Молярна концентрація, або молярність (СM) - кількість речовини (# 957;) розчиненого компонента, що міститься в 1 літрі (дм 3) розчину:
Молярна концентрація еквівалентів (Секв), (нормальна концентрація або нормальність N) - кількість речовини еквівалентів (# 957; екв) розчиненого компонента, що міститься в 1 літрі (дм 3) розчину:
Моляльна концентрація або моляльність (b) - кількість речовини (# 957;) розчиненого компонента в 1 кг розчину:
Масова частка (# 969;) - відношення маси розчиненої речовини (mр.в.) до маси розчину (mр-ра) Її розраховують, висловлюючи в частках одиниці або у відсотках. Масова частка, виражена у відсотках, називається процентною концентрацією:
Процентна концентрація показує масу розчиненої речовини, що міститься в 100 г розчину. наприклад, # 969; (KOH) = 3% означає, що в 100 г цього розчину міститься 3 г KOH і 97 г H2 O.
Молярна частка (Ni) - відношення кількості речовини розчиненого компонента (nв-ва) (або розчинника, nр-ля) до сумарної кількості речовини всіх компонентів розчину. Наприклад, в системі, що складається з розчинника і одного розчиненої речовини, молярна частка розчиненої речовини дорівнює:
Молярна частка розчинника:
Приклади розв'язання задач
Приклад 1. Визначити молярну концентрацію розчину NaOH з масовою часткою 10% і щільністю r = 1,1 г / см 3.
Р і ш е н і е. 1) Записуємо вираз для молярної концентрації раствораNaOH.
2) 10% -ний розчин - це 10гNaOH в 100г розчину. Знаходимо кількість речовини NaOH, що міститься в 10 г:
. тобто 0,25 моль NaOH міститься в 100 г розчину.
3) Знаходимо об'єм розчину масою 100 г:
4) Розраховуємо молярну концентрацію:
Відповідь: молярна концентрація розчину гідроксиду натрію з масовою часткою 10% становить 2,74 моль / л
Приклад 2. Знайти молярну частку розчиненої речовини в розчині сахарози з масовою часткою 67%.
Р і ш е н і е. 1) Згадаймо, що молярна частка розчиненої речовини дорівнює:
67% -ний (по масі) розчин означає, що в 100 г розчину міститься 67 г сахарози і 33 г води.
2) Визначаємо кількість речовини сахарози і кількість речовини води:
Отже, молярна частка сахарози дорівнює:
Відповідь: молярна частка сахарози в розчині сахарози з масовою часткою 67% становить 0,097.
Приклад 3. Який обсяг сірчаної кислоти з масовою часткою 96% (щільністю 1,84 г / см 3) і яку масу води потрібно взяти для приготування 100 мл 15% -ного (за масою) розчину H2 SO4 (r = 1,10 г / см 3).
2) З формули масової частки знаходимо масу сірчаної кислоти, що міститься в цьому розчині:
3) Знайдемо масу 96% розчину, що містить 16,5 г H2 SO4:
4) Знаходимо об'єм 96% -ного розчину сірчаної кислоти:
Відповідь: для приготування 100мл 15% -ного розчину H2 SO4 потрібно 9,3 мл 96% -ного розчину сірчаної кислоти і 110 - 16,5 = 93,5 г води.
Дисперсні системи - це системи, що складаються як мінімум з двох речовин, одне з яких подрібнене і розподілено в іншому.
Те речовина, яке утворює в дисперсної системі суцільну фазу, називають дисперсійним середовищем, а то, що розподілено в середовищі - дисперсною фазою. Гомогенні дисперсні системи називають істинними розчинами або просто розчинами. Лінійні розміри їх часток не перевищують розмірів окремих іонів і молекул - до 1 нм. Гетерогенні дисперсні системи поділяються на колоїдні системи (розміри частинок від 1 до 100 нм) і Грубодисперсні або мікрогетерогенні системи (розміри частинок більше 100 нм).
