Слайд 2
3.1. Общая характеристика растворов
Слайд 3
Растворы – это гомогенные системы, состоящие из двух
или более компонентов, состав которых может непрерывно изменяться в
пределах взаимной растворимости компонентов.
Слайд 4
Истинные или молекулярные (ионные) растворы образуются самопроизвольно с
уменьшением энергии Гиббса системы.
Это термодинамически устойчивые системы (в
отличие от неустойчивых лиофобных коллоидных растворов).
Слайд 5
В объёме раствора все термодинамические параметры постоянны, на
границе двух растворов (гомогенных систем) имеется граница раздела, на
которой параметры изменяются скачком.
Слайд 6
Систему, состоящую из нескольких таких гомогенных фаз (например,
из двух несмешивающихся жидкостей), называют гетерогенной.
В этом случае
каждую гомогенную часть системы называют фазой.
Слайд 7
Растворы – однородные смеси молекул, атомов или ионов,
между компонентами которых возможны химические и физические взаимодействия:
Слайд 8
сольватация – взаимодействие между молекулами растворителя и растворенного
вещества.
ассоциация – взаимодействие одинаковых молекул (растворителя или растворённого вещества).
Слайд 9
Один из компонентов раствора называют растворителем (обозначают индексом
1), а другие компоненты - растворёнными веществами, их обозначают
индексами 2,3 и т.д.
Если раствор образован двумя жидкостями, то растворителем считают ту, которой в смеси больше, то же относится и к газовым смесям.
Слайд 10
Если же раствор получен растворением в жидкости твёрдого
вещества или газа, то растворителем всегда является жидкость.
Слайд 12
Относительное содержание компонентов в растворе называют концентрацией.
Существуют следующие
способы выражения концентрации:
Слайд 13
Молярная (мольная) доля - xi - это отношение
ni - числа моль i-го компонента к общему числу
моль веществ в растворе .
Например, для растворителя (первого компонента) мольная доля равна:
Слайд 15
Молярная концентрация Сi равна числу моль i-го вещества,
растворенного в 1 литре раствора.
Для растворенного вещества (второго
компонента) молярная концентрация выражается:
Слайд 16
Моляльная концентрация (моляльность раствора)
Слайд 17
моляльность раствора - mi – число моль i-
го вещества, растворенного в 1 кг (1000 г) растворителя.
В случае разбавленных водных растворов Ci mi.
Слайд 18
Массовые и объёмные доли (проценты):
Слайд 19
Массовый процент компонента (wi) – число граммов компонента
в 100 г раствора.
Объемный процент компонента (i) – объем
компонента в 100 см3 раствора.
Слайд 20
Растворы бывают твердые, жидкие и газообразные.
Слайд 21
Считается, что газы всегда смешиваются неограниченно, поэтому газообразные
растворы чаще называют «газовые смеси».
Однако при высоких давлениях
(сотни атмосфер) газы могут расслаиваться, например, при таких условиях аммиак не смешивается с азотом и водородом.
Слайд 22
Ограниченная взаимная растворимость аммиака и азота
Кричевский И.Р.,
Большаков П.Е.,
Циклис
Д.О.
Гелий-аммиак,
гелий-этанол,
аммиак-метан
и т.д.
Слайд 24
Твердые растворы замещения (с ограниченной и неограниченной растворимостью
компонентов).
Твердые растворы внедрения
Твердые растворы вычитания.
Слайд 25
Ag – Au,
Au – Cu,
Pt - Au
Fe –
C,
Fe – F3C
Pd - H
Слайд 27
Исторический экскурс в теорию растворов
Слайд 28
История развития теории растворов – история «борьбы» физической
и химической теорий растворов.
Представители физической теории (Аррениус, Освальд и
т.д.) считали, что растворы – это результат диффузии молекул растворенного вещества в объём растворителя.
Слайд 29
Представители же химической теории (Менделеев, Алексеев и т.д.)
предполагали, что между компонентами раствора происходит химическое взаимодействие с
образованием малоустойчивых соединений.
Слайд 30
Почётный член АН СССР (1932), одновременно и независимо
от В. А. Кистяковского предложивший представление о сольватации ионов
и положивший начало объединению физической и химической теории растворов.
Слайд 31
3.3. Термодинамика образования растворов
Слайд 32
Образование раствора из компонентов — процесс самопроизвольный, и
при постоянстве Р и Т смG < 0.
Т.е. термодинамическим
условием образования раствора является убыль энергии Гиббса.
Слайд 33
Процесс растворения будет протекать самопроизвольно до тех пор,
пока в системе не установится равновесие:
компонент (т,ж,г) раствор
Слайд 34
С точки зрения термодинамики раствор называется насыщенным, когда
химический потенциал чистого растворяемого вещества (т., ж. или г.)
равен химическому потенциалу этого вещества в растворе.
Слайд 35
Рассмотрим жидкий раствор, состоящий из растворителя А и
растворенного вещества В. Пусть энергия Гиббса 1 моль чистого
компонента А равна G1, a 1 моль чистого компонента В равна G2.
Слайд 36
Если раствор образуется из n1 моль А и
n2 моль В, то общая энергия Гиббса системы до
смешения равна:
GI = n1G1 + n2G2,
Слайд 37
Отнесем энергию Гиббса системы к одному молю раствора:
где
х1 и х2 — молярные доли.
Слайд 38
Под молем раствора понимают такое количество раствора, в
котором число молей каждого компонента равно его молярной доле.
Слайд 39
Если компоненты А и В смешать, то полученный
раствор будет иметь иное значение энергии Гиббса (GII,m), зависящее
от его состава.
Слайд 40
Изменение энергии Гиббса при образовании 1 моля бинарного
раствора равно:
смG = GII,m GI,m =
= GII,m
(G1x1 + G2x2).
Слайд 41
Изменение энергии Гиббса при образовании раствора
C изменением состава
раствора Gсм изменяется, но во всех случаях оно меньше
нуля (Gсм < O).
Слайд 42
Рассмотрим один из способов термодинамического описания процесса растворения
Слайд 43
Уменьшение энергии Гиббса в процессе образования раствора делят
на энтальпийный и энтропийный вклады:
смG= смН TсмS
Слайд 44
А сам процесс растворения представляют как сумму двух
этапов:
1. Фазовый переход (плавление или конденсация);
2. Сольватация образующихся частиц
(ионов, молекул, атомов) растворенного вещества молекулами растворителя.
Слайд 45
Для каждого из этих этапов вычисляют изменение энтальпии
и энтропии:
ФПН и ФПS
сН и сS
Слайд 46
1. ТД описание процесса растворения твёрдого (кристаллического) вещества
в жидкости
Слайд 47
Этапы растворения:
1. разрушение кристаллической решетки - плавление;
2. сольватация
образующихся частиц молекулами растворителя.
Слайд 48
Изменение энтальпии (тепловой эффект) при растворении кристаллических тел
можно представить как:
DсмH = Dкр.рH + DсH
Dкр.рH >
0, DсH < 0.
Суммарный тепловой эффект процесса зависит от их соотношения.
Слайд 49
1. Если по абсолютной величине (по модулю)
Dкр.рH >
DсH.
то при растворении энергия (в форме теплоты) поглощается
DсмH > 0.
2. Если по абсолютной величине (по модулю)
Dкр.рH < DсH.
то при растворении энергия (в форме теплоты) выделяется DсмH < 0.
Слайд 50
Изменение энтропии при растворении кристаллических тел также представляют
слагаемыми:
DсмS = Dкр.рS + DсS
Dкр.рS > 0, DсS
< 0.
Суммарное DсмS процесса зависит от их соотношения.
Слайд 51
2. ТД описание процесса растворения газа в жидкости
Слайд 52
Растворение газов в жидкостях представляют состоящим:
1. фазового перехода
– конденсации;
2. сольватации молекул растворённых веществ молекулами растворителя.
Слайд 53
Тепловой эффект растворения DсмH:
DсмH = Dкр.рH + DсольвH
DкондH < 0, DсольвH.< 0
всегда: DсмH < 0.
По
этой причине растворимость газов в жидкостях с повышением температуры снижается.
Слайд 54
3. ТД описание процесса растворения двух жидкостей