1 Атомномолекулярное учение

Название	1 Атомномолекулярное учение
Анкор	HIMIYA.docx
Дата	12.07.2018
Размер	0.54 Mb.
Формат файла
Имя файла	HIMIYA.docx
Тип	Закон #21412
страница	3 из 5

1 2 3 4 5

Нормальная концентрация (мольная концентрация эквивалента, или просто «нормальность»)

— количество эквивалентов данного вещества в 1 литре раствора. Нормальную концентрацию выражают в моль-экв/л или г-экв/л (имеется в виду моль эквивалентов). Для записи концентрации таких растворов используют сокращения «н» или «N». Например, раствор содержащий 0,1 моль-экв/л, называют децинормальным и записывают как 0,1 н.

${c_h}={c_n}=z\cdot{c_m}=z\cdot\frac{\nu}{v}=\frac{1}{f_{eq}}\cdot\frac{\nu}{v}$ ,

где:

ν — количество растворённого вещества, моль;
V — общий объём раствора, л;
z — число эквивалентности (фактор эквивалентности $f_{eq}=1/z$ ).

Нормальная концентрация может отличаться в зависимости от реакции, в которой участвует вещество. Например, одномолярный раствор H₂SO₄ будет однонормальным, если он предназначается для реакции со щёлочью с образованием гидросульфата калия KHSO₄, и двухнормальным в реакции с образованием K₂SO₄.
Моляльность (молярная весовая концентрация, моляльная концентрация) — количество растворённого вещества (число моль) в 1000 г растворителя. Измеряется в молях на кг, также распространено выражение в «моляльности». Так, раствор с концентрацией 0,5 моль/кг называют 0,5-мольным.
$m=\frac{\nu}{m_2}$ ,

где:

ν — количество растворённого вещества, моль;
m₂ — масса растворителя, кг.

Следует обратить особое внимание, что несмотря на сходство названий, молярная концентрация и моляльность — величины различные. Прежде всего, в отличие от молярной концентрации, при выражении концентрации в моляльности расчёт ведут на массу растворителя, а не на объём раствора. Моляльность, в отличие от молярной концентрации, не зависит от температуры.

Мольная доля — отношение количества молей данного компонента к общему количеству молей всех компонентов. Мольную долю выражают в долях единицы.

$x_j=\frac{\nu_j}{\sum_{i=1}^n \nu_i}$ ,

где:

ν_i — количество i-го компонента, моль;
n — число компонентов;

Давление пара растворителя над раствором. Закон Рауля. Между жидкостью и ее насыщенным паром существует динамическое равновесие

жидкость↔ насыщенный пар,

т.е. число молекул жидкости, испаряющихся с поверхности, равно числу конденсирующихся молекул. Этому равновесию соответствует давление насыщенного пара растворителя над чистым растворителем

Нижний индекс (1) обозначает то, что свойство относится к растворителю; (2) – к растворенному веществу, а верхний индекс

(о) указывает на то, что это свойство вещества в чистом состоянии; в данном случае это свойство чистого растворителя. В 1882 г. французский ученый Рауль сформулировал закон, названный его именем: давление насыщенного пара растворителя над раствором пропорционально молярной доле растворителя:

(7.2)

Выражение для молярной массы растворенного вещества

(7.5)

Следовательно, измеряя экспериментально давление насыщенного пара растворителя над раствором можно определить молярную массу растворенного вещества.

Температура замерзания и кипения растворов. Эбулиоскопия. Криоскопия. Понижение  давления насыщенного пара растворителя над раствором приводит к повышению температуры кипения и понижению температуры замерзания раствора по сравнению с чистым растворителем.

Согласно первому следствию из закона Рауля повышение температуры   кипения   и   понижение   температуры  замерзания растворов неэлектролитов прямо пропорционально моляльной концентрации растворенного вещества:

                                               ΔТкип.=ЕСm(2)                                            (7.6)

                                               ΔТзам..=KСm(2)                                          (7.7),

где Сm(2)Сm(2) – моляльная концентрация раствора; Е - эбулиоскопическая и  К – криоскопическая постоянные, соответствующие повышению температуры кипения и понижению температуры замерзания раствора с Сm(2)=1 моль/1000 г растворителя. Значения Е и К зависят только от природы растворителя (табл.7.1).

                     Согласно второму следствию из закона Рауля: эквимолекулрные количества различных неэлектролитов, растворенные в одинаковых количествах по массе одного и того же растворителя увеличивают температуру кипения или понижают температуру замерзания на одно и то же число градусов.

                Осмос. Закон Вант-Гоффа. Процесс самопроизвольного перехода растворителя

(диффузия) через полупроницаемую  мембрану, называемый  осмосом.

Давление,   которое   необходимо   приложить    к раствору, чтобы осмос прекратился, называется осмотическим давлением. Если давление, приложенное к более концентрированному раствору, больше осмотического, то растворитель будет переходить  из раствора в растворитель. Процесс носит название  обратный осмос и используется для очистки природных и  сточных вод, в частности, может  быть использован для водоподготовки в теплоэнергетике.

Зависимость осмотического давления от температуры и концентрации описывается уравнением:

                                             π = с(В)RT,                                              (7.11)

где π – осмотическое давление; с(В) – молярная концентрация растворенного вещества, моль/л; R – универсальная газовая постоянная; T – температура, К.

                Закон Вант-Гоффа: осмотическое давление равно тому давлению,  которое оказывало бы растворенное вещество, если бы оно, находясь в газообразном состоянии при той же температуре, занимало тот же объем, который занимает раствор.

                Из закона Вант-Гоффа следует, что растворы различных неэлектролитов одинаковой концентрации, находящиеся при одинаковой температуре являются изотоническими, т.е. имеющими одинаковое осмотическое давление.

Основные положения теории электролитической диссоциации

1. Электролиты при растворении в воде распадаются (диссоциируют) на ионы – положительные и отрицательные.

2. Под действием электрического тока ионы приобретают направленное движение: положительно заряженные частицы движутся к катоду, отрицательно заряженные – к аноду. Поэтому положительно заряженные частицы называются катионами, а отрицательно заряженные – анионами.

3. Направленное движение происходит в результате притяжения их противоположно заряженными электродами (катод заряжен отрицательно, а анод – положительно).

4. Ионизация – обратимый процесс: параллельно с распадом молекул на ионы (диссоциация) протекает процесс соединения ионов в молекулы (ассоциация).

Основываясь на теории электролитической диссоциации, можно дать следующие определения для основных классов соединений:

Кислотами называются электролиты, при диссоциации которых в качестве катионов образуются только ионы водорода. Например,

HCl → H⁺ + Cl^-;

Основность кислоты определяется числом катионов водорода, которые образуются при диссоциации. Так, HCl, HNO₃ – одноосновные кислоты, H₂SO₄, H₂CO₃ – двухосновные, H₃PO₄, H₃AsO₄ – трехосновные.

Основаниями называют электролиты, при диссоциации которых в качестве анионов образуются только гидроксид-ионы. Например,

KOH → K⁺ + OH^-,

Растворимые в воде основания называются щелочами.

Кислотность основания определяется числом его гидроксильных групп. Например, KOH, NaOH – однокислотные основания, Ca(OH)₂ – двухкислотное, Sn(OH)₄ – четырехкислотное и т.д.

Солями называют электролиты, при диссоциации которых образуются катионы металлов (а также ион NH₄⁺) и анионы кислотных остатков. Например,

CaCl₂→ Ca²⁺ + 2Cl^-,

Электролиты, при диссоциации которых одновременно, в зависимости от условий, могут образовываться и катионы водорода, и анионы – гидроксид-ионы называются амфотерными. Например,

H₂O

H⁺ + OH^-,

Механизм диссоциации

Легче всего диссоциируют вещества с ионной связью. Как известно, эти вещества состоят из ионов. При их растворении диполи воды ориентируются вокруг положительного и отрицательного ионов. Между ионами и диполями воды возникают силы взаимного притяжения.В результате связь между ионами ослабевает, происходит переход ионов из кристалла в раствор. При этом образуются гидратированные ионы, т.е. ионы, химически связанные с молекулами воды.

Аналогично диссоциируют и электролиты, молекулы которых образованы по типу полярной ковалентной связи (полярные молекулы). Вокруг каждой полярной молекулы вещества также ориентируются диполи воды, которые своими отрицательными полюсами притягиваются к положительному полюсу молекулы,а положительными полюсами - к отрицательному полюсу. В результате этого взаимодействия связующее электронное облако (электронная пара) полностью смещается к атому с большей электроотрицательностью, полярная молекула превращается в ионную и затем легко образуются гидратированные ионы

. Диссоциация полярных молекул может быть полной или частичной.

Таким образом, электролитами являются соединения с ионной или полярной связью - соли, кислоты и основания. И диссоциировать на ионы они могут в полярных растворителях.

Константа диссоциации — вид константы равновесия, которая показывает склонность большого объекта диссоциировать (разделяться) обратимым образом на маленькие объекты, как например когда комплекс распадается на составляющие молекулы, или когда соль разделяется в водном растворе на ионы. Константа диссоциации обычно обозначается $k_{d}$ иобратна константе ассоциации. В случае с солями, константу диссоциации иногда называют константой ионизации.