Колоїдні системи, дисперсійнаСереда яких рідина, називаються колоїдними розчинами або золями. Їх можна розглядати як окремий випадок істинних розчинів. Дисперсна фаза - це розчинена речовина, а дисперсійне середовище - розчинник.
Для отримання колоїдних розчинів використовуються будь-які реакції, в результаті яких утворюються важкорозчинні сполуки:
Структурною одиницею колоїдного розчину є міцела - це окрема частка дисперсної фази з рідким дисперсійним середовищем. Розглянемо освіту міцели на прикладі реакції (21). Надлишок одного з компонентів діє як стабілізатор колоїдного розчину, тобто як речовина, що перешкоджає агрегації колоїдних часток у більші і випадання їх в осад.
Нехай в надлишку буде азотнокисле срібло. Важкорозчинний AgI утворює кристалічний агрегат, що складається з m молекул AgI. Агрегат адсорбує на поверхні іони Ag +. що знаходяться в надлишку. Вони надають агрегату позитивний заряд і називаються потенціалопределяющего іонами. Агрегат і потенціалопределяющего іони утворюють ядро (m AgI) n Ag +. З зарядженої поверхнею ядра стійко пов'язано деяке число іонів протилежного знака - противоионов - (n-x) NO3 -. Потенціалопределяющего іони і пов'язані протівоіони утворюють адсорбційний шар. Агрегат разом з адсорбційним шаром називається гранулою або колоїдної часткою. Вона має електричний заряд, що співпадає з зарядом потенціалопределяющего іона (х +). До складу колоїдної частинки входить тільки частина наявних в розчині протиіонів. Решта протівоіони xNO3 - залишаються в дисперсійному середовищі і утворюють дифузійний шар. Заряди потенциалопределяющих іонів і противоионов повністю компенсовані. Тому міцела електронейтральна.
Будова міцели золю йодиду срібла має вигляд:
агрегат адсорбційний дифузний
Якщо в розчині надлишок KI, то міцела матиме вигляд:
Будова міцели золю сульфату барію, отриманого по реакції (22) з надлишком хлориду барію: 4] n Ba 2+ 2 (n-x) Cl -> 2 x + 2xCl -
Будова міцели золю Fe (OH) 3. 3] nFe 3+ 3 (n-x) Cl -> 3 x + 3xCl -
Стійкість - здатність колоїдних систем зберігати свій стан і властивості незмінними з плином часу. Розрізняють два види стійкості: кінетичну (седиментаційну) і агрегатівную. Кінетична стійкість характеризує здатність частинок дисперсної фази залишатися в підвішеному стані завдяки інтенсивному броунівському русі. Агрегативна стійкість характеризує здатність частинок дисперсної фази протистояти їх агрегації, тобто укрупнення і злипання. Це обумовлено наявністю однойменного електричного заряду частинок дисперсної фази, що викликає їх взаємне відштовхування. Стійкість золю можна порушити, усунувши однойменний заряд колоїдних частинок. Це можна зробити при додаванні електроліту. Втрата агрегативной стійкості золю призводить до укрупнення частинок дисперсної фази. їх злипання Цей процес називають коагуляцією. Коагуляція викликає порушення кінетичної стійкості, яке призводить до утворення осаду (коагулята). Цей процес називається седиментацією.
Коагулююча дією володіє той іон, який заряджений протилежно частці. Коагулююча здатність електроліту зростає зі збільшенням заряду коагулюючого іона. Наприклад, для золю йодиду срібла коагулірущім дією будуть володіти такі аніони, як Cl -. SO4 2-. PO4 3 -. З них найкращим коагулююча дією володіє іон PO4 3. Процес коагуляції починається тільки після досягнення певної мінімальної концентрації електроліту, яка називається порогом коагуляції.
Зразковий склад коагулята золів йодиду срібла та гідроксиду заліза:
Приклади розв'язання задач
Приклад 1. Золь йодиду срібла AgI отриманий при додаванні до 0,02 л 0,01 М розчину KI 0,028 л 0,005М розчину AgNO3. Визначте заряд частинок отриманого золю і напишіть формулу його міцели.
