Снимок экрана 2022—11—11 в 00.17.16. Лекция растворы Раствор это гомогенная, многокомпонентная система переменного состава, содержащая продукты взаимодействия компонентов сольваты (для водных растворов гидраты). Гомогенная
 Скачать 4.57 Mb.
|
|
Лекция растворы Раствор – это гомогенная, многокомпонентная система переменного состава, содержащая продукты взаимодействия компонентов сольваты (для водных растворов - гидраты). Гомогенная – значит, однородная, однофазная. Визуальным признаком гомогенности жидких растворов является их прозрачность Растворы состоят как минимум из двух компонентов: растворителя и растворяемого вещества. Растворитель – это тот компонент, количество которого в растворе, как правило, преобладает, или тот компонент, агрегатное состояние которого не изменяется при образовании раствора. Вода Жидкие растворы Растворенным веществом является компонент, взятый в недостатке, или компонент, агрегатное состояние которого изменяется при образовании раствора. Твердые соли Жидкие растворы Компоненты растворов сохраняют свои уникальные свойства и не вступают в химические реакции между собой с образованием новых соединений, НО растворитель и растворённое вещество, образуя растворы, взаимодействуют. Процесс взаимодействия растворителя и растворённого вещества называется сольватацией (если растворителем является вода – гидратацией ). В результате химического взаимодействия растворенного вещества с растворителем образуются более или менее устойчивые комплексы, характерные только для растворов, которые называют сольватами (или гидратами Ядро сольвата образует молекула, атом или ион растворенного вещества, оболочку молекулы растворителя Несколько растворов одного итого же вещества будут содержать сольваты с переменным количеством молекул растворителя в оболочке. Это зависит от количества растворенного вещества и растворителя если растворенного вещества мало, а растворителя много, то сольват имеет насыщенную сольватную оболочку если растворенного вещества много – разреженную оболочку. Переменность состава растворов одного итого же вещества принято показывать различиями в их концентрации Неконцентрированный раствор Концентрированный раствор Сольваты (гидраты) образуются за счет донорно-акцепторного, ион-дипольного взаимодействия или за счет водородных связей. Особенно склонны к гидратации ионы (как заряженные частицы). Многие из сольватов (гидратов) являются непрочными и легко разлагаются. Однако в ряде случаев образуются прочные соединения, которые возможно выделить из раствора только в виде кристаллов, содержащих молекулы воды, те. в виде кристаллогидратов Растворение как физико-химический процесс Процесс растворения (по своей сути физический процесс дробления вещества) вследствие образования сольватов (гидратов) может сопровождаться следующими явлениями (характерными для химических процессов): ➢ поглощением или выделением тепла; ➢ изменением объема (в результате образования водородных связей выделением газа или выпадением осадка (в результате происходящего гидролиза); ➢ изменением цвета раствора относительно цвета растворяемого вещества (в результате образования аквакомплексов) и др. свежеприготовленный раствор раствор через некоторое время (изумрудного цвета) (серо-сине-зеленого цвета) Эти явления позволяют отнести процесс растворения к комплексному, физико-химическому процессу Классификации растворов. По агрегатному состоянию- жидкие- твердые (многие сплавы металлов, стёкла). 2. По количеству растворенного вещества- ненасыщенные растворы в них растворенного вещества меньше, чем может растворить данный растворитель при нормальных условиях (25◦С); к ним относятся большинство медицинских и бытовых растворов. - насыщенные растворы – это растворы, в которых растворенного вещества столько, сколько может растворить данный растворитель при нормальных условиях. Признаком насыщенности растворов является их неспособность растворять дополнительно вводимое в них количество растворяемого вещества. К таким растворам относятся: воды морей и океанов, жидкости человеческого организма - пересыщенные растворы – это растворы, в которых растворяемого вещества больше, чем может растворить растворитель при нормальных условиях. Примеры: газированные напитки, сахарный сироп Пересыщенные растворы образуются только в экстремальных условиях при высокой температуре (сахарный сироп) или высоком давлении (газированные напитки Пересыщенные растворы неустойчивы и при возврате к нормальным условиям «стареют»,т.е. расслаиваются. Избыток растворенного вещества кристаллизуется или выделяется в виде пузырьков газа (возвращается в первоначальное агрегатное состояние. 