул растворителя, но и распадаются на более мелкие частицы (диссоциируют). В результате общее число частиц (N_общее) увеличивается по сравнению с числом растворенных (N₀). По этой причине реальные свойства растворов ( Т_кип, Р_осм. и др.) оказываются большими по сравнению с рассчитанными. По-видимому, изотонический коэффициент и показывает, во сколько раз число частиц в растворе (N_общее) отличается от того, которое растворили (N₀), т.е. i = N_общее/N₀. Как оказалось, растворы, для которых i > 1, объединяет еще одно общее свойство – они электропроводны. Теория электролитической диссоциации Аррениуса (окончательный вариант – 1887 г.) включала три основных положения:1) В растворах электролитов происходит самопроизвольный распад – диссоциация молекул на ионы, в результате чего раствор становится электропроводным;2) Осмотическое давление, температуры кипения и замерзания растворов зависят не только от аналитической концентрации электролита, но и от степени его диссоциации (α). Степень диссоциации – это отношение числа частиц растворенного вещества, которые продиссоциировали (

Источник: https://files.student-it.ru/previewfile/274165

Смотрите также:

ЦЕНОВАЯ ПОЛИТИКА ПРЕДПРИЯТИЯ НА ПРИМЕРЕ ООО «ДНС РИТЕЙЛ»
_archivetempпротивовоспалительные
- Сопротивление изоляции 25
!Контрольная работа (задание)
!Фармакология препаратов для терапии заболеваний дыхательных путей
'Свадьба'. Керамика
«Предмет, метод предпринимательского права и принципы предпринимательского права» (Понятие предмета и метода российского предпринимательского права)
«Українська література в першій половині ХХ століття»
03
0303_Болкунов_ВО_ЛР1