В общей реакции

$\mathsf{a}_{x}\mathsf{b}_{y} \rightleftharpoons x\mathsf{a} + y\mathsf{b}$

где комплекс $\mathsf{a}_{x}\mathsf{b}_{y}$ разбивается на x единиц A и y единиц B, константа диссоциации определяется так:

$k_{d} = \frac{[a]^x \times [b]^y}{[a_x b_y]}$

где [A], [B] и [A_xB_y] — концентрации A, B и комплекса A_xB_y соответственно.

Степень диссоциации — величина, характеризующая состояние равновесия в реакции диссоциации в гомогенных (однородных) системах.

"Степень диссоциации это есть отношения числа продиссоциируемых молекул к общему числу молекул и умноженному на 100%":

$l=\frac{n}{n}*100%$

числа распавшихся на ионы молекул к общему числу растворенных молекул.

Степень диссоциации $\alpha$ равна отношению числа диссоциированных молекул

к сумме

, где

— число недиссоциированных молекул. Часто $\alpha$ выражают в процентах. Степень диссоциации зависит как от природы растворённого электролита, так и от концентрации раствора.

Электроли́т — вещество, расплав или раствор которого проводит электрический ток вследствие диссоциации на ионы, однако само вещество электрический ток не проводит. Примерами электролитов могут служить растворы кислот, солей и оснований. Электролиты — проводники второго рода, вещества, которые в растворе (или расплаве) состоят полностью или частично из ионов и обладающие вследствие этого ионной проводимостью.

Сильные электролиты — электролиты, степень диссоциации которых в растворах равна единице (то есть диссоциируют полностью) и не зависит от концентрации раствора. Сюда относятся подавляющее большинство солей, щелочей, а также некоторые кислоты (сильные кислоты, такие как: HCl, HBr, HI, HNO₃).
Слабые электролиты — степень диссоциации меньше единицы (то есть диссоциируют не полностью) и уменьшается с ростом концентрации. К ним относят воду, ряд кислот (слабые кислоты), основания p-, d-, и f- элементов.

Закон разбавления Оствальда — соотношение, выражающее зависимость эквивалентной электропроводности разбавленного раствора бинарного слабого электролита от концентрации раствора:

$\mathrm {k = \frac{c \lambda^2}{\lambda_\mathcal{1} (\lambda_\mathcal{1} - \lambda)}}$

Здесь К — константа диссоциации электролита, с — концентрация, λ и λ_∞ — значения эквивалентной электропроводности соответственно при концентрации с и при бесконечном разбавлении. Соотношение является следствием закона действующих масс и равенства

$\mathrm {\frac{\lambda}{\lambda_\mathcal{1}} = \alpha,}$

где α — степень диссоциации.

Закон разбавления Оствальда выведен В.Оствальдом в 1888 и им же подтвержден опытным путём. Экспериментальное установление правильности закона разбавления Оствальда имело большое значение для обоснования теории электролитической диссоциации.

Ио́нное произведе́ние воды́ — произведение концентраций ионов водорода Н⁺ и ионов гидроксила OH⁻ в воде или в водных растворах, константа автопротолиза воды

Вывод значения ионного произведения воды

Вода, хотя и является слабым электролитом, в небольшой степени диссоциирует:

$\mathsf{2h_2o \rightleftarrows h_3o^+ + oh^-}$

Равновесие этой реакции сильно смещено влево. Константу диссоциации воды можно вычислить по формуле:

$\mathsf{k=\frac{\left[h^+\right]\left[oh^-\right]}{\left[h_2o\right]}} \ \ \ (1)$

где:

[H⁺] — концентрация ионов гидроксония (протонов);
[OH⁻] — концентрация гидроксид-ионов;
[H₂O] — концентрация воды (в молекулярной форме) в воде;

Концентрация воды в воде, учитывая её малую степень диссоциации, величина практически постоянная и составляет (1000 г/л)/(18 г/моль) = 55,56 моль/л.

При 25 °C константа диссоциации воды равна 1,8·10⁻¹⁶моль/л. Уравнение (1) можно переписать как:

$\mathsf{k\left[h_2o\right]=\left[h^+\right]\left[oh^-\right] \ \ \ (2)}$

Обозначим произведение K·[H₂O] = K_в = 1,8·10⁻¹⁶ моль/л·55,56 моль/л = 10⁻¹⁴моль²/л² = [H⁺]·[OH⁻] (при 25 °C).

Константа K_в, равная произведению концентраций протонов и гидроксид-ионов, называется ионным произведением воды. Она является постоянной не только для чистой воды, но также и для разбавленных водных растворов веществ. C повышением температуры диссоциация воды увеличивается, следовательно, растёт и K_в, при понижении температуры — наоборот.

1 2 3 4 5