Визначити заряд отриманого золю. Написати формулу міцели золю.
Р і ш е н і е. При змішуванні розчинів AgNO3 і KI протікає реакція: AgNO3 + KI = AgI + KNO3
Визначаємо кількість AgNO3 і KI. що беруть участь в реакції:
СVAgNO3 = 0,005 × 0,028 = 1,4 × 10 -4 моль
CVKI = 0,02 × 0,01 = 2,0 × 10 -4 моль
Розрахунок показує, що в розчині надлишок KI. отже, ядром колоїдних частинок золю йодиду срібла будуть адсорбуватися іони I - і частки золю набувають негативний заряд. Протиіонами є іони К +. Формула міцели золю йодиду срібла за умови надлишку KI:
Приклад 2. Який обсяг 0,002 М розчину BaCl2 треба додати до 0,03 л 0,0006 М розчину Al2 (SO4) 3. щоб отримати позитивно заряджені частинки золю сульфату барію. Напишіть формулу міцели золю BaSO4.
Знайти VBaCl2. Написати формулу міцели золю.
Р і ш е н і е. Освіта золю BaSO4 відбувається відповідно до рівняння реакції: 3BaCl2 + Al2 (SO4) 3 = 3BaSO4 + 2AlCl3
Якщо речовини беруть участь в стехиометрическом співвідношенні, то справедливо співвідношення: (CV) BaCl2 = (CV) Al2 (SO4) 3. отже
Для отримання позитивних частинок золю BaSO4 в розчині повинен бути надлишок хлориду барію в порівнянні з сульфатом алюмінію. Значить, для реакції необхідно взяти більше 0,009 л 0,002М розчину BaCl2. Формула міцели золю сульфату барію: 4] × nBa 2+ 2 (n-x) Cl -> 2 x + × 2xCl -
Приклад 3. Золь сульфіду цинку був отриманий при взаємодії розчинів Zn (NO3) 2 і Na2 S. Визначте, який з електролітів був в надлишку, якщо протівоіони в електричному полі рухаються до анода. Напишіть формулу міцели золю.
Р і ш е н і е. Освіта золю ZnS відбувається відповідно до рівняння реакції: Zn (NO3) 2 + Na2 S = ZnS + 2NaNO3
Анод - позитивно заряджений електрод, до нього рухаються негативно заряджені частинки. Значить протівоіони міцели мають негативний заряд, а сама міцела заряджена позитивно, що можливо за умови надлишку Zn (NO3) 2. На поверхні агрегату ZnS адсобіруются потенціалопределяющего іони Zn 2+ (так як розчин Zn (NO3) 2 в надлишку), створюючи таким чином позитивний заряд міцели. Агрегат і потенціалопределяющего іони утворюють ядро, з яким зв'язуються протівоіони - NO3 -.
Таким чином, в надлишку був узятий розчин Zn (NO3) 2. Формула міцели золю йодиду срібла за умови надлишку Zn (NO3) 2:
Розчини неелектролітів складаються з незаряджених частинок. Вони можуть бути утворені різними парами органічних рідин, наприклад бензолом і толуолом.
Встановлено, що молекули нелетучего розчиненого компонента розчину перешкоджають улетучиванию з розчину молекул розчинника. Відповідно до закону Рауляпоніженіе тиску DP насиченої пари розчинника над розчином пропорційно мольної частці розчиненої нелетучего речовини ni:
де Р 0 - тиск насиченої пари розчинника над чистим розчинником; P - тиск насиченої пари розчинника над розчином, DP - різниця між тисками насиченої пари розчинника над розчином P і розчинником Р 0; n - кількість розчиненої речовини в розчині (моль); N - кількість речовини розчинника (моль); ni - молярна частка розчиненої речовини.
Із закону Рауля виникають два слідства.
