Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Розчинність газів та твердих речовин



РОЗДІЛ 8

       
 
 
   


ДИСПЕРСНІ СИСТЕМИ. ПОНЯТТЯ ПРО РОЗЧИНИ

Поняття про розчини

Розчин-це гомогенна (однорідна) система, яка складається з двох або більше компонентів (розчинника, розчиненої речовини) і продуктів їх взає-модії.

Компонент, який у розчині міститься у більшій кількості і не змінює агрегатний стан під час утворення розчину або вміст якого переважає вміст інших компонентів, називається розчинником. Компонент, який у розчині міститься в меншій кількості, називається розчиненою речовиною.

Поняття розчинник і розчинена речовина умовне. Наприклад, при змішуванні чистої води та твердої речовини солі утворюється рідкий роз-чин. У даному випадку роль розчинника виконує вода. Якщо обидва ком-поненти до розчинення знаходились у одному агрегатному стані, тоді роз-чинником вважається компонент, який взятий у більшій кількості, а якщо об’єми однакові, тоді не важливо, який із компонентів виконує роль роз-чинника, а який – розчиненої речовини.

Розчини можуть бути газоподібні, рідкі та тверді. Прикладом рідкого розчину може бути розчин солі у воді, до газоподібного розчину належить повітря. Воно складається з азоту, кисню, карбон(IV) оксиду, водяної пари та благородних газів. До твердих розчинів належать металічні сплави (наприклад, сплав нікелю та міді).

Найбільш важливе значення в хімії, а також в існуванні навколишньо-го середовища мають розчини, в яких розчинником є вода. Тому далі бу-дуть розглядатись в основному водні розчини.

Відповідно до хімічної теорії розчинів Д.І. Менделєєва (1887), у про-цесі розчинення відбувається хімічна реакція між розчиненою речовиною і розчинником, у результаті якої утворюються нестійкі сполуки частинок розчиненої речовини з молекулами розчинника, що знаходяться у стані часткової дисоціації. Ці сполуки називаються сольватами, а для водних розчинів – гідратами. Гідрати утворюються за рахунок донорно-акцептор-ної, диполь-дипольної взаємодії, за рахунок водневих зв’язків, а також дис-персійної взаємодії. Переважно схильні до гідратації іони. Вони приєдну-ють полярні молекули води, в результаті чого утворюються гідратовані іони. У багатьох випадках такі сполуки нестійкі і легко розкладаються при виділенні їх у вільному стані. Однак в окремих випадках утворюються міцні сполуки, які легко виділити із розчину шляхом кристалізації. Криста-лічні речовини, що містять молекули води, називаються кристалогідра-тами, а вода, що входить до їх складу, – кристалізаційною. Велика кіль-кість природних мінералів є кристалогідратами. Склад кристалогідратів прийнято зображати формулами, що показують, яку кількість кристаліза-ційної води містить кристалогідрат. Наприклад, кристалогідрат купрум(ІІ) сульфату (мідний купорос) виражається формулою CuSO4 × 5H2O; криста-логідрат натрій сульфату (глауберова сіль) – Na2SO4 ×10 H2O.



Таким чином, розчини – не лише фізичний, але й хімічний процес. Рідкі розчини посідають проміжне положення між хімічними сполуками постійного складу і механічними сумішами. Як і хімічні сполуки, вони од-норідні і характеризуються тепловими явищами. З іншого боку, на відміну від хімічних сполук, розчини не підлягають закону сталості складу; вони, як і суміші, можуть бути легко розділені на складові частини. Процес розчинення є фізико-хімічним процесом, а розчини – фізико-хімічними системами.

Вихідним положенням фізичної теорії розчинів, розвинутою завдяки працям Вант-Гоффа, Рауля, Арреніуса, було твердження про відсутність взаємодії розчиненої речовини з розчинником.Розчинник є індиферентним середовищем, у якому молекули розчиненої речовини рівномірно розподі-ляються в усьому об’ємі розчину за рахунок сил дифузії. При цьому немає міжмолекулярної взаємодії як між частинками розчиненої речовини, так і молекулами розчинника.

Розчинність газів та твердих речовин

Процес розчинення твердих речовин у рідинах можна пояснити таким чином: під впливом розчинника від поверхні твердої речовини відри-ваються окремі іони чи молекули і рівномірно розподіляються по усьому об’єму. Цьому процесу сприяють високі температури, оскільки при низь-ких температурах величина ентропійного фактора ТDS не досягає значення ентальпійного фактора DH і DG > 0. Розчин, що знаходиться у рівновазі з розчиненою речовиною і містить максимально можливу за даних умов кількість цієї речовини, називається насиченим (DG = 0). Кількісно роз-чинність речовин виражають концентрацією насиченого розчину. Най-частіше її виражають коефіцієнтом розчинності – максимальною кількістю грамів речовини, яку можна розчинити у 100 г розчинника при даній температурі.



