О растворах

РАСТВОРЫ

1.  Основные понятия учения о растворах

Растворы – это твердые или жидкие гомогенные системы переменного состава, состоящие из двух или более компонентов.

Любой раствор состоит из растворённого вещества и растворителя.

Растворитель – это компонент, который в растворе находится в том же агрегатном состоянии, что и до растворения. Например, в водном растворе глюкозы растворителем является вода, а глюкоза – растворённое вещество).

В растворах электролитов всегда электролиты считаются растворёнными веществами.

Классификация растворов.

I. По агрегатному состоянию различают газовые, жидкие и твёрдые растворы. Но обычно термин растворы относится к жидким системам.

II. В зависимости от молярной массы растворенного вещества различают растворы низкомолекулярных соединений и растворы высокомолекулярных соединений:

1)  растворы низкомолекулярных соединений (НМС) – молярная масса менее 5000 г./моль;

По наличию или отсутствию электролитической диссоциации растворы НМС делят на 2 класса:

·  растворы электролитов – это растворы веществ, которые диссоциируют на ионы – солей, кислот, оснований. Например, растворы NaCl, HCl, KOH.

·  растворы неэлектролитов – это растворы веществ, которые практически не диссоциируют на ионы. Например, растворы глюкозы, сахарозы, мочевины.

2)  растворы высокомолекулярных соединений (ВМС) – молярная масса более 5000 г./моль.

Большинство ВМС – полимеры, макромолекулы которых состоят из большого числа повторяющихся мономерных звеньев.

2.  Термодинамика процессов растворения

Растворение – это физико-химический процесс. При растворении идут как физические процессы (диффузия), так и химические (сольватация – образование химических связей между частицами растворяемого вещества и растворителя). Если растворителем является вода, то процесс называется гидратацией.

Согласно 2-му закону термодинамики при р=const и Т=const вещества самопроизвольно будут растворяться, если энергия Гиббса системы будет при этом понижаться, т.е. G = (H – TS) < 0.

Величина H называется энтальпийным фактором растворения.

Величина TS называется энтропийным фактором растворения.

При растворении твердых и жидких веществ энтропия системы обычно возрастает (S >0); при растворении газов энтропия системы обычно уменьшается (S <0).

Энтальпия при растворении может как увеличиваться (NaCl), так и уменьшаться (KOH).

Таким образом, образование растворов (в отличие от механических смесей) сопровождается изменением энтальпии, энтропии и объёма системы.

3. Способы выражения концентрации растворов

Концентрация является важной характеристикой раствора. Концентрация определяет относительное содержание компонентов в растворе.

Массовая доля равна отношению массы растворённого вещества к массе раствора:

Молярная концентрация – это количество вещества, содержащееся в одном литре раствора (моль/л):

 

Молярная концентрация эквивалента (нормальная концентрация) – это число молей эквивалентов вещества, содержащихся в одном литре раствора (моль/л):

, где

- количество вещества эквивалента (моль);

- фактор эквивалентности;

V_(р-ра) – объём раствора (л).

Эквивалент – это реальная или условная частица вещества, которая в кислотно-основной реакции эквивалентна одному иону водорода, а в окислительно-восстановительной эквивалентна одному электрону.

Фактор эквивалентности  – число, обозначающее, какая доля реальной частицы вещества Х эквивалентна одному иону водорода в данной кислотно-основной реакции или одному электрону в данной окислительно-восстановительной реакции.

Фактор эквивалентности рассчитывают на основе стехиометрии данной реакции из равенства

где z – основность кислоты или кислотность основания данной кислотно-основной реакции, а также число электронов, присоединяемых или теряемых частицей в данной окислительно-восстановительной реакции.

Молярной массой эквивалента вещества Х называют величину, измеряемую произведением фактора эквивалентности на молярную массу вещества Х

где - молярная масса эквивалента.

Молярная масса эквивалента вещества – это масса одного моль эквивалентов. В разных реакциях одно и тоже вещество может иметь разные эквиваленты.

Моляльная концентрация – это количество вещества, содержащееся в одном килограмме растворителя (моль/кг):

 

Молярная доля равна отношению количества растворённого вещества к общему количеству веществ в растворе:

Как правило, вещество обладает определённой растворимостью в данном растворителе. Под растворимостью понимают концентрацию вещества в насыщенном растворе.

Раствор, находящийся в равновесии с растворяющимся веществом, называется насыщенным раствором.

Насыщенный раствор может как угодно долго находиться в равновесии с избытком растворяемого вещества (ΔG_р−ния = 0), и его концентрация имеет максимально возможное в данных условиях значение.