Гідратна теорія розчинів Д
Розчини- гомогенні (однорідні) системи змінного складу, які містять два або кілька компонентів та продукти їх взаємодії.
Обов'язково одним із компонентів є розчинник, інші компоненти – розчинені речовини.
1. Рідкі (розчин NaCl у воді, розчин I2 у спирті).
2. Газоподібні (суміші газів, наприклад: повітря – 21 % O2 + 78 % N2 + 1 % ін. газів).
3. Тверді (сплави металів, наприклад: Cu + N, Au + Ag).
Найбільш поширені рідкі розчини. Вони складаються з розчинника (рідини) та розчинених речовин (газоподібних, рідких, твердих).
| Рідкі розчини | ||
| рідина + газоподібна речовина (р-р O2 у воді) | рідина + рідка речовина (р-р H2SO4 у воді) | рідина + тверда речовина (р-р цукру у воді) |
Такі розчини можуть бутиводні та неводні.
Водні– розчини, у яких розчинником є вода.
Неводні– розчини, в яких розчинниками є інші рідини (бензол, спирт, ефір та ін.)
Довгий час на природу розчинення існувало дві точки зору: фізичної та хімічної. Згідно з першою, розчини розглядалися як механічні суміші, згідно з другою – як нестійкі хімічні сполуки молекул розчиненої речовини та розчинника. Остання думка була висловлена Д.І. Менделєєвим у 1887 р. і є нині загальновизнаною.
ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ХІМІЧНОЇ ТЕОРІЇ РОЗЧИН, створеної Менделєєвим, зводяться до наступного:
1. Утворення та існування розчину обумовлено взаємодіями між усіма частинками, як вже існували, так і утворюються прирозчинення.
2. Розчин є динамічною системою, в якій з'єднання, що розпадаються, знаходяться в рухомій рівновазі з продуктами розпаду відповідно до закону дії мас.
При розчиненні речовини відбуваються два процеси, пов'язані зі змінами енергії системи «речовина – розчинник»:
1) руйнування структури речовини, що розчиняється (при цьому витрачається певна енергія) - реакція ендотермічна.
2) взаємодія розчинника з частинками розчиненої речовини (відбувається виділення тепла) – екзотермічна реакція.
Залежно від співвідношення цих теплових ефектів, процес розчинення речовини може бути екзотермічним (∆H O).
Теплота розчинення ∆H – це кількість теплоти, що виділяється або поглинається при розчиненні 1 моль речовини.
Теплота розчинення для різних речовин різна. Так, при розчиненні у воді гідроксиду калію або сірчаної кислоти температура значно підвищується (HO).
Виділення чи поглинання теплоти при розчиненні є ознакою хімічної реакції. В результаті взаємодії розчиненої речовини з розчинником утворюються сполуки, які називаються сольватами (4 або гідратами, якщо розчинником є вода). Багато сполук такого виду неміцні, однак, у ряді випадків утворюються міцні сполуки, які легко можна виділити з розчину кристалізацією.
При цьому випадають кристалічні речовини, що містять у своєму складі молекули води, їх називаютькристалогідратами(наприклад: мідний купорос CuSO4 * 5 H2O - кристалогідрат); вода, що входить до складу кристалогідратів, називається кристалізаційною.
Уявлення про гідратацію (сполучення речовини з водою) було висунуто та розвинене українським вченим І.О.Каблуковим та В.А. Кістяковським. на основі цих уявлень сталося поєднання хімічної та фізичної точок зору на розчини.
Таким чином,розчинення- це не тільки фізичний, а й хімічний процес, арозчини- фізико-хімічні системи.
1.Розчини- гомогенні (однорідні) системи змінного складу, які містять два або кілька компонентів та продукти їх взаємодії.
2.Розчини складаються з розчинника та розчиненої речовини.
А) Рідкі (розчин NaCl у воді, розчин I2 у спирті).
Б)Газоподібні (суміші газів, наприклад: повітря – 21 % O2 + 78 % N2 + 1 % ін. газів).
В) Тверді (сплави металів, наприклад: Cu + N, Au + Ag).
| Рідкі розчини | ||
| рідина + газоподібна речовина (р-р O2 у воді) | рідина + рідка речовина (р-р H2SO4 у воді) | рідина + тверда речовина (р-р цукру у воді) |
Такі розчини можуть бутиводні та неводні.
5.Водні- розчини, в яких розчинником є вода.
6.Неводні– розчини, в яких розчинниками є інші рідини (бензол, спирт, ефір та ін.)
7.ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ХІМІЧНОЇ ТЕОРІЇ РОЗЧИН:
1.Утворення та існування розчину обумовлено взаємодіями між усіма частинками, як вже існували, так і утворюються при розчиненні.
2.Раствор є динамічною системою, в якій з'єднання, що розпадаються, знаходяться в рухомій рівновазі з продуктами розпаду ввідповідно до закону дії мас.
8.При розчиненні речовини відбуваються два процеси, пов'язані зі змінами енергії системи «речовина – розчинник»:
1. руйнування структури розчиняється речовини (при цьомувитрачається певна енергія) - ендотермічна реакція.
2.взаємодія розчинника з частинками розчиненої речовини (відбувається виділення тепла) – екзотермічна реакція.
9.Виділення чи поглинання теплоти при розчиненні є ознакою хімічної реакції.
10. В результаті взаємодії розчиненої речовини з розчинником утворюються сполуки, які називаються сольватами (4 або гідратами, якщо розчинником є вода).
11. Кристалічні речовини, що містять у своєму складі молекули води, називають кристаламидратами (наприклад: мідний купорос CuSO4 * 5 H2O - кристалогідрат); вода, що входить до складу кристалогідратів, називається кристалізаційною
12. Розчин - це не тільки фізичний, але і хімічний процес, арозчини- фізико-хімічні системи.
Види розчинів (знати).
Розчинення – процес оборотний:розчинна речовина + розчинник ↔ речовина в розчині ± Q.
За співвідношенням переважання числа частинок, що переходять в розчин і видаляються з розчину, розрізняють розчининасичені,ненасиченііперенасичені.
З іншого боку, за відносними кількостями розчиненої речовини і розчинника розчини поділяються нарозведені(містять мало розчиненої речовини) іконцентровані(містять багато розчиненої речовини).
Розчин, у якому дана речовина за даної температури більше не розчиняється, тобто. розчин знаходиться в рівновазі з розчиняється речовиною, називаєтьсянасиченим, а розчин, в якому ще можна розчинити додаткову кількість даної речовини -ненасиченим. Уперенасиченихрозчинах речовини міститься більше, ніж у насиченому.Розчинністьназивається властивість речовини розчинятися у воді та в інших розчинниках.Міроюрозчинності абокоефіцієнтомрозчинності речовини при певній температурі служить число грамів його, що розчиняються в 100 г води.
За розчинністю у воді тверді речовини умовно ділять на 3 групи:
1. Речовини, що добре розчиняються у воді (10 г речовини в 100, 0 води. Наприклад, в 1 л води розчиняється 200 г цукру).
2. Речовини, що малорозчинні у воді (від 0, 01 до 10 г речовини в 100 г води. Наприклад: гіпс CaSO4 в 1 л розчиняється 2, 0).
3. Речовини, що практично нерозчинні у воді (0,01 г у 100,0 води. Наприклад, AgCl – в 1 л води розчиняється 1,5*10 -3 г).
Розчинність речовини залежить від природи розчинника, природи розчиненої речовини, температури, тиску (для газів).
Розчинність газів при підвищенні температури зменшується, при підвищенні тиску збільшується.
Залежність розчинності твердих речовин від температури показує крива розчинності.
Розчинність багатьох твердих речовин збільшується у разі підвищення температури.
За кривими розчинності можна визначити:
1. Коефіцієнт розчинності речовин за різних температур.
2. Масу розчиненої речовини, яка випадає в осад при охолодженні розчину від t1 0 C до t2 0 C.
Процес виділення речовини шляхом випаровування або охолодження його насиченого розчину називаєтьсяперекристалізацією. Перекристалізація використовується для очищення речовин.
На жаль, досі немає теорії, що дозволяє об'єднати результати окремих досліджень, і вивести загальні закони розчинності. Подібне становище значною мірою обумовлено тим, щоРозчинність різних речовин дуже по-різному залежить від температури.
Єдине, чим можна певною мірою керуватися – це старовинним, знайденим на досвіді правилом:подібне розчиняється в подібному. Сенс його у світлі сучасних поглядів на будову молекул полягає в тому, що якщо у самого розчинника молекули неполярні або малополярні (наприклад, бензол, ефір), то в ньому добре розчинятимуться від речовини з неполярними або малополярними молекулами, гірше – речовини з більшою полярністю. і практично не розчинятимуться речовини, побудовані за іонним типом. Навпаки, розчинник із сильно вираженим полярним характером молекул (наприклад, вода), як правило, добре розчинятиме речовини з молекулами полярного та частково іонного типів і погано – речовини з неполярними молекулами.
1.Розчинення – процес оборотний:розчиняється речовина + розчинник ↔ речовина в розчині ± Q.
2.За співвідношенням переважання числа частинок, що переходять в розчин і видаляються з розчину, розрізняють розчининасичені,ненасиченііперенасичені.
3.По відносним кількостям розчиненої речовини та розчинника розчини поділяються нарозведені(містять мало розчиненої речовини) іконцентровані(містять багато розчиненої речовини).
4.Раствор, в якому дана речовина при даній температурі більше не розчиняється називаєтьсянасиченим, а розчин, в якому ще можна розчинити додаткову кількість даної речовини -ненасиченим. Уперенасиченихрозчинах речовини міститься більше, ніж у насиченому.
5.Розчинністьназивається властивість речовини розчинятися у воді та в інших розчинниках.
6.Розчинність речовини залежить відприроди розчинника від природи розчиненої речовини, температури, тиску (для газів).
4. Способи вираження концентрації розчинів: масова частка
(знати).
Кількісний склад розчину визначається його концентрацією.
Концентрація- це кількість розчиненої речовини, віднесена до одиниці об'єму.
Розрізняють два типи позначень концентрації речовин – аналітичні та технічні.
Аналітичніпозначення (молярна концентрація розчиненої речовини, молярна концентрація еквівалента, молярність) - використовуються для розчинів реагентів, що застосовуються в аналізі речовин. тут як основна масова одиниця речовин використовують моль.
Технічніпозначення концентрацій широко поширені у техніці, медицині, фармації.
Об'ємний відсотоквикористовують для позначення концентрації сумішей рідин або газів.
Масооб'ємний відсоток- кількість речовини в грамах, що міститься в 100 мл розчину.
Масовий відсоток (%)– кількість грамів розчиненої речовини, що міститься у 100 г розчину.
Співвідношення маси розчиненої речовини до маси розчину називаютьмасовою часткою, її виражають у частках одиниці або відсотках (устар. – процентна концентрація).
де:W(x) – масова частка речовини х
m(x) – маса речовини х
m – маса всієї системи (розчину)
Маса розчину являє собою суму мас розчиненої речовини та розчинника: mр-ра = m(в-ва) + m(р-ля)
Наприклад: якщо масова частка оцтової кислоти дорівнює 0,03 (3 %), то це означає, що в розчині оцтової кислоти масою 100 г міститься CH3COOH масою 3 г та води масою 100 – 3 = 97 г.
Якщо в умовах завдання вказанощільність розчину, тоді запропонована формула виглядає так:
де: ρ– густина розчину.