Х и м и я
РАСТВОРЕНИЕ ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О РАСТВОРАХ
О растворах
Раствор
Понятие о растворах.
Понятие о растворах
Археология Архитектура Астрономия Аудит Биология Ботаника Бухгалтерский учёт Войное дело Генетика География Геология Дизайн Искусство История Кино Кулинария Культура Литература Математика Медицина Металлургия Мифология Музыка Психология Религия Спорт Строительство Техника Транспорт Туризм Усадьба Физика Фотография Химия Экология Электричество Электроника Энергетика. Зависимость растворимости веществ в жидкостях от природы вещества, от температуры. Зависимость растворимости газов от давления. Закон Генри — Дальтона. Кессонная и горная болезнь. Влияние электролитов на растворимость газов. Способы выражения концентрации растворов. Массовая доля вещества в растворе. Вода уникальна по своим свойствам и именно этим обусловлена ее роль в процессах жизнедеятельности. На Земле основные механизмы реакций складывались в процессе длительной эволюции с непосредственным участием воды. Из 70 кг веса человека приблизительно кг это вода, из них около 3,5 л это плазма крови, около 10,5 л — лимфа и внеклеточная жидкость, остальное — внутриклеточная вода. Все биологические процессы, происходящие в живых организмах, протекают в растворах. В фармацевтической промышленности производство основной массы лекарств тоже осуществляется в растворах. Следовательно, прогресс таких наук как биология, медицина, фармация тесно связано с учением о растворах. Растворы — это смеси. Раствор —термодинамически устойчивая система, состоящая из частиц растворённого вещества, растворителя и продуктов их взаимодействия, равномерно распределенных в объеме всей системы. Растворение - это сложный физико-химический процесс взаимодействия растворенного вещества с растворителем. Сложный, потому что состоит обычно из нескольких процессов: Вообще растворы бывают и жидкие, и газообразные воздух , и твердые сплавы. Но обычно, когда говорят о растворах, имеют в виду именно жидкие растворы, а еще чаще — водные растворы. Хотя в принципе растворителем а обычно растворителем считают вещество, которое находится в том же агрегатном состоянии, что и весь раствор и преобладает количественно может быть и. Рассмотрим сначала истинные растворы. Истинные растворы - гомогенные однородные смеси, они прозрачные, так как размеры частиц растворенного вещества меньше длины световой волны, истинные растворы неограниченно устойчивы во времени;. Как происходит процесс растворения? Когда кристалл вещества вносят в жидкость, в которой он может растворяться, от его поверхности отрываются отдельные частицы. Это происходит благодаря собственным колебательным движениям частиц веществ и притяжением со стороны молекул растворителя. Идет разрушение кристаллической решетки. Это взаимодействие растворенного вещества с растворителем может приводить к образованию устойчивых соединений — гидратов. Благодаря диффузии они равномерно распределяются по всему объему растворителя. Диффузия — самопроизвольный процесс перемещения вещества, приводящий к выравниванию его концентраций в разных частях системы в результате теплового движения частиц растворенного вещества и растворителя. Этот процесс должен был бы продолжаться до полного растворения любого количества кристаллов, если бы одновременно с процессом растворения не проходил обратный процесс — кристаллизация. Перешедшие в раствор частицы, ударяясь о поверхность еще нерастворенного вещества, снова притягиваются к нему и входят в состав кристаллов. Когда скорости этих процессов станут равными, то есть установится равновесие, полученный раствор назовут насыщенным. Если в системе преобладает процесс растворения — мы имеем дело с ненасыщенным раствором. Если кристаллизация происходит быстрее растворения — значит раствор пересыщенный. Рассмотрим процесс растворения с точки зрения термодинамики. Большинство веществ растворяются в жидкостях с поглощением теплоты. При растворении кристаллов происходит их разрушение, разрыв химических связей, это требует затраты энергии, иногда очень значительной например, растворение нитрата аммония. Но иногда при растворении твердых веществ наблюдается выделение тепла например, растворение гидроксида натрия. Общий термический эффект процесса растворения твердого вещества зависит от соотношения двух факторов: Если отсутствует кристаллическая решетка то есть вещество в жидком или газообразном состоянии , то растворение обычно сопровождается выделением тепла. Диффузия процесс физический и не сопровождается тепловым эффектом, а процессом кристаллизации в начале растворения можно пренебречь, его скорость незначительна и тепловой эффект тоже. Растворимость — это способность вещества растворяться при данных условиях в данном растворителе. Мерой растворимости служит концентрация его насыщенного раствора, которая выражается обычно в г вещества на г растворителя. Качественная характеристика растворимости дается в таблице растворимости. Обычно растворимыми считают вещества, концентрация насыщенных растворов которых больше 1 г на г воды. Если эта цифра меньше 0, г, то говорят, что вещество нерастворимо. Это величина константы равновесия процесса растворения. Например, при растворении гидроксида кальция устанавливается в растворе равновесие между кристаллическим веществом и ионами в растворе. Величина растворимости зависит, прежде всего, от природы вещества и растворителя. Если между веществами слабое межмолекулярное и химическое взаимодействие, то растворимость незначительная. Полярные молекулы веществ CO 2 , NH 3 , SO 2 и полярные молекулы воды хорошо взаимодействуют друг с другом, поэтому их растворимость весьма высокая. Растворимость зависит от температуры. По правилу Ле-Шателье равновесие при эндотермическом растворении при повышении температуры будет смещаться в сторону растворения, и наоборот см. Поэтому растворимость большинства твердых веществ увеличивается с повышением температуры, а растворимость газов — уменьшается см. При растворении одной жидкости в другой могут быть варианты: В большинстве случаев с повышением температуры растворимость жидкости в другой жидкости будет увеличиваться за счет ускорения теплового движения, и, в конце концов, жидкости смешаются неограниченно, раздел фаз исчезнет например, растворение фенола. Такая температура, при которой исчезает граница раздела между жидкостями называется критической. Если в систему из двух несмешивающихся жидкостей ввести третье вещество, способное растворяться в каждой из них, то это вещество будет распределяться между обеими жидкостями пропорционально свое растворимости в них, то есть так, что отношение его концентраций в этих растворителях при постоянной температуре останется постоянной, независимо от общего количества вещества. Это явление используется при получении лекарств экстракция , наблюдается при явлении проникновения веществ через биомембраны и т. Растворимость зависит от давления — но только для газов! Давно замечено, что при растворении веществ общий объем раствора меньше, чем сумма объемов исходных веществ. Но только при растворении газов общий объем уменьшается очень значительно, значит если процесс проводить при постоянном объеме, то в системе сильно уменьшается давление. И по правилу Ле-Шателье при повышении давления этот процесс будет ускоряться, то есть растворимость газов будет увеличиваться. Масса газа, растворяющаяся при постоянной температуре в данном объеме жидкости, прямопропорциональна парциальному давлению этого газа: Парциальное давление- это часть общего давления, обусловленная именно этим газом. Эти законы позволяют объяснить поступление газов из воздуха в кровь и обратно. Горная болезнь — при подъеме на большую высоту парциальное давление кислорода падает, следовательно, уменьшается содержание его в крови. Это ведет к учащению дыхания, сердцебиению и т. Кессонная болезнь — при опускании на глубину давление увеличивается и увеличивается растворимость газов в крови. При быстром подъеме эта растворимость быстро уменьшается, и газы выделяются в виде пузырьков, закупоривая сосуды. Растворимость газов в жидкостях зависит от присутствия электролитов Сеченов установил, что растворимость газов в растворах электролитов меньше, чем в чистом растворителе, так как часть воды в растворе тратиться на гидратацию электролита, связывается, следовательно, реально свободной воды в растворе меньше, чем в чистом растворителе. Важнейшей характеристикой раствора является его качественный и количественный состав то есть какие компоненты и сколько. Существует несколько способов выражения количественного состава раствора. Массовая доля вещества в растворе т. Иначе говоря, массовая доля вещества равна числу граммов этого вещества содержащихся в 1 г раствора. Массовую долю можно выражать в процентах для этого ее умножают на , и тогда эта величина равна числу граммов вещества содержащихся в г раствора. Молярная концентрация или Молярность раствора c — число молей растворенного вещества в 1 л раствора. Надо взвесить эти 2 г щелочи, поместить в мерную колбу на 50 мл и долить дистилированой водой до метки. Чтобы молярность уменьшилась в 10 раз а количество вещества менять нельзя , надо увеличить объем раствора в 10 раз. Нормальность - число грамм-эквивалентов растворенного вещества в 1 л раствора. Грамм-эквивалент - число граммов химического элемента или соединения, равное массе его эквивалента химического. Грамм-эквивалент химического элемента численно равен частному от деления атомной массы элемента на его валентность: Грамм-эквивалент кислоты — количество её в граммах, содержащее один Грамм-эквивалент водорода, способного замещаться металлом с образованием соли. Грамм-эквивалент основания — количество его в граммах, необходимое для полного взаимодействия с одним Грамм-эквивалент кислоты. Грамм-эквивалент соли — количество её в граммах, содержащее один Грамм-эквивалент металла. Понятие Грамм-эквивалент широко применяется в объёмном анализе титровании. Свойства растворов, которые зависят от числа частиц в растворе, то есть от концентрации, но не зависят от природы вещества, называются коллигативными. Это диффузия, осмотическое давление, упругость пара над растворителем, температура кипения и замерзания. Диффузия — это самопроизвольный процесс выравнивания концентрации растворенного вещества в результате хаотического теплового движения частиц раствора. Если к концентрированному раствору соли добавить воду, то молекулы соли будут проникать в воду, а молекулы воды в раствор соли, пока концентрация соли и воды по всему объему не станет одинаковой. Это и есть диффузия. Скорость диффузии будет зависеть от градиента концентрации градиентом называют изменение концентрации на единицу длины в направлении диффузии, то есть разница концентраций в двух точках. Чем больше разница концентраций, тем больше скорость диффузии. Но проникновение через мембрану ионов зависит не только от концентрационного, но и от электрического градиента мембраны. В связи с этим перенос ионов может осуществляться в направлении, противоположном концентрационному градиенту, при наличии противоположного направленного электрического градиента. Многие клеточные мембраны обладают свойством полупроницаемости, то есть могут пропускать одни частицы и задерживать другие. Таким свойством обладают не только растительные и животные мембраны, но и искусственные коллодий, целлофан и т. Осмос — явление самопроизвольного перехода растворителя в раствор, отделенный от него полупроницаемой мембраной целлофан, коллодий. Можно сказать, что осмос - это односторонняя диффузия, то есть одни молекулы растворителя могут свободно передвигаться по всему объему раствора, а другие могут находиться только с одной стороны мембраны. Частицы растворителя двигаются из области, где их больше из чистого растворителя , туда, где их меньше в раствор. Сила, заставляющая растворитель переходить через полупроницаемую перегородку в раствор, имеет ту же природу, что и сила, заставляющая газ из сосуда, где он находился при большем давлении, переходить в сосуд с меньшим давлением. Вот почему для жидких растворов эту силу называют осмотическим давлением. Осмос не является свойством ни растворителя, ни растворенного вещества; это явление, которое возникает в системе, состоящей из 2-х растворов с различными концентрациями, разделенных полупроницаемой мембраной. Чем больше разница концентраций в растворах, тем выше осмотическое давление. Такое большое значение давления обусловлено наличием в крови большого числа ионов и молекул. Часть осмотического давления крови, обусловленная белками, называется онкотическим давлением. Но изменение онкотического давления очень важный параметр гомеостаза, потому что его изменение говорит об изменении концентрации белков в крови. Изотоническими называют растворы, которые имеют одинаковое осмотическое давление, в этих растворах одинаковая молярная концентрация частиц. Гипотоническим называют раствор, в котором осмотическое давление более низкое, а гипертоническим — более высокое чем в растворе сравнения. Если полупроницаемая мембрана разделяет изотонические растворы, то осмотическое давление отсутствует; если разное давление, то растворитель начинает проходить через мембрану из раствора с низким осмотическим давлением в раствор с более высоким давлением; если разность давлений велика, то возможно повреждение мембраны. При погружении клетки в гипертонический раствор наблюдается плазмолиз, клетка сжимается, уменьшается в объеме. В гипотонических растворах объем клетки увеличивается, и она может лопнуть. Процесс осмоса в живых организмах сильно зависит от природы мембран. В одних случаях она проницаема только для молекул растворителя воды , в других — через нее могут проходить молекулы определенных веществ, либо растворяющихся в ее липидах, либо взаимодействующих с ее компонентами. Причем проницаемость мембраны может регулироваться. Например, проницаемость почечной мембраны зависит от концентрации антидиуретического гормона АДГ. В норме внутри клетки всегда ионов больше, чем снаружи. Этим объясняется повышенное осмотическое давление клетки по сравнению с внеклеточной жидкостью. Это способствует поддержанию тургора клетки. При патологии, например, при понижении содержания белков в крови голодание, болезнь почек… , уменьшается онкотическое давление, нарушается соответствие между давлениями внутри клетки и вне ее, вода переходит в клетку, вызывая отеки. В медицине применяются различные по составу физиологические растворы, изотоничные плазме крови. Их вводят при обезвоживании или потери крови. Гипертонические растворы используют при отеках и внутренних кровотечениях, а так же для лечения гнойных ран. Над поверхностью жидкости в результате процесса испарения диффузия всегда есть какое —то количество молекул этой жидкости. Давление пара жидкости над раствором зависит от температуры и природы жидкости. Кипение жидкости начинается тогда, когда давление паров над жидкостью станет равно внешнему давлению. Изучая давление пара растворителя над разбавленными растворами нелетучих веществ, Рауль обнаружил, что оно пропорционально молярной доле растворителя. Это происходит потому, что часть поверхности жидкости в растворе занята молекулами нелетучего растворенного соединения, и процесс испарения жидкости затруднен. Снижение давления пара приводит к необходимости нагревать раствор до более высокой температуры, чтобы достигнуть давления, при которой закипает чистая жидкость. Причем , где Е — эбуллиоскопическая константа, а m- моляльная концентрация, которую выражают , где а —масса растворенного вещества, М — его молекулярная масса, b — масса растворителя. Аналогично, растворы нелетучих веществ замерзает при более низких температурах, чем чистые растворители. Эта зависимость выражается законом Рауля , где К- криоскопическая константа. Криоскопия — метод, который позволяет определять концентрацию раствора или молекулярную массу вещества по изменению температуры замерзания. Эбуллиоскопия - по изменению температуры кипения. Первый способ более употребителен, потому что легче измерить температуру замерзания раствора и при низких температурах не происходит изменений в структуре растворенных веществ и растворителя. В биологических и медицинских исследованиях понижение температуры замерзания растворов часто называют депрессией растворов. Для электролитов надо учитывать процесс диссоциации. Почему растворение называют сложным физико-химическим процессом? Как получить насыщенный раствор? Как из насыщенного раствора получить ненасыщенный? Сколько г этой соли можно растворить в 1 л воды при 40 о С? Что произойдет, если 1 л такого раствора охладить до 20 о С? Какой объем кислорода может растворится в 0,5 л воды? Что произойдет, если нагреть эту воду до 20 о С? А в 0,1М растворе сахара или 0,1М растворе поваренной соли? Почему для внутривенного введения используют изотонические растворы? Главная Обратная связь Дисциплины:
Схемы свадебных платьев
Календарный план россия родинамоя
Цель и задачи трудового воспитания
Мадагаскар расписание сеансов тольятти
Разработка грунта котлованах траншеях
Можно ли пожарить вареную курицу