Растворы Определения и понятия • Растворы – это гомогенные термодинамически устойчивые системы, состоящие из 2-х и более веществ, соотношение которых определяется их взаимной растворимостью. • Раствор – это однородная система состоящая из двух и более компонентов: растворителя, растворенных веществ и продуктов их взаимодействия. Современная теория образования растворов Современная теория : 1.Стадия сольватации на которой молекулы воды окружают молекулы вещества, образуя сольваты или гидраты. 2. На второй стадии происходит диффузия сольватов в различные части системы. Этот процесс приводит к однородности системы. Способы выражения концентрации 1. Молярная доля Wm – это отношение количества растворенного вещества (n) к общему количеству всех веществ в растворе (Σn). n р ля Wm n 100% в в Молярная концентрация (См) показывают какое количество вещетва (n) растворено в 1 л раствора (V) m n (моль/л) C M= = V MV 3. Моляльность (Сm) показывает какое количество вещества (n) приходится на 1 кг растворителя (m р-ля) n m(в ва ) моль Сm m( р ля ) M m( р ля ) кг 2. Коллигативные свойства растворов Коллигативные свойства растворов зависят только от концентрации, поэтому связав концентрацию раствора с молярной массой растворенного вещества можно подтвердить или опровергнуть структуру уже известного лекарственного вещества или синтезированного вновь соединения. Закон Рауля. Коллигативные свойства растворов. Ф. Рауль установил, что: Для идеальных (разбавленных) растворов давление насыщенного пара растворителя над раствором р1 пропорционально его молярной доле х1 в растворе 0 Р1=Р1 Х1, где Р10 - давление насыщенного пара чистого растворителя Закон Рауля. Коллигативные свойства растворов. Вторая формулировка данного закона: Относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором равно молярной доле растворенного вещества. Относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором не зависит от природы растворенного вещества, а определяется только числом частиц в растворе. Такие свойства растворов называют коллигативными. Коллигативные свойства растворов. Эбулиоскопия. Температура кипения раствора нелетучего вещества всегда выше, чем температура кипения растворителя. ΔТкип=Еm, где m-моляльность, Е-эбулиоскопическая постоянная Эбулиоскопическая постоянная численно равна температуре кипения одномоляльного раствора. Криоскопия Уменьшение давления насыщенного пара над раствором приводит к понижению температуры его замерзания. ΔТзам=Кm, где m - моляльность, К криоскопическая постоянная Криоскопическая постоянная численно равна температуре замерзания одномоляльного раствора. Осмос. Осмотическое давление. Процесс диффузии вещества через полунепроницаемую мембрану называют осмосом. А то давление, которое необходимо приложить в процессе осмоса к раствору в осмотической ячейке, чтобы достичь равновесия, называется осмотическим давлением. Я, Вант-Гофф обнаружил, что осмотическое давление разбавленных растворов подчиняется законам идеального газа и сформулировал следующий закон, который носит название закона Вант-Гоффа – Пфефера: Закон Вант-Гоффа – Пфефера Осмотическое давление раствора равно такому давлению, которое имело бы растворенное вещество, если бы оно при данной температуре было в газообразном состоянии и занимало бы такой же объем, который занимает раствор. Расчет осмотического давления проводят по формуле: Р=сRT, где с - молярная концентрация раствора (г/моль) Статический метод определения осмотического давления основан на определении избыточного гидростатического давления по высоте столба жидкости Н в трубке осмометров после установления осмотического равновесия при равенстве внешних давлений pA и рБ в камерах А и Б Динамический метод определения осмотического давления сводится к измерению скоростей v всасывания и выдавливания растворителя из осмотической ячейки при различных значениях избыточного давления 1-осмотическая ячейка, 2мембрана, 3-аспиратор, 4монометр, 5-термостат, 6верхняя часть аспиратора, 7-капиляр При избыточном внешнем давлении мениск в капиляре 7 опускается со скоростью v1 которая пропорциональна избыточному давлению p1-π. При пониженом давлении мениск поднимается со скоростью v2 пропорциональной давлению π-p2. Отношение коростей равно отношению давлений Свойства растворов электролитов • Вещества, растворы и расплавы которых проводят электрический ток, называют электролитами. • Свойства растворов электролитов отклоняются от законов Вант-Гоффа и Рауля и в связи с этим Вант-Гофф ввел такое понятие как изотонический коэффициент: • І=1+á(n-1)=ΔТкип.