Классификация растворов, особенности истинных растворов

Растворами называются системы, состоящие из одного или нескольких растворенных веществ и продуктов их взаимодействия, относительные количества которых могут меняться в широких пределах.

Согласно современным представлениям, растворение есть результат химического взаимодействия растворителя и растворяемого вещества, при этом между ними образуются молекулярные соединения (гидраты или сольваты). Для разрушения связей между молекулами в кристалле энергия затрачивается, а при образовании сольвата или гидрата – выделяется. Разница между этими энергиями будет наблюдаться в виде теплового эффекта при растворении.

Классификация растворов.

Особенности истинных растворов:

- В них отсутствует поверхность раздела между составными частями раствора.

- Они обладают одинаковым составом и свойствами по всему объему раствора.

Растворы в животных и растительных организмах являются водными, т.е. растворителем в них является вода.

Животные и растительные организмы содержат очень много воды (иногда до 90 %). Вода, как растворитель, обладает рядом уникальных свойств.

1. Вода участвует в процессах набухания и осмоса, создавая в тканях организма и крови осмотическое давление.

2. Обладая высокой теплоемкостью и теплопроводностью, вода поддерживает температуру тела постоянной.

3. Высокая полярность молекул воды, ее высокая диэлектрическая проницаемость обуславливают участие воды в гидратации белков, углеводов, диссоциации электролитов.

Растворы неэлектролитов

Это растворы, компоненты которых не диссоциируют на ионы, представляют собой электронейтральные частицы, непроводящие электрический ток (например, растворы спирта, сахара и т.д.). Свойства таких растворов не зависят от природы растворенного вещества, а зависят только лишь от концентрации частиц.

К общим свойствам растворов относятся:

Давление насыщенного пара растворителя.

Из практики мы знаем, что жидкость в закрытом сосуде никогда не испарится, а любая открытая влажная поверхность рано или поздно высохнет. Это связано с тем, что в закрытом сосуде наряду с процессами испарения протекают обратные процессы – конденсации. Когда скорость испарения равна скорости конденсации, наблюдается процесс равновесия, при этом пар над жидкостью называется насыщенным. Испаряясь с поверхности, молекулы растворителя оказывают давление на крышку сосуда. Если в растворитель внести неэлектролит, то давление насыщенного пара будет уменьшаться, т.к. испарение протекает с поверхности раствора, а часть поверхности будут занимать молекулы растворенного вещества. Уменьшение скорости испарения в равновесной системе приводит к уменьшению скорости конденсации пара. Эти закономерности изучал естествоиспытатель Рауль, который установил закономерность, носящую его имя:

Относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором неэлектролита равно мольной доле (γ) растворенного вещества:

Р_о – Р ₌ γ_В

Р_о

Р_о – давление насыщенного пара над чистым растворителем,

Р – давление насыщенного пара над раствором,

γ_В – мольная доля растворенного вещества.

От величины давления насыщенного пара раствора зависят температуры его кипения и замерзания. Рауль экспериментально подтвердил вывод, следующий из данного закона, что любой раствор кипит при более высокой температуре, а замерзает при более низкой температуре, чем чистый растворитель.

Так, например, любой водный раствор будет кипеть при температуре выше чем 100 ^оС, а замерзать при температуре ниже, чем 0 ^оС. Величину, показывающую эту разницу, определяют по формулам:

∆t_{зам. раствора} = k_{кр *} C_m

∆t_{кип. раствора} = k_{эб *} C_m

C_m – моляльность раствора,

k_кр – криоскопическая постоянная растворителя,

k_эб – эбулиоскопическая постоянная растворителя.

Криоскопическая и эбулиоскопическая постоянные растворителя имеют определенный физический смысл. Они показывают на сколько градусов ниже температура замерзания или выше температура кипения одномоляльного раствора неэлектролита, чем чистого растворителя.

Осмос.

В природе многие растворы отделены друг от друга мембранами, через которые могут проникать только молекулы воды или какого-либо другого растворителя, а молекулы растворенных веществ проникать не могут. Такие мембраны называются полупроницаемыми.

Явление проникновения молекул воды через полупроницаемую мембрану называется осмосом. Что бы остановить проникновение молекул воды через полупроницаемую мембрану, с другой стороны этой мембраны, необходимо приложить давление. Это избыточное гидростатическое давление называется осмотическим(Р_осм, кПа). Явление осмоса изучал голландский естествоиспытатель Вант-Гофф и доказал, что для растворов неэлектролитов осмотическое давление Р_осм = С_{м *} R _* T, где

R – универсальная газовая постоянная, (8,314 Дж/моль _*К)

С_м – молярная концентрация раствора,

Т – абсолютная температура, (К).

Растворы с одинаковым осмотическим давлением называются изотоническими. Раствор с большим осмотическим давлением по отношению к первому будет гипертоническим, а раствор с меньшим давлением - гипотоническим. Все жидкости, вводимые внутрь организма, должны быть изотоничными физиологическим жидкостям, т.к. при попадании, например, клеток крови в гипотонический раствор, начинается явление осмоса и вода из раствора будет проникать в клетку, она разорвется – произойдет явление гемолиза. Если же клетка попадет в гипертонический раствор, то вода из нее будет вытекать и клетка сморщится – будет наблюдаться явление плазмолиза. Известно, например, что осмотическое давление крови и лимфы при 38 ^оС составляет 7,7 атм, поэтому вводимые в организм жидкости должны иметь такое же осмотическое давление.

Растворы электролитов.

Электролиты – это вещества, растворы и расплавы которых проводят электрический ток, вследствие их диссоциации на ионы. Например, соли, кислоты, щелочи. Растворам электролитов присущи все изученные свойства, которыми обладают растворы неэлектролитов, но их величины выше, чем для неэлектролитов той же концентрации. Это связано с тем, что свойства растворов зависят от числа частиц в растворе, а при диссоциации электролитов число частиц увеличивается.

Для того чтобы, полученные ранее формулы можно было применять и для расчетов свойств растворов электролитов, Вант-Гофф ввел изотонический коэффициент ( i), который учитывает увеличение частиц в растворе при диссоциации электролита. Физический смысл изотонического коэффициента состоит в том, что он показывает отношение общего числа частиц растворенного вещества в растворе (N_общ) к числу растворенных молекул (N). Практическое же значение изотонического коэффициента состоит в том, что он показывает во сколько раз значение данного свойства раствора электролита больше значения свойства раствора неэлектролита в той же концентрации:

i = Р_{осм (электролита)}/ Р_{осм (неэлектролита)} =∆t_зам(эл)/ ∆t_{зам(неэл)}= ∆t_кип(эл)/∆t_{кип(неэл)}

Поэтому для растворов электролитов закон Рауля может быть сформулирован: Относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором электролита пропорционально мольной доле (γ) растворенного вещества:

N_{нераспавшихся молекул}= N- N_расп = N- α N = N (1- α).

Если учесть, что одна молекула при диссоциации распадается на n частиц, то общее число ионов N_ионов= n α N.

_{n αN+ N (1- α)}

Таким образом :i = = n α+1 - α

^N

i -1 = α (n -1),

_{i -1}

α =

^{n -1}

Как найти nвспомнимна конкретных примерах:

HCl ↔ H ⁺+ Cl^- ; n = 2

K₂SO₄ ↔ 2K⁺ + SO₄^-2 ; n = 3

Растворы электролитов делятся на две группы:

- растворы слабых электролитов

- растворы сильных электролитов.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: