1. Л. № 13.
ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ
Вещества могут находиться в монолитном или
раздробленном состоянии. Раздробленное состояние
вещества называют дисперсным.
Система из 2-х (или более) веществ, в которой одно
(или несколько) вещество распределено в виде очень
мелких частиц в другом, называется дисперсной.
В дисперсной системе различают дисперсную
фазу и дисперсионную среду.
Дисперсионная среда – вещество, которое
образует в дисперсной среде сплошную фазу.
Дисперсная фаза – вещество (вещества),
рассеянные в среде в виде отдельных частиц.
2. ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ
Дисперсионная среда и дисперсная фаза могут
находиться в любом агрегатном состоянии.
Поэтому возможны девять типов дисперсных
систем:
1. Г + Г 4. Ж + Ж 7. Т + Т
2. Г + Ж 5. Ж + Г 8. Т + Г
3. Г + Т 6. Ж + Т 9. Т + Ж
Наибольшее значение имеют системы, в которых
средой является жидкость. (Сюда относят жидкие
вары, пены, эмульсии, суспензии).
3. От линейных размеров частиц дисперсной фазы
(степени дисперсности) зависит гомогенность и
гетерогенность дисперсной системы.
По степени дисперсности все дисперсные
системы можно условно разделить на три группы:
ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ
1. Растворы (d < 10–9
см) гомогенные
2. Коллоидные системы системы
3. Грубодисперсные гетерогенные
системы (d > 10–7
см) системы
4. РАСТВОР – однофазная система
переменного состава, состоящая из двух или
более компонентов.
Растворы – гомогенные (однородные)
системы, т.е. каждый из компонентов
распределен в массе другого в виде молекул,
атомов или ионов.
Компонент, агрегатное состояние
которого не изменяется при образовании
раствора называют растворителем.
5. ХИМИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ РАСТВОРОВ
Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА.
В конце XIX в. растворы считались
физическими образованиями, т.е. чисто механи-
ческими смесями, в которых отсутствуют какие-
либо взаимодействия между растворителем и
растворенным веществом (так называемая
физическая теория растворов).
Правильные представления о природе
растворов выдвинул Менделеев, который считал,
что «растворы – суть химические соединения».
6. Менделеев считал, что в жидких растворах
частицы растворенного вещества химически
связаны с окружающими их частицами
растворителя в комплексы.
Эти комплексы называют сольватами, а для
водных растворов – гидратами.
Эта идея составила основу химической
(гидратной) теории растворов.
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ РАСТВОРОВ
Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА.
7. «Считаю, что сольваты должны образовы-
ваться, тем легче и обладать тем большей
устойчивостью, чем ближе по природе частицы
растворенного вещества и растворителя
(подобное растворимо в подобном)».
Состав сольватов в растворе вероятно
переменен. Наряду с ними несомненно
имеются и свободные молекулы растворителя.
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ РАСТВОРОВ
Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА.
8. С позиции современной теории химической
связи считается, что при образовании сольватов
основными видами химического взаимодействия
являются:
1. Донорно – акцепторное.
2. Водородная связь.
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ РАСТВОРОВ
Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА.
свободный
катион
К + 4 :О― Н
ОН2
| |
OH2
|
катионный сольват
Н
n+
Н2О – К – ОН2
n+
9. H – O – H n–
H H
| |
+ 4 Н – О → О – Н … … Н – О
|
анион H H – O – H
анионный сольват
/водородная связь/
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ РАСТВОРОВ МЕНДЕЛЕЕВА.
Т.о. в водных растворах катионы и анионы имеют
оболочку из молекул воды /гидратную оболочку/.
Число молекул воды в гидратной оболочке
/координационное число иона/ зависит от природы иона.
Обычно оно равно 4 или 6.
10. А + 4 Н – О О– Н∙∙∙ ∙∙∙Н–О
O–H
HH
|
А
H
H
H–O
∙∙∙∙∙∙
–H n–
n–
анион
анионный сольват
ОБРАЗОВАНИЕ АНИОННОГО СОЛЬВАТА ЗА СЧЕТ
ВОДОРОДНЫХ СВЯЗЕЙ
Т.о. в водных растворах катионы и анионы имеют
оболочку из молекул воды (гидратную оболочку).
Число молекул воды в гидратной оболочке
(координационное число иона) зависит от природы
иона. Обычно оно равно 4 или 6.
11. ГИДРАТЫ ИОНОВ
Так для ионов Al 3+
, Co 2+
, Be 2+
, Cl –
имеем:
[Al(OH2)6] 3+
[Co(OH2)6] 2+
[Be(OH2)4] 2+
[Al(H2O)4] –
Гидратная вода иногда настолько сильно связана с
растворенным веществом, что при выделении
последнего из раствора входит в состав его
кристаллов (кристаллизационная вода):
CuSO4 • 5H2O
кристаллогидрат сульфата меди
AlCl3 /p/ Al 3+
/p/ + Cl–
/p/
При записи уравнений реакций, гидратная оболочка
(координационная сфера) ионов обычно не указывается:
12. При растворении происходит три основных
процесса:
1.Разрушение связей между молекулами (атомами,
ионами) в растворяемом веществе (ΔН1 > 0).
2.Разрушение связей между молекулами в
растворителе (ΔН2>0).
3.Образование связей между частицами
растворенного вещества и растворителя, т.е.
образование сольватов (ΔН3<0/.
Суммарный энергетический эффект растворения
ΔН равен:
ΔН = ΔН1 + ΔН2 + ΔН3
13. 1) при растворении газов и жидкостей обычно:
ΔН < 0
2) при растворении твердых веществ возмож-
ны оба случая:
1. ΔН < 0 (KOH, Ca(OH2))
2. ΔН > 0 (NH4NO3, KI)
14. Влияние температуры: по принципу Ле –
Шателье повышение температуры способствует
растворению, в тех случаях, когда (ΔН>0), таких
случаев большинство, когда речь идет о
растворении твердых тел и понижает
растворимость, если ΔН<0.
При образовании растворов изменяется также
энтропия (ΔS) – мера беспорядка в системе.
15. Энтропия возрастает (ΔS>0), когда растворе-
ние сопровождается увеличением объема по
сравнению с исходными компонентами:
ΔS > 0, если V мех. < V кон.
при растворении газов в жидкости всегда:
ΔS < 0
при растворении твердых тел в жидкости
всегда:
ΔS > 0
16. Изменения энтальпии (ΔН) и энтропии (ΔS)
растворения связаны с энергией Гиббса (G)
соотношением:
ΔG = ΔH – T·ΔS
Движущей силой процесса растворения (как и
любых химических процессов вообще) является
убыль энергии Гиббса:
ΔG < 0
при ΔН > 0, ΔS > 0 всегда будет ΔG < 0. В других
случаях знак ΔG зависит от относительной
величины ΔН и ΔS.
17. Растворимостью называется способность
вещества растворяться в том или ином
растворителе.
При внесении растворяемого вещества в
раствор процесс растворения идет самопроиз-
вольно, т.е. выполняется условие:
ΔG < 0
При этом условии раствор остается ненасыщен-
ным. Растворение идет до тех пор, пока не
наступит равновесие в системе:
растворяемое растворитель насыщенный
вещество раствор
18. Условием равновесия является равенство:
ΔG = 0
когда ΔG = 0 раствор становится насыщенным.
Растворимость вещества при данных условиях
равна его концентрации в насыщенном растворе
(измеряется в граммах на 100г. Н2О)
Растворимость определяется тремя факторами:
1. Природой вещества
2. Его агрегатным состоянием
3. Внешними условиями (tº, Р и др.)
19. Химические знания пока еще не достаточны,
чтобы можно было предсказать и вычислить
растворимость. Поэтому на практике пользуемся
старинным правилом:
«ПОДОБНОЕ РАСТВОРЯЕТСЯ В ПОДОБНОМ».
Справедливость этого правила можно понять,
основываясь на следующих рассуждениях:
компонент А + компонент В = раствор
В зависимости от энергии взаимодействия (Е)
между частицами возможны три случая:
20. 1. Е А–В ≈ Е А–А ≈ Е В–В раствор образуется
2. Е А–В < Е А–А раствор
3. Е А–В < Е В–В не образуется
Этим, например, объясняется плохая растворимость
полярного хлористого водорода в неполярном бензоле
Нδ+
– Cl δ-
C6H6
Этим же объясняется небольшая растворимость
неполярных и малополярных веществ в воде
Н – О --- Н – О
| |
H H
21. 1. ЕА–В ≈ ЕА–А ≈ ЕВ–В раствор образуется
2. ЕА–В < ЕА–А раствор
3. ЕА–В < ЕВ–В не образуется
Этим, например, объясняется плохая растворимость
полярного хлористого водорода в неполяр-
ном бензоле С6Н6.
Н–Cl
δ+ δ-
Этим же объясняется небольшая растворимость
неполярных и малополярных веществ в воде
--- Н – О --- Н – О --- Н – О ---
H HH
22. Содержание растворенного вещества в
растворе может быть выражено разными
способами:
1. Массовой долей ω (%)
Массовая доля – отношение массы растворен-
ного вещества (m2) к общей массе раствора (m1 +
m2):
m2
W = • 100
m1 + m2
23. где n1 и n2 – соответственное число молей
растворителя и растворенного вещества.
n1 + n2
x1 =
n1
x2 =
n1 + n2
n2
2. Мольной долей (Ni)
Мольная доля (xi ) – отношение числа молей (n)
данного компонента (i) к сумме молей всех
компонентов.
Для бинарного раствора имеем:
24. 3. Молярной концентрацией или молярностью
(обозначение СМ или М)
Молярность (М) – отношение числа молей
растворенного вещества (n2) к объему раствора
(V):
n2
М = размерность моль/л
V
ν2 • 1000
m =
q1
25. 4. Моляльной концентрацией или моляльностью
Моляльность (m) – отношение числа молей
растворенного вещества (n2) к массе растворителя
(q1):
n2
m = размерность моль/кг
q1
Если масса (q1) выражена в граммах формула
приобретает вид:
q1
n2 • 1000
m =
26. Содержание растворенного вещества в растворе
может быть выражено:
5. Эквивалентной концентрацией или нормаль-
ностью (СN или N)
Нормальность (N) – отношение числа эквива-
лентов растворенного вещества (nэкв.) к объему
раствора (V):
nэкв.
N = ; моль/л
V