эксп/ ΔТкип.теор= • = ΔТзам.эксп/ ΔТзам.теор=Росм.эксп/Росм.теор Закон Вант-Гоффа – Пфефера В растворах электролитов количество частиц в единице объема раствора больше, так как каждая молекула вещества диссоциирует на определенное количество ионов. Расчет осмотического давления растворов электролитов проводят по формуле: Р=ісRT, где і - изотонический коэффициент, зависит от степени диссоциации электролита á и числа ионов n. І=1+á(n-1) Изотоничность Кровь, лимфа и другие тканевые жидкости организма человека имеют осмотическое давление приблизительно 800 кПа., такое же осмотическое давление у 0,9% водного раствора натрий хлорида. Растворы с одинаковым осмотическим давлением называют изотоническими, с большим осмотическим давлением, чем какой-то стандарт – гипертоническими и с меньшим – гипотоническими. Идеальные растворы Раствор состоит из растворенного вещества (А) и растворителя(В) Между одноименными молекулами, а также между молекулами разноименных веществ существует взаимодействие Идеальные растворы – это растворы у которых силы взаимодействия между одноименными и разноименными частицами равны и ими можно пренебречь. Давление насыщенного пара в идеальных системах Зависимость общего и парциальных давлений от состава идеального раствора Отклонения от закона Рауля Причины отклонений: • распад ассоциатов одного из компонентов; • химическое взаимодействие между компонентами; • изменение сил межмолекулярного взаимодействия Если разнородные молекулы взаимно притягиваются с меньшей силой, чем однородные-это облегчит переход молекул из жидкой фазы в газовую (по сравнению с чистыми жидкостями) положительные отклонения. Усиление взаимного притяжения разнородных молекул (сольватация, образование водородной связи, образование химического соединения) затрудняет переход молекул в газовую фазу - отрицательные отклонения. 1-й закон Коновалова фазовая диаграмма при постоянном давлении для бинарной системы насыщенный пар по сравнению с равновесным раствором обогащён компонентом, добавление которого к системе повышает общее давление пара 2-й закон Коновалова В точках максимума и минимума на кривых общего давления температуры кипения состав пара и равновесного с ним раствора одинаков. Такие растворы называются азеотропными Фракционная перегонка 1 Нагревательный элемент 2 Перегонный куб 3 Отводная трубка или насадка Въюрца 4 Термометр 5 Холодильник 6 Подвод охлаждающей жидкости 7 Отвод охлаждающей жидкости 8 Приёмная колба 9 Отвод газа (в том числе с понижением давления) 10 Аллонж 11 Температура нагревателя 12 Скорость перемешивания 13 Нагреватель 14 Водяная (масляная, песочная и т. п.) баня 15 Мешалка или гранулы 16 Охлаждающая ванна Т пар 0 ТB Ректификация 2 4 3 1 Т1 Т 2' 5 0 ТA А жидкость a 1 – спускной кран; 2 – котел; 3 – нагреватель; 4 – трубки для поднимающегося пара; 5 – переливы для стекающей жидкости; 6 – кран питания колонны; 7 – подача флегмы; 8 – конденсатор; 9 – спуск конденсата В Ректификация Ограниченно растворимые жидкости а – с верхней критической температурой растворения, б – с нижней критической температурой растворения, в – с верхней и нижней критическими температурами растворения, г – без критических температур растворения Перегонка с водяным паром Аппарат состоит из: • парообразователя 1; • колбы для перегонки 2; • холодильника 3; • приемника 4; • водяной бани 5 Суть метода перегонки с водяным паром В основе метода лежит зависимость давления насыщенного пара от температуры. Жидкость начинает кипеть и перегоняться, если давление пара над жидкостью будет равно атмосферному давлению или превышать его ∑P1+P2+...=Pn+Pатм ∑Р1+Р2 … - сума парциальных давлений паров воды и жидкостей; Рn давление паров над смесью; Пример: Ткип(бензола)=80,2 oС; Ткип(воды)=100 oС; Смесь равных объемов С6Н6 и Н2О кипит при 69oС