3. По типу образуемых сольватов: - ионные растворы- растворяемое вещество растворяется до ионов. - Такие растворы образуются при условии полярности растворяемого вещества и растворителя и избыточности последнего Ионные растворы достаточно устойчивы к расслоению, а также способны проводить электрический ток (являются проводниками электрического тока II рода - молекулярные растворы – растворяемое вещество распадается только до молекул. Такие растворы образуются при условии- несовпадении полярностей растворенного вещества и растворителя или - полярности растворенного вещества и растворителя, но недостаточности последнего. Молекулярные растворы менее устойчивы и неспособны проводить электрический ток Схема строения молекулярного сольвата на примере растворимого белка Факторы, влияющие на процесс растворения. Химическая природа вещества. Непосредственное влияние на процесс растворения веществ оказывает полярность их молекул, что описывается правилом подобия : подобное растворяется в подобном. Поэтому вещества с полярными молекулами хорошо растворяются в полярных растворителях и плохо в неполярных и наоборот 2. Температура. Для большинства жидких и твердых веществ характерно увеличение растворимости при повышении температуры. Растворимость газов в жидкостях с повышением температуры уменьшается, ас понижением – увеличивается 3. Давление. С повышением давления растворимость газов в жидкостях увеличивается, ас понижением – уменьшается. На растворимость жидких и твердых веществ изменение давления не влияет Способы выражения концентрации растворов Существуют различные способы выражения состава раствора. Наиболее часто используются такие, как массовая доля растворённого вещества, молярная и массовая концентрация Массовая доля растворённого вещества Это безразмерная величина, равная отношению массы растворённого вещества к общей массе раствора: Например, 3%-ный спиртовой раствор йода содержит г йода в г раствора или г йода в г спирта Молярная концентрация Показывает, сколько моль растворённого вещества содержится в 1 литре раствора: Мвещества - молярная масса растворенного вещества (г/моль). Единицей измерения данной концентрации является моль/л (М). Например, М раствор Н - это раствор, содержащий в 1 литре 1 моль (или г) серной кислоты . Массовая концентрация Указывает на массу вещества, находящегося водном литре раствора: Единица измерения – г/л. Данным способом часто оценивают состав природных и минеральных вод Лекция 6. Теория электролитической диссоциации Электролитическая диссоциация ЭД – это процесс распада электролита на ионы (заряженные частицы) под действием полярного растворителя (воды) с образованием растворов, способных проводить электрический ток. Электролиты – это вещества, способные распадаться на ионы Электролитическая диссоциация Электролитическая диссоциация вызывается взаимодействием полярных молекул растворителя с частицами растворяемого вещества. Это взаимодействие приводит к поляризации связей, в результате чего образуются ионы за счет «ослабления» и разрыва связей в молекулах растворяемого вещества. Переход ионов в раствор сопровождается их гидратацией Электролитическая диссоциация Количественно ЭД характеризуется степенью диссоциации (α); она выражает отношение продиссоциированных молекул на ионы к общему числу молекул, растворенных в растворе (меняется от 0 доили от 0 до 100%): n – продиссоциированные на ионы молекулы – общее число молекул, растворенных в растворе Электролитическая диссоциация Характер ионов, образующихся при диссоциации электролитов – различен. В молекулах солей при диссоциации образуются катионы металла и анионы кислотного остатка ↔ 2Na+ + Кислоты диссоциируют с образованием ионов Н ↔ H+ + Основания диссоциируют с образованием ионов ОН ↔ K+ + OH- Электролитическая диссоциация По степени диссоциации все вещества можно разделить на 4 группы. Сильные электролиты (щелочи (хорошо растворимые вводе основания металлов IA группы – NaOH, одноосновные кислоты и серная кислота (НС, HBr, НО, НС, Н2SO4(разб.) все растворимые вводе соли Электролитическая диссоциация. Средние электролиты (кислоты – H3PO4, H2SO3, HNO2 двухосновные, растворимые вводе основания растворимые вводе соли переходных металлов , вступающие в процесс гидролиза с растворителем – CdCl2, соли органических кислот – CH3COONa. Электролитическая диссоциация. Слабые электролиты (низшие органические кислоты некоторые растворимые вводе неорганические кислоты (H2CO3, H2S, HCN, почти все малорастворимые вводе соли и основания, Cu(OH)2, гидроксид аммония – вода Электролитическая диссоциация. Неэлектролиты (нерастворимые вводе соли, кислоты и основания; • большинство органических соединений как растворимых, таки