Розчинність твердих та газоподібних речовин у рідинах залежить від того, чи є розчинена речовина і розчинник полярними чи неполярними речовинами (взаємна розчинність відносно велика), або ж одна із них є полярною, а інша – неполярною (взаємна розчинність незначна). Мірою полярності молекули є дипольний момент m, який дорівнює добутку абсолютної величини ефективного заряду диполя d на його довжину l (від-стань між центрами тяжіння позитивних і негативних зарядів):

m = d ´ l . (105)

Якщо речовина має дипольний момент менший за 5 × 10-30 Кл × м, вона вважається малополярною. В табл. 16 наведені значення дипольних мо-ментів молекул речовин, які дуже часто застосовуються в практиці хіміч-них і медико-біологічних досліджень розчинників.

Таблиця 16. Значення дипольних моментів молекул для деяких

розчинників при температурі 298 К

Речовина m × 10-30 Кл × м
Ацетон СН3СОСН3 9,8
Вода Н2О 6,1
Етиловий спирт С2Н5ОН 5,6
Диетиловий ефір (C2H5)2O 3,9
Гліцерин CН2ОНСНОНСН2ОН 0,9
Хлороформ СНCl3 3,8
Толуол С6Н5СН3 1,3

Полярні розчинники добре розчиняють тверді і газоподібні речовини, неполярні – можуть слугувати гарними розчинниками для більшості речо-вин неполярного та мало полярного характеру.

Білки, які є найважливішими складовими частинами живих організмів, належать до високомолекулярних сполук. Багатоатомні молекули білків, що знаходяться у рідких середовищах живих організмів, мають дипольний момент, що складає 10-27-10-28 Кл × м. Гідратація білків і перехід їх у стан колоїдного чи істинного розчину обумовлені наявністю в їхній структурі великої кількості полярних груп.

Розчинність різноманітних речовин в одному і тому ж розчиннику мо-же змінюватись у широких межах. Якщо розчинність речовини при кім-натній температурі (298 К) перевищує 10 г на 100 г розчинника, її вважа-ють добре розчинною; якщо розчинність знаходиться в межах 0,01-1 г на 100 г розчинника, тоді речовина важкорозчинна; при розчинності менше 0,01 г на 100 г розчинника речовину вважають практично нерозчинною.

Якщо тверда речовина при розчиненні у будь-якому рідкому розчин-нику не утворює міцних хімічних сполук, процес розчинення буде супро-воджуватись поглинанням тепла і, у відповідності з принципом Ле-Шательє, розчинність цієї речовини з підвищенням температури буде зростати (рис. 36).

Розчинність у рідинах газів майже завжди пов’язана з виділенням теп-лоти (DH < 0). У цьому випадку, у відповідності з принципом Ле-Шательє, відбувається зниження розчинності газу з підвищенням температури (рис. 37). Якщо розчинена речовина – газ, а розчинник – рідина, тоді

Рис. 36. Криві розчинності твердих речовин Рис. 37. Залежність розчинності газів від температури при 101,3 кПа

утворення розчину супроводжується значним зменшенням об’єму системи. У відповідності з цим, розчинність газів у рідинах помітно зростає зі збіль-шенням тиску. Ця залежність визначається законом Генрі:при постійній температурі розчинність газу пропорційна його парціальному тиску, тобто:

с = k× p, (106)

де с – концентрація газу у насиченому розчині; p – парціальний тиск; k – константа Генрі, що характеризує природу розчиненої речовини.

Розчинність газів у рідинах характеризують коефіцієнтом абсорбції – це об’єм газу в мл, приведений до нормальних фізичних умов (Т0 = 273 К; Р0 = 101 325 Па), розчинений в 1 мл даної рідини при відповідній темпе-ратурі і парціальному тиску цього газу.

Розчинність газів у розчинах електролітів та інших речовин, схильних до гідратації, завжди менша, ніж у чистому розчиннику. Зокрема, у плазмі крові загальний вміст електролітів у нормі знаходиться на рівні 154 мекв/л (табл. 17).

Таблиця 17. Розчинність кисню, азоту та карбон(IV) оксиду


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2019 год. Все права принадлежат их авторам!