Жидкостях. Закон Генри. Давление пара растворов. Закон Рауля

Молекулярным (истинным) раствором называется гомогенная система, состоящая из двух и более компонентов. От молекулярных растворов следует отличать коллоидные растворы (суспензии, эмульсии, аэрозоли), которые представляют собой многокомпонентные гетерогенные системы.

Растворы могут находиться в трех агрегатных состояниях: газообразном, твердом, жидком. Всякий раствор состоит из растворенного вещества и растворителя. Растворителем считают тот компонент, который находится в том же агрегатном состоянии, что и раствор. Если же оба компонента находятся в одинаковом агрегатном состоянии, то растворителем считается тот компонент, который находится в большем количестве.

С термодинамической точки зрения все компоненты раствора равноценны и их деление на растворенное вещество и растворитель является условным.

Жидкие растворы (как и любые жидкости) обладают элементами кристаллической структуры. Для них существует понятие ближнего порядка, т. е. каждая частица раствора окружена определенным числом других частиц, расположенных от данной на строго определенных расстояниях. Для более удаленных частиц определенность расстояний не существует, т.е. растворы, как и жидкости, не обладают дальним порядком, характерным для кристаллов.

Растворы считаются системами, занимающими промежуточное положение между химическими соединениями и механическими смесями.

Раствор, находящийся в равновесии с растворяющимся веществом (динамическое равновесие), называется насыщенным раствором.Ненасыщенный раствор содержит меньше, а пересыщенный - больше вещества, чем насыщенный.

Большинство кристаллов растворяется в жидкостях с поглощением теплоты, однако при растворении таких.веществ, как гидроксид натрия - NaOH, карбонат калия – К₂СО₃, сульфат меди -CuS0₄, происходит заметное увеличение температуры раствора. Выделяется теплота также при растворении некоторых жидкостей и всех газов.

Количество теплоты, которое поглощается или выделяется при растворении одного моль вещества, называется теплотой растворения этого вещества. Если при растворении теплота поглощается, то теплота растворения имеет отрицательное значение и положительное, если выделяется.

При растворении кристаллов происходит их разрушение, что требует затрат энергии, поэтому растворение должно было бы сопровождаться поглощением теплоты. Если наблюдается обратный эффект, то это показывает, что одновременно с растворением происходит взаимодействие между растворителем и растворенным веществом, при котором в виде теплоты выделяется больше энергии, чем её расходуется на разрушение кристаллической решетки.

При растворении кристаллического вещества в воде происходит сближение его частиц с дипольными молекулами воды, потенциальная энергия уменьшается, и теплота выделяется, т. е. растворение сопровождается сжатием, которое рассматривается как уплотнение молекул растворителя вокруг каждой частицы растворяемого вещества. При этом частицы химически связываются с молекулами растворителя, образуя соединение, которое называется сольватом.

Совокупность молекул растворителя, окружающих частицу, называется сольватной оболочкой. Взаимодействие молекул растворителя с частицами растворенного вещества называется сольватацией.

Если растворителем является вода, то сольватация называется гидратацией, а сольватную оболочку называют гидратной.

Таким образом, при растворении вещества общий тепловой эффект складывается из теплового эффекта собственно растворения и теплового эффекта сольватации. Поскольку первый из этих процессов эндотермичен, а второй - экзотермичен, то общий тепловой эффект процесса растворения может быть как положительным, так и отрицательным.

Закон Генри

 

Растворение газов в воде представляет собой экзотермический процесс. Поэтому растворимость газов с повышением температуры уменьшается.

При растворении газа в жидкости устанавливается равновесие:

 

Газ + Жидкость Û Насыщенный раствор

 

При этом объем системы существенно уменьшается. Следовательно, повышение давления должно приводить к смещению равновесия вправо, т. е. к увеличению растворимости газа.

Генри сформулировал эту закономерность в более общем виде: парциальное давление пара растворенного вещества над раствором пропорционально молярной доле растворенного вещества в растворе (закон Генри):

P = kX, (43)

 

где k - константа Генри (или коэффициент Генри).

Следствие из закона Генри: объем газа, растворяющегося при постоянной температуре в данном объеме жидкости, не зависит от его парциального давления.

Газы подчиняются закону Генри при невысоких давлениях и в случае отсутствия химического взаимодействия между молекулами газа и молекулами растворителя.

 

Закон Рауля

 

При данной температуре давление насыщенного пара над жидкостью - величина постоянная. При растворении какого-либо вещества в данной жидкости давление насыщенного пара этой жидкости над раствором понижается, т. е. давление насыщенного пара растворителя над раствором всегда ниже, чем над чистым растворителем при той же температуре. Разность этих давлений получила название понижение давления пара над раствором.

В 1887 г. французский физик Рауль установил закон, связывающий понижение давления пара (над разбавленными растворами неэлектролитов) с концентрацией растворенного вещества (закон Рауля): относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором равно молярной доле растворенного вещества:

 

. (44)

 

Явление уменьшения давления пара растворителя над раствором можно объяснить следующим образом. Равновесие между водой и паром выражается схемой (Н₂О)_жидк = (Н₂О)_пар. Если теперь растворить в воде некоторое количество вещества, то концентрация молекул воды в растворе уменьшится и пойдет процесс, который её увеличивает, т. е. процесс конденсации пара. Новое равновесие устанавливается при более низком давлении насыщенного пара растворителя.

 

 

Рис. 18

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: