Слайд 2
Важнейшие биологические жидкости: кровь, лимфа, слюна, пот являются
растворами солей, белков, липидов, углеводов и др. в воде.
Биологические жидкости участвуют в транспорте питательных веществ, лекарственных препаратов, в выводе из организма метаболитов – продуктов жизнедеятельности: углекислый газ, мочевина. Тело человека массой 70кг содержит 40кг воды: 25кг приходится на жидкость, находящуюся внутри клеток, а 15кг составляет внеклеточная жидкость.
Слайд 3
1. Основные понятия, определения, классификации
Слайд 4
Раствором называют гомогенную систему переменного состава, состоящую из
одного или нескольких компонентов.
Всякий раствор состоит из растворителя и
растворенного вещества.
Повторение ранее изученного материала
Что называют раствором?
Слайд 5
Растворитель - это тот компонент (как правило, преобладающий)
агрегатное состояние, которого не изменяется при образовании раствора.
Что называют
растворителем?
Слайд 6
1. Классификация растворов
1 По агрегатному состоянию различают:
газообразные,
жидкие и
твердые растворы.
Слайд 7
Мера растворимости характеризуется коэффициентом растворимости, который равен числу
граммов растворенного вещества в 100 граммах воды
Растворимость- это способность
вещества растворяться в том или ином растворителе.
Что такое «растворимость»?
Слайд 10
3 По концентрации. Растворы с большой концентрацией растворенного
вещества называются концентрированными, с малой – разбавленными.
Слайд 11
4 По насыщенности
При определенных условиях (температуре, давлении) растворение
одного компонента в другом ограничено. Поэтому различают ненасыщенные,
насыщенные и
пересыщенные растворы.
Раствор, находящийся в равновесии с твердой фазой, является насыщенным. Растворимость – это содержание вещества в насыщенном растворе
Слайд 12
Раствор с концентрацией растворенного вещества меньше его растворимости
называется ненасыщенным.
Если концентрация растворенного вещества превышает его растворимость,
раствор называется пересыщенным. Пересыщенные растворы образуются при охлаждении или испарении растворителя, неустойчивы и при внесении затравки или перемешивании выделяют избыток компонента.
Слайд 15
5 В зависимости от природы растворителя различают
водные
и
неводные растворы.
6 В зависимости от рН среды:
кислые,
нейтральные
и
щелочные (основные) и т.д.
Слайд 16
2. Физическая и химическая теория растворов
Физическая теория растворов
рассматривает процесс растворения как распределение частиц растворенного вещества между
частицами растворителя без какого-либо взаимодействия между ними. Движущей силой такого процесса является увеличение энтропии системы. Тепловые эффекты и контракцию (уменьшение объема раствора) при растворении теория не объясняет.
Слайд 17
Химическая теория рассматривает процесс растворения как сложный физико-химический
процесс разрушения связей в исходных веществах и образования новых
связей между растворителем и растворяемым веществом. Это объясняет тепловые эффекты и изменение объема системы при растворении.
Современная термодинамика растворов основана на синтезе этих двух подходов.
Слайд 18
Растворы занимают промежуточное положение между физическими смесями и
химическими соединениями.
Как физические смеси они имеют переменный состав,
сохраняют свойства отдельных компонентов и возможность разделения их физическими методами.
Как химические соединения: они однородны, имеют тепловые эффекты при растворении, образуют гидраты (или в общем случае – сольватов) (Н2SО4⋅Н2О), кристаллогидраты (CuSО4⋅5Н2О, Na2CO3⋅10H2O), уменьшаются в объеме при растворении (контракция).
Слайд 19
3. ТЕРМОДИНАМИКА ПРОЦЕССА РАСТВОРЕНИЯ
Слайд 20
Теплотой или энтальпией растворения – называется количество теплоты,
которое выделяется или поглощается при растворении.
Слайд 21
Что происходит при растворении?
а) разрушение структуры растворенного вещества
ΔНразр. > 0
тепло поглощается
NaClтв = Na+ + Cl– ΔH>0 ΔS>0
Слайд 23
в) ΔHраст = ΔHразр. + ΔНгидр
Если ΔHразр. > ΔНгидр – то процесс эндотермический,
Если ΔHразр.
экзотермический.
Слайд 24
Энтропия растворения
Энтропия растворения твердых и жидких веществ
всегда возрастает ΔS>0
Энтропия растворения газов ΔS
Слайд 25
Энергия Гиббса
ΔGраств=ΔНраств-Т·ΔSраств (1)
ΔGраств
насыщенного раствора равна нулю.
Слайд 26
При оценке возможности растворимости различных веществ в растворителях
следует пользоваться эмпирическим правилом "подобное растворяется в подобном": полярные
вещества (соли, гидроксиды, кислоты) хорошо растворяются в полярных растворителях (вода, спирт), а неполярные (парафин) - в неполярных (бензин).
Слайд 27
Массовая доля (процентная концентрация) ω – это отношение
массы растворенного вещества к массе раствора:
где mв -масса растворенного
вещества В;
mр-ра -масса раствора;
ω - массовая доля растворенного вещества В
[%, доли]
4 СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ СОСТАВА РАСТВОРА
(2)
Слайд 28
Молярная доля χ – это отношение количества растворенного
вещества к суммарному количеству всех веществ, составляющих раствор, включая
растворитель:
[%, доли]
(3)
Слайд 29
Молярная концентрация (молярность раствора) С – это отношение
количества растворенного вещества к объему растворителя:
[моль/л]
Моляльная концентрация (моляльность
раствора) Сm – это отношение количества растворенного вещества к массе растворителя:
[моль/кг]
(4)
(5)
Слайд 30
Молярная концентрация эквивалента (нормальная концентрация, нормальность раствора) Сн
– это отношение количества эквивалентов растворенного вещества к объему
раствора:
По Международной системе единиц (СИ) молярная концентрация экивалента выражается в моль/м3, но наиболее часто используется моль/л или моль/дм3.
[моль/л]
(6)
Слайд 31
Газообразное состояние вещества характеризуется слабым взаимодействием между частицами
и большими расстояниями между ними. Поэтому газы смешиваются в
любых соотношениях.
5. Растворимость газов в жидкостях
Газовые смеси описываются законом Дальтона: общее давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений всех входящих в неё газов.
(7)
Слайд 32
Парциальное давление газа в смеси равно тому давлению,
которым он обладал бы один, занимая тот же объем
при той же температуре, что и смесь:
где
χi - мольная доля газа в смеси
(8)
Слайд 33
Растворимость газов в жидкостях зависит от:
природы газа
и жидкости,
давления,
температуры,
концентрации растворенных в жидкости веществ
(особенно сильно влияет на растворимость газов концентрация электролитов).
Наибольшее влияние на растворимость газов в жидкостях оказывает природа веществ. Так, в 1 литре воды при t = 18 °С и P 1 атм. растворяется 0.017 л. азота, 748.8 л аммиака или 427.8 л хлороводорода.
Слайд 34
Зависимость растворимости газа в жидкости от давления описывается
законом Генри:
Растворимость газа в жидкости прямо пропорциональна его
давлению над жидкостью.
С = к∙Р
где
С – концентрация газа в жидкости;
k – константа Генри; коэффициент пропорциональности, зависящий от природы газа; (моль/(Па·л)).
Из уравнения следует, что с повышением давления растворимость газов в жидкостях увеличивается.
(9)
Слайд 35
Пример: Закон Генри лежит в основе кессонной болезни
(у водолазов). При погружении происходит увеличение давления, а следовательно
и растворимости газа в крови. При быстром подъеме с больших глубин происходит мгновенное выделение пузырьков газа за счет резкого уменьшения растворимости из-за падения давления. Пузырьки закупоривают кровеносные сосуды, что приводит к тяжелому поражению тканей и даже гибели.
Слайд 36
Закон Генри – Дальтона (для смесей газов): Растворимость
каждого компонента газовой смеси в жидкости прямо пропорциональна его
парциальному давлению над раствором.
Закон Генри и Генри-Дальтона справедливы только для разбавленных растворов при малых давлениях, когда газы можно считать идеальными.
Слайд 37
В технологии процесс растворения газов в жидкостях называют
абсорбцией, а растворимость газов в жидкостях принято характеризовать коэффициентом
абсорбции.
