Лекция по теме: «Растворы»
Понятие о дисперсных системах.
Дисперсными системами называются системы, в которых одно вещество, находясь в мелкораздробленном состоянии (дисперсная фаза), равномерно распределено в другом (дисперсная среда).
В зависимости от размеров частиц дисперсной фазы различают следующие дисперсные системы:
· Грубодисперсные системы, размер частиц велик (эмульсии, суспензии). Примером может служить раствор глины в воде.
· Коллоидные растворы (золи) (10-9-10-6). К ним можно отнести раствор кремниевой кислоты, растворы солей кремниевой кислоты (силикатный клей).
· Истинные растворы, в которых размеры дисперсной фазы очень малы (10-10-10-9).
По агрегатному состоянию фаз Вильгельм Фридрих Оствальд предложил ставшую весьма распространенной классификацию:
|
Дисперсные системы |
Вид дисперсной системы, ее обозначение. |
Примеры дисперсных систем |
|
|
Дисперсионная фаза |
Дисперсионная среда |
||
|
Твердое тело |
Газ (г) |
Аэрозоль (т/г) |
Пыль, дым, хлопья снега |
|
Жидкость (ж) |
Суспензии (т/ж) Коллоидные растворы (т/ж) Истинные растворы (т/ж) |
Глина, зубная паста, губная помада. Раствор яичного белка, плазма крови, спиртовая вытяжка хлорофилла, кремниевая кислота. Растворы солей, щелочей, сахара. |
|
|
Твердое тело (т) |
Твердые растворы (т/т) |
Сплавы, минералы, цветные стекла. |
|
|
Жидкость |
Газ (г) |
Аэрозоль (ж/г) |
Туман, облака, моросящий дождь, струя из аэрозольного баллончика. |
|
Жидкость(ж) |
Эмульсия (ж/ж) Истинные растворы (ж/ж) |
Молоко, масло, майонез, крем, мази, эмульсионные краски. Нисшие спирты +вода, ацетон + вода. |
|
|
Твердое тело (т) |
Твердая эмульсия (ж/т) |
Жемчуг, опал. |
|
|
Газ |
Газ (г) |
Дисперсной системы не образуется |
|
|
Жидкость (ж) |
Пена (г/ж) |
Пена газированной воды, мыльная пена, взбитые сливки, взбитый крем, пастила. |
|
|
Твердое тело (т) |
Твердая пена (г/т) |
Пенопласт, пенобетон, пеностекло, пемза, лава. |
|
Дисперсные системы изучает специальный раздел химии – коллоидная химия. Мы будем знакомиться в основном с третьей группой – истинными растворами.
Растворы — гомогенные (однородные) системы переменного состава, которые содержат два или несколько компонентов.
По агрегатному состоянию растворы подразделяются:
Наиболее распространены жидкие растворы. Они состоят из растворителя (жидкости) и растворенных веществ (газообразных, жидких, твердых):
Жидкие растворы могут быть водные и неводные. Водные растворы — это растворы, в которых растворителем является вода. Неводные растворы — это растворы, в которых растворителями являются другие жидкости (бензол, спирт, эфир и т. д.).
На практике чаще применяются водные растворы.
Растворение веществ (образование растворов).
Растворение — сложный физико-химический процесс, который включает несколько стадий:
1. Разрушение кристаллической решетки растворенного вещества.
Рассмотрим растворение хлорида калия в воде.
Например, при внесении в воду кристалликов хлорида калия с их поверхности постепенно начинают отрываться ионы К+ и Сl-.
Причиной этого являются собственные колебательные движения частиц и притяжение со стороны молекул растворителя.
2. Постепенный переход частиц, образующих кристалл, в раствор.
Рис. 1. Схема разрушения кристаллической решетки хлорида калия в воде
3. Распределение частиц, перешедших в раствор, по всему объему растворителя.
Растворы, компонентами которых являются ионы, называются ионными (растворы электролитов, так как они проводят электрический ток). Растворы, компонентами которых являются электро-нейтральные частицы, называются молекулярными (растворы неэлектролитов).
Долгое время считалось, что растворитель — это среда, химически инертная по отношению к растворенному веществу. То есть между частицами растворителя и частицами растворенного вещества отсутствует межмолекулярное взаимодействие, как и в обычных механических смесях.
Данная теория получила название физической теории растворов. Основоположниками физической теории являлись Якоб Г. Вант-Гофф (1885 г.) и Сванте А. Аррениус (1883 г.).
Впоследствии оказалось, что физическая теория применима лишь к небольшой группе так называемых идеальных растворов. Примерами идеальных растворов являются многие газовые растворы (газовые смеси), образованные из не реагирующих между собой газов. Как и отдельные газы, такие газовые растворы подчиняются газовым законам. Физические свойства таких смесей (плотность, давление и др.) вычисляются как аддитивные (от лат. – сложение), т. е. из свойств компонентов, составляющих смесь. Например, общее давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений14 ее компонентов (закон Дальтона, 1800 г.).
Pобщ. = P1 + P2 + … Pn.
В 1887 г. Д.И. Менделеев предложил химическую, или сольватную (гидратную) теорию растворов. Он доказал, что в реальных растворах между молекулами растворителя и растворенного вещества происходит взаимодействие, которое носит различный характер:
1. Химическое (донорно-акцепторное взаимодействие) взаимодействие, между растворителем и растворенным веществом. Например, хлор, растворяясь, взаимодействует с водой с образованием хлорной воды:
Сl2 + Н2O → HCl + НОСl.
2. Ион-дипольное взаимодействие (при растворении веществ с ионной кристаллической решеткой). Например, в случае растворения хлорида натрия образуются ионы натрия и хлора, вокруг которых за счет сил электростатического притяжения удерживаются молекулы воды.
3. Диполь-дипольное взаимодействие (при растворении веществ с молекулярной кристаллической решеткой).
Доказательством физико-химического характера процесса растворения являются тепловые эффекты при растворении, т. е. выделение или поглощение теплоты.
Тепловой эффект растворения равен сумме тепловых эффектов физического и химического процессов. Физический процесс протекает с поглощением теплоты, химический — с выделением.
Если в результате гидратации (сольватации) выделяется больше теплоты, чем ее поглощается при разрушении структуры вещества, то растворение — экзотермический процесс. Выделение теплоты наблюдается, например, при растворении в воде таких веществ, как NaOH; AgNO3; H2SO4, ZnSO4 и др.
Если для разрушения структуры вещества необходимо больше теплоты, чем ее образуется при гидратации, то растворение — эндотермический процесс. Это происходит например, при растворении в воде NaNO3; КСl; K2SO4; KNO2; NH4Cl и др.
Итак, разрушение структуры растворяемого вещества и распределение его частиц между молекулами растворителя — это физический процесс. Одновременно происходит взаимодействие молекул растворителя с частицами растворенного вещества, т. е. химический процесс. В результате этого взаимодействия образуются сольваты.
• Сольваты — продукты переменного состава, которые образуются при химическом взаимодействии частиц растворенного вещества с молекулами растворителя.
Если растворителем является вода, то образующиеся сольваты называются гидратами. Процесс образования сольватов называется сольватацией. Процесс образования гидратов называется гидратацией. Гидраты некоторых веществ можно выделить в кристаллическом виде при выпаривании растворов. Например:
При растворении в воде сульфата меди (II) происходит его диссоциация на ионы:
CuSO4 ⇄ Cu2+ + SO42-
Образующиеся ионы взаимодействуют с молекулами воды:
При выпаривании раствора образуется кристаллогидрат сульфата меди (II) – CuSO4•5Н2O.
Кристаллические вещества, содержащие молекулы воды, называются кристаллогидратами.
Вода, входящая в их состав, называется кристаллизационной водой. Примеры
Одновременно с процессом растворения происходит обратный процесс — процесс кристаллизации. Перешедшие в раствор молекулы находятся в непрерывном движении. Они могут столкнуться с твердой поверхностью еще не растворившегося вещества, снова притянуться к ней и вернуться в состав кристалла. Вероятность такого столкновения тем выше, чем выше концентрация частиц растворенного вещества. А так как концентрация частиц растворенного вещества растет по мере растворения, то в какой-то момент времени скорость растворения становится равной скорости кристаллизации. При этом в раствор переходит столько же частиц, сколько их выделяется из раствора. То есть вещество больше не растворяется.
Раствор, в котором данное вещество при данной температуре больше не растворяется (т. е. раствор, находящийся в равновесии с растворяемым веществом), называется насыщенным.
Раствор, в котором еще можно растворить добавочное количество данного вещества, называется ненасыщенным.
Раствор, содержащий растворенного вещества больше, чем его должно быть в данных условиях в насыщенном растворе, называется пересыщенным.
В спокойном состоянии они могут годами оставаться без изменения.
Но стоит бросить в раствор кристаллик того вещества, которое в нем растворено, как вокруг него начинают расти другие кристаллы и через некоторое время весь избыток растворенного вещества выкристаллизовывается. Иногда кристаллизация начинается от простого сотрясения раствора или от трения стеклянной палочкой о стенки сосуда, в котором находится раствор. При кристаллизации выделяется значительное количество теплоты, вследствие чего сосуд с раствором заметно нагревается. Очень легко образуют пересыщенные растворы глауберова соль, бура, тиосульфат натрия.
В итоге, пересыщенные растворы являются неустойчивыми системами. Они Способны к существованию только при отсутствии в системе твердых частиц растворенного вещества.
Количественной характеристикой растворимости является коэффициент растворимости.
Коэффициент растворимости показывает, какая максимальная масса вещества может раствориться в 1000 мл растворителя при данной температуре. Растворимость выражают в граммах на литр (г/л).
По растворимости в воде вещества делят на 3 группы:
Растворимость веществ зависит от природы растворителя, от природы растворенного вещества, температуры, давления (для газов). Растворимость газов при повышении температуры уменьшается, при повышении давления — увеличивается.
Зависимость растворимости твердых веществ от температуры показывают кривые растворимости. Растворимость многих твердых веществ увеличивается при повышении температуры.
По кривым растворимости можно определить:
1) коэффициент растворимости веществ при различных температурах;
2) массу растворенного вещества, которое выпадает в осадок при охлаждении раствора от t1°С до t2°С.
Процесс выделения вещества путем испарения или охлаждения его насыщенного раствора называется перекристаллизацией. Перекристаллизация используется для очистки веществ.
Важной характеристикой любого раствора является его состав.
Количественная характеристика состава растворов
Для качественной характеристики растворов используют понятия «разбавленный раствор» (содержит мало растворенного вещества) и «концентрированный раствор» (содержит много растворенного вещества). Но границы между ними условны.
При работе с растворами необходимо знать их количественный состав. Количественный состав растворов выражается различными способами. Мы изучим два способа: массовая доля растворенного вещества и молярная концентрация (молярность).
Массовая доля растворенного вещества
• Массовой долей растворенного вещества называется отношение массы растворенного вещества к массе раствора:
, где
ω — массовая доля растворенного вещества, выраженная и долях единицы;
m(в-ва) — масса растворенного вещества, г;
m(р-ра) — масса раствора, г.
Массовую долю можно выражать также в процентах (%):
, где
Массовую долю растворенного вещества в процентах (%) часто называют процентной концентрацией раствора.
Молярная концентрация
• Молярная концентрация показывает число молей растворенного вещества в одном литре раствора.
Молярную концентрацию можно рассчитать по формуле
На практике часто переходят от одного способа выражения концентрации к другому по известной плотности раствора, применяя формулу т = ρ • V.
Рабочие листы
к вашим урокам
Скачать
Для 1 курса по специальности: "Фармация".
Цели:
Обучающая
Развивающая
Воспитательная
Дать классификацию растворов (ПК 1.1.); рассмотреть способы выражения концентрации растворов (ПК 2.1. – 2.3).
Способствовать развитию внимания, памяти, логического мышления при изучении нового материала (ОК 2 – 3).
Продолжить формирование интереса к предмету, ответственности к своим действиям, любви к выбранной профессии (ОК 2 – 3).
Обеспечение занятия:
А. Наглядные пособия Таблица «Периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева», Таблица «Растворимости веществ в воде при 20°С»
Б. Технические средства Компьютер, мультимедийная презентация, экран, проектор
В. Литература:
Основная Бабков, А.В. Общая и неорганическая химия [Текст]: учебник / А.В. Бабков, Т.И. Барабанова, В.А. Попков. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2014. – 384 с.
Дополнительная Саенко, О.Е. Химия для колледжей [Текст]: учебник / О.Е. Саенко. – Ростов н/Д: Феникс, 2012. – 282с.; Ерохин, Ю.М. Химия [Текст]: учеб. для сред. проф. учеб. заведений / Ю.М. Ерохин. – М.: Академия, 2010. – 384 с.; Репетитор по химии [Текст] / под ред. А.С. Егорова. – Ростов н/Д.: Феникс, 2011. – 762 с.; Глинка, Н.Л. Общая химия [Текст]: учебник / под ред. В.А. Попкова, А.В. Бабкова. – М.: Юрайт, 2012. – 898 с.
6 661 964 материала в базе
Настоящий материал опубликован пользователем Жилкина Елена Сергеевна. Инфоурок является информационным посредником и предоставляет пользователям возможность размещать на сайте методические материалы. Всю ответственность за опубликованные материалы, содержащиеся в них сведения, а также за соблюдение авторских прав несут пользователи, загрузившие материал на сайт
Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.
Удалить материал
Ваша скидка на курсы
40%
Курс профессиональной переподготовки
500/1000 ч.
Курс повышения квалификации
72 ч. — 180 ч.
Курс повышения квалификации
36 ч. — 180 ч.
Курс повышения квалификации
72/108 ч.
Мини-курс
4 ч.
Мини-курс
3 ч.
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.