нерастворимых вводе Электролитическая диссоциация Одно и тоже вещество может быть как сильным, так и слабым электролитом. Например, хлорид лития и иодид натрия, имеющие ионную кристаллическую решетку: • при растворении вводе ведут себя как типичные сильные электролиты , • при растворении в ацетоне или уксусной кислоте являются слабыми электролитами со степенью диссоциации меньше единицы; • в сухом виде выступают неэлектролитами Ионное произведение воды Вода, хотя и является слабым электролитом, частично диссоциирует + H2O ↔ H3O+ + OH− (правильная, научная запись) или H2O ↔ H+ + OH− (сокращенная запись) В совершенно чистой воде концентрация ионов при ну. всегда постоянна и равна: ИП = [H+] × [OH−] = 10-14 моль/л Поскольку в чистой воде [H+] = [OH−] , то [H+] = [OH−] = 10-7 моль/л Итак, ионное произведение воды (ИП) – это произведение концентраций ионов водорода Ни ионов гидроксила OH− вводе Ионное произведение воды При растворении вводе какого-либо вещества равенство концентраций ионов = [OH−] = 10-7 моль/л может нарушаться Поэтому, ионное произведение воды позволяет определить концентрации [OH−] и любого раствора (то есть определить кислотность или щелочность среды Ионное произведение воды Для удобства представления результатов кислотности/щелочности среды пользуются не абсолютными значениями концентраций, а их логарифмами – водородным (рН) и гидрокcильным (pOH) показателями Ионное произведение воды В нейтральной среде [H+] = [OH−] = 10-7 моль/л и: При добавлении к воде кислоты (ионов концентрация ионов OH− будет падать. Поэтому, при среда будет кислой; При добавлении к воде щелочи (ионов концентрация [OH−] будет больше 10−7 моль/л: , а среда будет щелочной Водородный показатель. Индикаторы Для определения рН используют кислотно-основные индикаторы – вещества, меняющие свой цвет в зависимости от концентрации ионов Ни ОН-. Одним из наиболее известных индикаторов является универсальный индикатор, окрашивающийся при избытке Н+ (те. в кислой среде) в красный цвет, при избытке ОН- (те. в щелочной среде) – в синий и имеющий в нейтральной среде желто-зеленую окраску Гидролиз солей Слово гидролиз буквально означает «разложение водой». Гидролиз – это процесс взаимодействия ионов растворенного вещества с молекулами воды с образованием слабых электролитов. Поскольку слабые электролиты выделяются в виде газа, выпадают в осадок или существуют в растворе в недиссоциированном виде, то гидролиз можно считать химической реакцией растворенного вещества с водой Гидролиз солей. Правила написания. Для облегчения написания уравнений гидролиза все вещества делят на 2 группы: • электролиты (сильные электролиты); • неэлектролиты (средние и слабые электролиты и неэлектролиты). 2. Гидролизу не подвергаются кислоты и основания , поскольку продукты их гидролиза не отличаются от исходного состава растворов Гидролиз солей. Правила написания. Для определения полноты гидролиза и рН раствора записывают 3 уравнения) молекулярное – все вещества представлены в виде молекул) ионное – все вещества, способные к диссоциации записываются в ионном виде в этом же уравнении обычно исключаются свободные одинаковые ионы из левой и правой частей уравнения) итоговое (или результирующее) – содержит результат сокращений предыдущего уравнения Гидролиз солей Гидролиз соли, образованной сильным основанием и сильной кислотой- + H+OH- ↔ Na+ OH- + H+ Cl- Na+ + Cl- + H+OH- ↔ Na+ + OH- + H+ + Гидролиз не идет , среда раствора нейтральная (т.к. концентрация ионов OH- и H+ одинакова). Гидролиз солей Гидролиз соли, образованной сильным основанием и слабой кислотой+ + H+OH- ↔ Na+ OH- + C17H35COO- H+ C17H35COO- + Na+ + H+OH- ↔ Na+ + OH- + C17H35COO- H+ C17H35COO- + H+OH- ↔ OH- + Гидролиз частичный, по аниону, среда раствора щелочная (т.к. в растворе в свободном виде остается избыток ионов Гидролиз солей Гидролиз соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой- + 2 H+OH- ↔ Sn+2( OH- )2 ↓+ 2 H+ Cl- Sn+2 + 2 Cl- + 2 H+OH- ↔ Sn+2( OH- )2 + 2 H+ + 2 Cl- Sn+2 + 2 H+OH- ↔ Sn+2( OH- )2 + Гидролиз частичный, по катиону, среда раствора кислая (т.к. в растворе в свободном виде остается избыток ионов H+ ). Гидролиз солей. Гидролиз соли, образованной слабым основанием и слабой кислотой: Попробуем получить в реакции обмена соль ацетата алюминия + AlCl3 = (CH3COO)3Al + Однако, в таблице растворимости веществ вводе такого вещества нет. Почему Потому что оно вступает в процесс гидролиза с водой, содержащейся в исходных растворах и AlCl3. (CH3COO)- 3 Al+3+ 3 H+OH- = Al+3( OH- )3 ↓+ 3CH3COO- H+ 3 CH3COO-+ Al+3 + 3 H+OH- = Al+3( OH- )3 ↓+ Гидролиз полный, необратимый, среда раствора определяется электролитической силой продуктов гидролиза |