🗊Презентация Растворы: состав и их коллигативные свойства

План: 1. Количественный состав растворов. Типы концентраций. 2. Коллигативные свойства.

Важнейшим биогенным растворителем является вода. Вода - самое распространенное на Земле вещество. Общий объем воды в биосфере 1,5 × 109км3. В живых организмах - 2,3 × 103км3. Считают, что большая часть воды имеет биогенное происхождение, т.е. проходит через метаболические превращения организмов.

По отношению к воде различают гидрофильные и гидрофобные вещества. По агрегатному состоянию растворы классифицируются на:  газообразные;  жидкие;  твёрдые.

Растворимость некоторых веществ в воде при 20°С

Зависимость растворимости в воде некоторых солей от температуры

Зависимость растворимости некоторых газов в воде при 101 кПа от температуры

Зависимость растворимости СO2 в воде при 15°С (a) и N2 в жидком диоксиде серы при 25°С (б) от давления: 1 – по закону Генри; 2 – экспериментальные данные.

Растворение - самопроизвольный процесс, поэтому ΔGрастворения< 0. Величина и знак ΔGрастворения определяются энтропийным и энтальиийным факторами: 2 ΔGрастворения = ΔHрастворения — TΔSрастворения.

Например, при растворении гидроксида калия в воде наблюдается сильное разогревание раствора. Например, при растворении гидроксида калия в воде наблюдается сильное разогревание раствора. KOH + ag = KOH • ag (ΔH° = -54кДж), Экзотермический: растворение NaOH, AgNО3, H2SО4, ZnSО4. а при растворении нитрата аммония - охлаждение: NH4NО3+ ag = NH4NО3 • ag (Δ Н° = 25кДж) При внесении в почву азотных удобрений почва охлаждается. Эндотермический: NaNО3, KCl, K2SО4, KNО2, NH4Cl.

1. Количественный состав растворов. Типы концентраций. Содержание компонентов в растворе может непрерывно изменяться в некоторых пределах. Количественной характеристикой растворов является концентрация. Концентрация – это количество растворенного вещества, содержащееся в единице массы или объеме раствора.

Массовая доля вещества (ω) – отношение массы данного вещества m(х) в растворе к массе всего раствора m: ω(х) = m(х)/ m(р-ра). Объёмная доля вещества (φ) выражается в долях единицы или % и численно равна отношению объёма жидкого или газообразного вещества к общему объёму раствора или смеси. φ(х) = V(x)/V(р-ра).

Молярная доля растворённого вещества (χ) численно равна отношению химического количества растворённого вещества к суммарному числу моль всех компонентов раствора или смеси. χ(х) = n(x)/Σni. Молярная концентрация С(х) - это химическое количество (моль) растворенного вещества, которое содержится в 1 л раствора. С(х) = n(х)/V(р-ра), моль/л m(x) = C(x) · M(x) · V(x)

Моляльность раствора (b или Сm) – это число молей растворенного вещества в 1000 г растворителя. b(x) = n(x)·1000/m(р-ля). Молярная концентрация эквивалента С(1/z(х)) (нормальность) показывает химическое количество эквивалента растворенного вещества в молях, которое содержится в 1 л раствора. С(1/z(х)) = n(1/z(х))/V(р-ра), моль/л

2. Коллигативные свойства Коллигативными свойствами называются свойства растворов, которые не зависят от природы частиц растворенного вещества, а зависят только от концентрации частиц в растворе. Разбавленные растворы характеризуются отсутствием взаимодействия между частицами растворенного вещества.

Коллигативными свойствами растворов являются: диффузия, осмос, осмотическое давление; давление насыщенного пара растворителя над раствором; температура кристаллизации (замерзания) раствора; температура кипения раствора.

Диффузией в растворе Диффузией в растворе называется самопроизвольный направленный процесс переноса частиц растворенного вещества и растворителя, который осуществляется от большей концентрации к меньшей и приводит к выравниванию концентрации этого вещества по всему объему раствора.

Количество вещества, переносимого за счет диффузии через единичную площадь поверхности в единицу времени, называется скоростью диффузии. Все растворы обладают способностью к диффузии. Диффузия - это равномерное распределение вещества по всему объему раствора, протекающая по всем направлениям. Ее движущая сила - стремление к максимуму энтропии.

Осмос – это односторонняя диффузия молекул растворителя сквозь мембрану с избирательной проницаемостью, разделяющую раствор и чистый растворитель или два раствора различной концентрации.

Осмос в системе растворитель — раствор, разделенные мембраной с избирательной проницаемостью

Осмотическим давлением (π(Росм)) называют избыточное гидростатическое давление, возникающее в результате осмоса и приводящее к выравниванию скоростей взаимного проникновения молекул растворителя сквозь мембрану с избирательной проницаемостью. Осмотическим давлением (π(Росм)) называют избыточное гидростатическое давление, возникающее в результате осмоса и приводящее к выравниванию скоростей взаимного проникновения молекул растворителя сквозь мембрану с избирательной проницаемостью. Количественная зависимость осмотического давления от внешних факторов подчиняется объединенному газовому закону Менделеева - Клапейрона: π(Росм) = cRT

Прибор для определения осмотического давления

Осмотическая ячейка - это система, отделенная от окружающей среды мембраной с избирательной проницаемостью. Осмотическая ячейка - это система, отделенная от окружающей среды мембраной с избирательной проницаемостью. Все клетки живых существ являются осмотическими ячейками, которые способны всасывать растворитель из окружающей среды или, наоборот, его отдавать, в зависимости от концентраций растворов, разделенных мембраной. Клеточные мембраны животных и растительных организмов являются проницаемыми для воды и небольших ионов. Проходя через них вода создает осмотическое давление.

ЭНДООСМОС - движение растворителя в осмотическую ячейку из окружающей среды. Условие эндоосмоса: Снар < Свн (πнар< πвн)

В результате эндоосмоса вода диффундирует в клетку, происходит набухание клетки с появлением напряженного состояния клетки называемого тургор. В результате эндоосмоса вода диффундирует в клетку, происходит набухание клетки с появлением напряженного состояния клетки называемого тургор. В растительном мире тургор помогает растению сохранять вертикальное положение и определенную форму. Если разница в концентрациях наружного и внутреннего раствора достаточно велика, а прочность оболочки клетки небольшая, то эндоосмос приводит к разрушению клеточной мембраны и лизису клетки. Именно эндоосмос является причиной гемолиза эритроцитов крови с выделением гемоглобина в плазму. Эндоосмос происходит, если клетка оказывается в гипотоническом растворе

ЭКЗООСМОС – движение растворителя из осмотической ячейки в окружающую среду. Условие экзоосмоса: Снар>Свн (πнар> πвн).

В результате экзоосмоса вода диффундирует из клетки в плазму и происходит сжатие и сморщивание оболочки клетки, называемое плазмолизом. В результате экзоосмоса вода диффундирует из клетки в плазму и происходит сжатие и сморщивание оболочки клетки, называемое плазмолизом. Экзоосмос имеет место если клетка оказывается в гипертонической среде. Явление экзосмоса наблюдается, например, при посыпании ягод или фруктов сахаром, а овощей, мяса или рыбы - солью. При этом происходит консервирование продуктов питания благодаря уничтожению микроорганизмов вследствие их плазмолиза

Растворы, которые имеют одинаковое осмотическое давление, называются изотоническими по отношению друг к другу. Растворы, которые имеют одинаковое осмотическое давление, называются изотоническими по отношению друг к другу. Если два раствора имеют различное осмотическое давление, то раствор с большим осмотическим давлением называется гипертоническим, по отношению ко второму, а раствор с меньшим осмотическим давлением - гипотоническим по отношению к первому.

Изменение эритроцита в растворах с различным осмотическим давлением : а - изотонический раствор (0,9 % NaCl); б - гипертонический раствор (2 % NaCl); в - гипотонический раствор (0,1 % NaCl)

Давление насыщенного пара над раствором Давление пара, при котором при данной температуре в системе жидкость - пар наступает динамическое равновесие, характеризующееся равенством скоростей испарения и конденсации (υ исп = υ конд), называется давлением насыщенного пара.