1. Температура кипіння розчину вище температури кипіння розчинника. Підвищення температури кипіння DТкіп пропорційно моляльній концентрації розчину сm:
де Ке - ебуліоскопічна постійна розчинника.
де g - маса розчиненої речовини, г; G - маса розчинника, г;
Mr - молярна маса розчиненої речовини.
2. Температура замерзання розчину нижче температури замерзання чистого розчинника. Зниження температури замерзання DТзам пропорційно моляльній концентрації розчину сm:
де Кк - кріоскопічна постійна.
Значення Ке і Кк залежать від природи розчинника. використовуючи рівняння
(23 - 25), можна визначити молярну масу речовини Mr:
де DТ - зміна температури кипіння або замерзання розчину;
До º Ке або К º Кк
Самовільний перехід розчинника через напівпроникну мембрану, що розділяє розчин і розчинник або два розчини з різною концентрацією розчиненої речовини, називається осмосом. Осмос обумовлений дифузією молекул розчинника через напівпроникну перегородку (мембрану), яка пропускає тільки молекули розчинника. Кількісно осмос характеризується осмотичним тиском. рівним силі, що припадає на одиницю площі поверхні, і що змушує молекули розчинника проникати через напівпроникну перегородку.
Осмотичний тиск зростає зі збільшенням концентрації розчиненого речовини і температури. Вант-Гофф припустив, що для осмотичного тиску можна застосувати рівняння стану ідеального газу:
де p - осмотичний тиск (Па); n - кількість речовини (моль); V - об'єм розчину (м 3); С - молярна концентрація розчину, R - універсальна газова стала, 8,3144 Дж / (моль × К).
Приклади розв'язання задач.
Приклад 1. Обчисліть осмотичний тиск розчину, що містить в 1,4 л
63 г глюкози С6 Н12 ПРО6 при 0 0 С.
Д а н о: m = 63 г, V = 1,4 л, Т = 0 0 С. Знайти p.
Р і ш е н і е. Осмотичний тиск розчину визначають відповідно до закону Вант-Гоффа:. Знаючи масу глюкози, можна знайти її кількість речовини n. молярна маса глюкози дорівнює 180,16 г / моль,. отже, в 1,4 л розчину міститься 0,35 моль глюкози. Осмотичний тиск цього розчину:
Приклад 2. Визначте температуру кипіння і замерзання розчину, що містить 1 г нітробензолу С6 Н5 NO2 в 10 г бензолу. Ебуліоскопічна і кріоскопічна константи відповідно рівні 2,57 і 5,1 0 С. Температура кипіння чистого бензолу 80,2 0 С, температура замерзання -5,4 0 С.
Р і ш е н і е 1) Із закону Рауля слід, що
2) Розрахуємо молярну масу нитробензола:
3) Підвищення температури кипіння розчину нитробензола в бензолі:
4) Температура кипіння розчину: Тк = 80,2 + 2,09 = 82,29 0 С.
5) Зниження температури замерзання розчину нитробензола в бензолі:
6) Температура замерзання розчину: Тз = 5,4 - 4,14 = 1,26 0 С.
Приклад 3. Розчин камфори масою 0,552 г у 17 г ефіру кипить при температурі на 0,461 0 С вище, ніж чистий ефір. Ебуліоскопічна постійна ефіру 2,16 0 С. Визначте молекулярну масу камфори.
Молекулярну масу камфори можна визначити, користуючись співвідношенням
Таким чином, молекулярна маса камфори дорівнює 155,14 г / моль.
Приклад 4. Обчисліть тиск пари над розчином, що містить 34,23 г цукру С12 Н22 О11. в 45,05 г води при 65 0 С, якщо тиск парів води при цій температурі одно 2,5 × 10 4 Па.
Р і ш е н і е. 1) Відносне зниження тиску пари розчинника над розчином відповідно до закону Рауля виражається співвідношенням
2) Розрахуємо молярні маси цукру і води:
3) Знайдемо кількість розчиненої речовини і розчинника:
4) Тиск пари над розчином: