- •1. Растворы
- •1.1.Тепловой эффект растворения
- •1.2. Растворимость
- •1.3. Концентрация растворов
- •1.4. Законы Рауля
- •Вопросы для самоконтроля.
- •1.6. Примеры решения задач
- •1.7. Задачи для домашнего задания
- •1.8. Варианты домашних заданий
- •1.9. Экспериментальная часть. Лабораторная работа
- •2.Рассчитайте, сколько миллилитров исходного раствора кислоты потребуется для приготовления определенного объема заданного раствора (по условию задачи 3 домашнего задания). Расчеты записать в отчет.
- •Полученное задание:
1. Растворы
Растворами называются гомогенные (однородные) смеси переменного состава.
Из всех видов растворов наиболее распространены жидкие растворы. Любой раствор состоит из растворенного вещества и растворителя, т.е. среды, в которой это вещество равномерно распределено в виде молекул или ионов. Обычно растворителем считают тот компонент, который в чистом виде существует в таком же агрегатном состоянии, что и полученный раствор. Например, в случае водного раствора соли растворитель - вода, а растворенное вещество - соль. Если оба компонента до растворения находились в одинаковом агрегатном состоянии, то растворителем считается компонент, находящийся в большем количестве (пример – смеси воды и спирта).
Растворы занимают промежуточное положение между механическими смесями и химическими соединениями. Непостоянство состава раствора приближает их к механическим смесям, однако, от последних они отличаются своей однородностью. Отличие растворов от чистых веществ состоит в том, что индивидуальные вещества имеют определенные физические константы, например температуры плавления и кипения, определенный химический состав, в то время как физические константы и состав растворов зависят от соотношения их компонентов. Например, плотность раствора соли в воде растет, а температура замерзания понижается с увеличением содержания соли. Чистые вещества при изменении их агрегатного состояния не изменяют своего химического состава, а при возвращении в исходное агрегатное состояние приобретают исходные характеристики. Компоненты же растворов могут разделиться при изменении агрегатного состояния системы. Так, с одной стороны, испарение воды из солевого раствора приводит к увеличению содержания соли в оставшемся растворе (увеличению концентрации соли), а с другой стороны, сконденсировавшаяся вода представляет собой химически чистое вещество.
Согласно гидратной теории Д.И. Менделеева при образовании раствора частицы растворенного вещества вступают во взаимодействие с молекулами растворителя, образуя малоустойчивые соединения, называемые сольватами (или гидратами в случае водных растворов). В зависимости от природы растворенного вещества гидраты образуются за счет ион - дипольного взаимодействия (растворы веществ с ионной структурой, например солей и полярных молекул, например HCl) и диполь - дипольного взаимодействия (растворы веществ с молекулярной структурой, например спиртов).
Идеальным называют раствор, в котором не происходят химические реакции между компонентами, а силы межмолекулярного взаимодействия между компонентами одинаковы. Соответственно, образование этих растворов не сопровождается тепловым эффектом (ΔН = 0) и каждый компонент ведет себя в растворе независимо от других компонентов. К идеальным растворам по своим свойствам приближаются лишь очень разбавленные растворы, т. е. растворы с очень низкой концентрацией растворенного вещества.
1.1.Тепловой эффект растворения
Процесс образования раствора – растворение – заключается в разрушении взаимодействия между молекулами индивидуальных веществ и образовании новых межмолекулярных связей между компонентами раствора.
Количество теплоты, поглощающейся или выделяющейся при растворении одного моля вещества в избытке растворителя, называется теплотой растворения этого вещества.
Образование раствора - процесс самопроизвольный, сопровождающийся уменьшением свободной энергии Гиббса (G0раст): G0раст = H0раст - TS0раст 0. (1.1)
Знак изменения энтропии растворения (S0раст) зависит от степени изменения порядка в системе до и после растворения. При растворении газов в жидкости энтропия системы уменьшается, а энтальпия увеличивается, поэтому растворение газов понижается при повышении температуры.
Знак изменения энтальпии системы при растворении (Н0раст) определяется суммой тепловых эффектов всех процессов, сопровождающих растворение. При растворении твердого вещества разрушается его кристаллическая решетка и частицы вещества равномерно распределяются по всему объему раствора. Этот процесс требует затраты энергии, следовательно, Н0кр 0. Одновременно протекает процесс взаимодействия частиц растворенного вещества с водой с образованием гидратов, сопровождающийся выделением теплоты (Н0гидр 0).
Общий тепловой эффект растворения твердого вещества (Н0раст) определяется соотношением тепловых эффектов этих процессов и может быть как положительным так и отрицательным (либо равным нулю, как при растворении сахара в воде).