Устанавливается динамическое физико-химическое равновесие, при котором число молекул, переходящих в единицу времени с единицы поверхности в пар (скорость испарения vисп), равна числу молекул, возвращающихся из пара в жидкость (скорость конденсации vконд) vисп = vконд*

Понижение давления насыщенного пара (ДНП) над раствором. I закон Рауля

Первый закон Рауля: При постоянной температуре относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором нелетучего вещества равно молярной доле растворенного вещества: (р0 - р)/р0= п/(п + N)

Под стеклянный колпак ставят стакан с растворителем и другой стакан с таким же количеством раствора. Спустя некоторое время уровень жидкости в стакане с растворителем понижается, а уровень раствора повышается. Происходит перенос растворителя в стакан с раствором, что обусловлено более низким давлением пара над раствором

Положение фазовых равновесий зависит от температуры и внешнего давления. Переходы жидкости в другие фазовые состояния - парообразное и твердое – характеризуются соответственно температурами кипения и плавления.

Температура кипения жидкости – это температура, при которой давление насыщенного пара над жидкостью становится равным внешнему давлению. При температуре кипения в равновесии сосуществуют две фазы: жидкая и пар.

Температура замерзания жидкости - это температура, при которой давление насыщенного пара над жидкостью становится равным давлению насыщенного пара над кристаллами этой жидкости. При температуре замерзания в равновесии сосуществуют три фазы: твердая, жидкая и пар.

Второй закон Рауля: Повышение температуры кипения или понижение температуры замерзания растворов нелетучих веществ прямо пропорционально моляльной концентрации раствора: ∆Тзам = КСm, где К – криоскопическая постоянная растворителя; Сm – моляльная концентрация раствора, моль/1000г раств-ля. ∆Ткип = ЕСm, где Е – эбулиоскопическая постоянная растворителя; Сm – моляльная концентрация раствора, моль/1000г раств-ля

Криоскопические и эбулиоскопические константы некоторых растворителей

Эбулиоскопия и криоскопия - это методы, позволяющие экспериментально определить молярные массы растворенных веществ, а также некоторые другие характеристики растворов.

Схема криоскопа 1 - пробирка с боковым отростком, плотно закрытая пробкой 2-термометр (шкала от-5 до+30°С, цена деления 0,1) 3- мешалка 4 - метка, показывающая уровень исследуемой жидкости

Для учета межмолекулярных взаимодействий в реальных растворах Вант-Гофф предложил использовать изотонический коэффициент i. Для учета межмолекулярных взаимодействий в реальных растворах Вант-Гофф предложил использовать изотонический коэффициент i. Для молекул растворенного вещества физический смысл изотонического коэффициента: i = число частиц растворенного вещества число частиц исходного вещества Для растворов неэлектролитов, молекулы которых не диссоциируют и мало склонны к ассоциации, i = 1. Между α и i существует зависимость:

При приготовлении физиологических растворов необходимо учитывать их осмотические свойства, поэтому их концентрацию выражают через осмолярную концентрацию (осмолярность). При приготовлении физиологических растворов необходимо учитывать их осмотические свойства, поэтому их концентрацию выражают через осмолярную концентрацию (осмолярность). Осмолярная концентрация - суммарное молярное количество всех кинетически активных, т. е. способных к самостоятельному движению, частиц, содержащихся в 1 литре раствора, независимо от их формы, размера и природы. Осмолярная концентрация раствора связана с его молярной концентрацией через изотонический коэффициент Сосм= iС(X)

Для сильных электролитов (α≈1): α=(i-1)/(n-1) NaCl ↔ Na+ + Cl- 2 иона => n=2, i=2 при α =1 CaCl2 ↔ Ca2+ + 2Cl- 3 иона => n=3, i=3 при α =1

Спасибо за внимание!