Лекция. Лекции ТОНХ рус. Лекции по дисциплине теоретические основы неорганической химии для студентов специальности

• Название: Лекции по дисциплине теоретические основы неорганической химии для студентов специальности
• Анкор: Лекция
• Дата: 22.12.2019
• Размер: 1.02 Mb.
• Имя файла: Лекции ТОНХ рус.doc
• Тип: Лекции; #101540
• страница: 12 из 24

Термодинамика процесса растворения

1. Растворимость данного вещества – это его способность образовывать растворы с другими веществами. Количественно растворимость газа, жидкости или твердого тела измеряется концентрацией их насыщенного раствора при данной температуре. Это важная характеристика вещества, помогающая понять его природу, а также влиять на ход реакций, в которых это вещество участвует.
Газы. В отсутствие химического взаимодействия газы смешиваются друг с другом в любых пропорциях, и в этом случае говорить о насыщении нет смысла. Однако при растворении газа в жидкости существует некая предельная концентрация, зависящая от давления и температуры. Растворимость газов в некоторых жидкостях коррелирует с их способностью к сжижению. Наиболее легко сжижаемые газы, например NH₃, HCl, SO₂, более растворимы, чем трудно сжижаемые газы, например O₂, H₂ и He. При наличии химического взаимодействия между растворителем и газом (например, между водой и NH₃ или HCl) растворимость увеличивается. Растворимость данного газа изменяется с природой растворителя, однако порядок, в котором располагаются газы в соответствии с увеличением их растворимости, остается примерно одинаковым для разных растворителей.
Процесс растворения подчиняется принципу Ле Шателье (1884): если на систему, находящуюся в равновесии, оказывается какое-либо воздействие, то в результате протекающих в ней процессов равновесие сместится в таком направлении, что оказанное воздействие уменьшится. Растворение газов в жидкостях обычно сопровождается выделением тепла. При этом, в соответствии с принципом Ле Шателье, растворимость газов уменьшается. Это уменьшение тем заметнее, чем выше растворимость газов: такие газы имеют и бóльшую теплоту растворения. «Мягкий» вкус кипяченой или дистиллированной воды объясняется отсутствием в ней воздуха, поскольку его растворимость при высокой температуре весьма мала.

С ростом давления растворимость газов увеличивается. Согласно закону Генри (1803), масса газа, который может раствориться в данном объеме жидкости при постоянной температуре, пропорциональна его давлению. Это свойство используется для приготовления газированных напитков. Углекислый газ растворяют в жидкости при давлении 3–4 атм.; в этих условиях в данном объеме может раствориться в 3–4 раза больше газа (по массе), чем при 1 атм. Когда емкость с такой жидкостью открывают, давление в ней падает, и часть растворенного газа выделяется в виде пузырьков. Аналогичный эффект наблюдается при открывании бутылки шампанского или выходе на поверхность подземных вод, насыщенных на большой глубине углекислым газом.

При растворении в одной жидкости смеси газов растворимость каждого из них остается такой же, как и в отсутствие других компонентов при таком же давлении, как в случае смеси (закон Дальтона).

Растворение.  Растворение – сложный физико-химический процесс.В отличии от механических неоднородных смесей оно требует взаимодействия растворителя и растворенного вещества для отрыва и распределения его частиц во всем объеме. Физическая* часть его включает диффузию частиц (с ростом объема и энтропии, подобно испарению и идеальному газу). Химическое взаимодействие включает разрыв одних и образование других связей (диссоциации, в.9, гидратации, комплексные соединения), с поглощением-выделением энергии. Это ставит растворы между смесями и соединениями (переменного состава):

Смеси:механические, коллоид.Растворы			Соединения(Чистые вещества)
можно физически разделить			нельзя, разделимы только химически
Сохраняют свойства	сохр. большей частью		не сохраняют свойства составляющих
Неоднородные	Однородные		нет	Определенного состава
Состав- переменный	в определенных границах (р)			постоянный состав
Образуются -без взаимодействия	взаимодействием	с выделением теплоты			с химическими реакциями

Тепловой эффект растворения, какхимической реакции,выражает разность энергии связи (п.5)частиц растворителя и растворенного вещества (выделяющейся, экзотермично) и энергии связи частиц их внутри, с расширением (требующих разрыва, эндотермично). Поэтому при растворении слабо связанных газов, жидкостей и кристаллогидратов тепло обычно выделяется, а для диссоциирующих сильных электролитов, кислот и щелочей – поглощается.

Растворимость– максимальная масса вещества, способная раствориться в определенной массе (или объеме, 1 л=1 дм³),100 грастворителя (до насыщения). По природевещества скорее растворяются в подобных им (жидкости чаще, а газы всегда смешиваются в любых отношениях, оо, углеводороды, жиры - в неполярных, неорганические, ионные - в полярных, воде)*, и делятся нахорошо растворимые (как обычнаясоль NaCl, НС1, сахар),малорастворимые (например, известь Ca(OH)₂, СаSO₄, СО₂)и практически нерастворимые (CaCO₃, AgCl,н), Т.р.:

*(Важнейшим растворителем и веществом на Земле является вода. Распространенность и полярность, величины диполя и диэлектрической проницаемости делают ее самым универсальным растворителем).

. Произведение растворимости

(ПР). Между избытком (осадком) твердого вещества M_xB_y и его насыщенным раствором устанавливается динамическое равновесие, описываемое уравнением



Константа равновесия этой реакции равна



и называется произведением растворимости. Она постоянна при данных температуре и давлении и является величиной, на основании которой рассчитывают растворимость осадка и изменяют ее.

Концентрацию веществ в растворах можно выразить разными способами. Наиболее часто используют массовую долю растворённого вещества, молярную и нормальную концентрацию.

1. Массовая доля растворённого вещества w(B) - это безразмерная величина, равная отношению массы растворённого вещества к общей массе раствора m :

w(B)= m(B) / m

Массовую долю растворённого вещества w(B) обычно выражают в долях единицы или в процентах. Например, массовая доля растворённого вещества – CaCl2 в воде равна 0,06 или 6%. Это означает,что в растворе хлорида кальция массой 100 г содержится хлорид кальция массой 6 г и вода массой 94 г.

2. Молярная концентрация C(B) показывает, сколько моль растворённого вещества содержится в 1 литре раствора.

C(B) = n(B) / V = m(B) / (M(B) · V),

 где М(B)  - молярная масса растворенного вещества г/моль.

Молярная концентрация измеряется в моль/л и обозначается "M". Например, 2 M NaOH - двухмолярный раствор гидроксида натрия. Один литр такого раствора содержит 2 моль вещества или 80 г (M(NaOH) = 40 г/моль).

3. Нормальность раствора обозначает число грамм-эквивалентов данного вещества в одном литре раствора или число миллиграмм-эквивалентов в одном миллилитре раствора.Грамм - эквивалентом вещества называется количество граммов вещества, численно равное его эквиваленту. Для сложных веществ - это количество вещества, соответствующее прямо или косвенно при химических превращениях 1 грамму водорода или 8 граммам кислорода.
Э_{основания} = М_{основания} / число замещаемых в реакции гидроксильных групп
Э_{кислоты} = М_{кислоты} / число замещаемых в реакции атомов водорода
Э_соли = М_соли / произведение числа катионов на его заряд

Пример
Вычислите значение грамм-эквивалента (г-экв.) серной кислоты, гидроксида кальция и сульфата алюминия.

Э H₂SO₄ = М H₂SO₄ / 2 = 98 / 2 = 49 г
Э Ca(OH)₂ = М Ca(OH)₂ / 2 = 74 / 2 = 37 г
Э Al₂(SO₄)₃ = М Al₂(SO₄)₃ / (2· 3) = 342 / 2= 57 г

Величины нормальности обозначают буквой "Н". Например, децинормальный раствор серной кислоты обозначают "0,1 Н раствор H₂SO₄". Так как нормальность может быть определена только для данной реакции, то в разных реакциях величина нормальности одного и того же раствора может оказаться неодинаковой. Так, одномолярный раствор H₂SO₄ будет однонормальным, когда он предназначается для реакции со щёлочью с образованием гидросульфата NaHSO₄, и двухнормальным в реакции с образованием Na₂SO₄.