Коэффициент абсорбции α – это объем газа, приведенный к нормальным условиям (Р0, Т0), который поглощается одним объемом жидкости при нормальном давлении и заданной температуре.
Слайд 39
Растворимость газов в жидкостях существенно зависит от температуры;
количественно данная зависимость определяется уравнением Клаузиуса –Клапейрона:
где
χ1, χ2
- мольные доли газа в растворе при температурах Т1 и Т2 соответственно;
∆Н – теплота растворения 1 моля газа в его насыщенном растворе; Дж/моль.
Как правило, при растворении газа в жидкости выделяется теплота (∆Н < 0), поэтому с повышением температуры растворимость уменьшается.
(10)
Слайд 40
Растворимость газов в жидкости сильно зависит от концентрации
других растворенных веществ.
Изучая растворимость газов в жидкостях в
присутствии электролитов, русский врач-физиолог Иван Михайлович Сеченов (1829—1905) установил следующую закономерность (закон Сеченова): растворимость газов в жидкостях в присутствии электролитов понижается; происходит высаливание газов.
где X и X0 – растворимость газа в чистом (11)
растворителе и растворе электролита;
С – концентрация электролита, моль/л;
К – константа, характерная для данного эл-та
Слайд 41
6. Взаимная растворимость жидкостей
В зависимости от природы жидкости
могут смешиваться в любых соотношениях (неограниченная взаимная растворимость) (вода
– этиловый спирт, вода –уксусная кислота);
быть практически нерастворимыми друг в друге (вода – керосин, вода – ртуть);
либо обладать ограниченной растворимостью (вода – анилин, метиловый спирт – гексан и др.)
Слайд 42
Ограниченно растворимые друг в друге жидкости
Рассмотрим на примере
системы анилин – вода.
Если смешать воду и анилин,
система будет состоять из двух слоев жидкости; верхний слой – раствор анилина в воде, нижний – раствор воды в анилине. Для каждой температуры оба раствора имеют строго определенный равновесный состав
1 – раствор анилина в воде
2 – раствор воды в анилине
Слайд 43
Рис. - Диаграмма растворимости системы анилин – вода
Зависимость
концентрации растворов от температуры принято изображать графически с помощью
диаграммы взаимной растворимости.
При некоторой температуре, называемой критической температурой расслоения (т. К) взаимная растворимость воды и анилина становится неограниченной.
Взаимная растворимость жидкостей в этой системе увеличивается с ростом температуры.
Слайд 44
Кривая АКВ называется
бинодальной кривой растворимости или кривой расслоения,
ветвь АК отражает растворимость анилина в
воде,
ветвь ВК характеризует растворимость воды в анилине в зависимости
от температуры.
Бинодальная кривая АКВ делит диаграмму на две области: гомогенную, лежащую над кривой и гетерогенную, находящуюся под кривой расслоения.
Слайд 45
По диаграмме взаимной растворимости можно определить состав исходной
смеси и состав двух сопряженных растворов, которые образуются при
расслоении системы.
Например, рассмотрим исходную смесь двух жидкостей, которая содержит 70% воды и 3% – анилина (состав х).
Эта смесь будет расслаиваться при обычных условиях и даже при нагревании системы до 1550С.
При температуре, например 1000С рассматриваемая смесь представляет собой два сопряженных раствора, состав которых определяется точками:
х1 (93% Н2О, 7% C6H5NH2), - раствор анилина в воде
х2 (84% C6H5NH2, 16% Н2О) – раствор воды в анилине
Слайд 46
Точка К разделяет бинодальную кривую на две ветви и называется
верхней критической точкой растворения, а соответствующая ей температура –
верхней критической температурой растворения.
Слайд 47
Есть системы с двумя критическими температурами (верхней и
нижней),
Например, система вода-никотин.
Существуют системы с нижней критической температурой
растворения.
Например, система вода-диэтиламин.
Слайд 48
7. Растворимость твердых веществ в жидкостях
Растворимость твердых веществ
в жидкостях определяется природой веществ и, как правило, существенно
зависит от температуры; сведения о растворимости твердых тел целиком основаны на опытных данных.
принцип "подобное в подобном": полярные растворители хорошо растворяют полярные вещества и плохо – неполярные, и наоборот.
Зависимость растворимости S от температуры обычно изображают графически в виде кривых растворимости.