Влияние температуры на состояние равновесия

Таким образом, при нагревании равновесной системы равновесие смещается в сторону эндотермической реакции, при охлаждении – в сторону экзотермической реакции.

 

25. Общие свойства растворов. Классификация растворов. Характеристика межмолекулярного взаимодействия в растворах. Растворимость газообразных, жидких и твердых веществ в жидкостях. Факторы, влияющие на растворимость. Закон Генри. Процессы, сопровождающие образование растворов.

Растворы - однородная многокомпонентная система, состоящая из растворителя, растворённых веществ и продуктов их взаимодействия. Любой раствор состоит из растворителя и растворенного вещества. Обычно компонент, который в данных условиях находится в том же агрегатном состоянии, что и образующийся раствор, считают растворителем, остальные составляющие раствора – растворенными веществами. В случае одинакового агрегатного состояния компонентов растворителем считают тот компонент, который преобладает в растворе. Растворы не отстаиваются и сохраняются все время однородными.

По агрегатному состоянию растворы могут быть жидкими (морская вода), газообразными (воздух) или твёрдыми (многие сплавы металлов).

По концентрации растворы делятся на: Ненасыщенные, Насыщенные, Перенасыщенные

Классификация растворов по содержанию растворенного вещества:

1. Разбавленный раствор - это раствор в котором содержание растворенного вещества больше чем 30%.

2. Концентрированный раствор - это раствор в котором содержание растворенного вещества менше чем 30%.

Физическая теория образования растворов рассматривает процесс растворения как распределение частиц растворенного вещества между частицами растворителя, предполагая отсутствие какого-либо взаимодействия между ними.

Химическая теория рассматривает процесс растворения как образование смеси неустойчивых химических соединений переменного состава, сопровождающееся тепловым эффектом и изменением объема системы (контракцией), что часто приводит к резкому изменению свойств растворенного вещества.

Растворимость зависит от природы растворенного вещества и растворителя, а также от внешних условий (температуры, давления).

1). Растворимость твердых веществ (например, солей) в жидкостях. Растворение при постоянной температуре происходит до тех пор, пока не образуется насыщенный раствор. Растворимость твердых тел в жидкостях зависит т от давления и температуры. Растворимость твердых веществ в жидкостях зависит от типа связи в их кристаллических решетках.

Растворение газов в жидкостях.

При образовании насыщенного раствора устанавливается равновесие «газ – насыщенный раствор». Повышение температуры приводит к уменьшению растворимости газов. При растворении газов не в чистых растворителях, а в растворах, увеличение концентрации солей также уменьшает растворимость газа. На растворимость газа в жидкости оказывает влияние и давление газа.

Закон У. Генри: растворимость газа при постоянной температуре прямо пропорциональна его давлению над жидкостью.

C = K 'Р

где C - молярная концентрация газа в жидкости; Р - парциальное давление газа; K '- коэффициент растворимости.

Закон Генри справедлив лишь при небольших давлениях для газов, растворимость которых сравнительно невелика и при условии отсутствия химического взаимодействия между молекулами растворяемого газа и растворителем.

 

Способы выражения состава растворов. Массовая доля, молярная концентрация, молярная концентрация эквивалента, моляльность, молярная доля. Расчеты, связанные с приготовлением растворов заданной концентрации. (ЕСТЬ ЗАДАЧИ В ПОЛНОЙ ВЕРСИИ, стр 67)

Состав раствора может быть выражен безразмерными (доли, отношения) и размерными величинами (молярная концентрация, массовая концентрация, моляльность, титр и т.д.).

Массовая доля растворённого вещества (w) – это безразмерная физическая величина, равная отношению массы растворённого вещества к общей массе раствора, т. е.

Обычно выражается в долях единицы или в процентах. Массовая доля, выраженная в %, называется процентной концентрацией. Она показывает, какая масса вещества растворена в 100 г раствора.

Молярная концентрация (С) или молярность – это величина, равная отношению количества растворённого вещества к объему раствора (в литрах), т.е.

Молярность измеряется в моль/л и показывает сколько моль вещества растворено в одном литре раствора. Молярность обозначается обычно буквой М.

Титром (Т) называется отношение массы вещества в граммах к объёму раствора в мл, т.е.

Титр имеет размерность г/мл, он показывает, сколько грамм вещества растворено в 1 мл раствора.

Моляльная концентрация или моляльность (m) – это величина, равная отношению количества растворённого вещества к массе растворителя, выраженной в кг,т.е.

Моляльность имеет размерность моль/кг и показывает, какое количество вещества растворено в 1 кг растворителя.

Мольная доля (Х) – это величина, равная отношению количества растворённого вещества к общему количеству вещества в растворе:

Мольная доля – это безразмерная величина и измеряется в долях единицы или в %

Молярная концентрация химического эквивалента вещества (С) или нормальная концентрация – это величина, равная отношению количества химического эквивалента растворённого вещества к объему раствора (в литрах), т.е.

 

Молярная концентрация химического эквивалента вещества измеряется в моль/л и показывает сколько моль эквивалента вещества растворено в одном литре раствора.

 

Растворы неэлектролитов. Диаграмма состояния воды. Закон Рауля. Криоскопия, эбуллиоскопия. Понятие об антифризах. Идеальные растворы. Понятие об активности. Неидеальные растворы. Стандартные состояния компонентов растворов.

РАСТВОРЫ НЕЭЛЕКТРОЛИТОВ, бинарные или многокомпонентные мол. системы, состав которых может изменяться непрерывным образом (по крайней мере, в некоторых пределах). В отличие от растворов электролитов. в растворы неэлектролитов (мол. растворах) заряженные частицы в сколько-нибудь заметных концентрациях отсутствуют. Растворы неэлектролитов могут быть твердыми, жидкими и газообразными.

Диаграмма показывает те состояния воды, которые термодинамически устойчивы при определенных значениях температуры и давления. Она состоит из трех кривых, разграничивающих все возможные температуры и давления на три области, отвечающие льду, жидкости и пару.

 

Кривая ОА представ­ляет собой график этой зависимости: точки кривой показывают те пары значений температуры и давления, при которых жидкая вода и водяной пар находятся в равновесии друг с другом — сосуществуют. Кривая ОА называется кривой равновесия жидкость—пар или кривой кипения.

 

 

Кривая ОС — это кривая равновесия твердое состояние — жидкость, или кривая плавления,— показывает те пары значений температуры и давления, при которых лед и жид­кая вода находятся в равновесии.

Двигаясь по горизонтали влево в области пара (в нижнею части диаграммы), аналогичным образом придем к кривой 0В. Это—кривая равновесия твердое состояние—пар, или кривая сублимации. Ей отвечают те пары значений температуры к давления, при которых в равновесии находятся лед и водяной пар.

Все три кривые пересекаются в точке О. Координаты этой точки—это единственная пара значений температуры и давления,. при которых в равновесии могут находиться все три фазы: лед, жидкая вода и пар. Она носит название тройной точки.

В 1887 г. французский ученый Ф.М. Рауль открыл закон, согласно которому относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором равно мольной доле растворенного вещества:

(p0 – p)/p0 = χв-ва

 

(p0 – p)/p0 = nв-ва/(nв-ва + nр-ля)

При этом принимаем, что χв-ва + χр-ль = 1

Из закона Рауля следует, что понижение давления пара над раствором не зависит от природы растворенного вещества, а зависит только от количества частиц растворенного вещества.

Для практических расчетов чаще применяются криоскопический и эбулиоскопический законы Рауля, которые имеют вид:

ΔТзам. = К·Сm – криоскопический закон;

ΔТкип. = Э·Сm – эбулиоскопический закон,

где ΔТзам. – понижение температуры замерзания, К – криоскопическая постоянная растворителя, ΔТкип. – повышение температуры ки­пения, Э – эбулиоскопическая постоянная растворителя, С_m – моляльная концентрация растворенного вещества.

Физический смысл криоскопических и эбулиоскопических констант следующий. Они показывают, на сколько градусов выше кипит и на сколько градусов ниже замерзает одномоляльный по сравнению с температурами кипения и за­мерзания чистого растворителя.

Идеальными растворами считаются растворы, соответствующие двум требованиям:

1. Размеры молекул всех компонентов раствора нулевые.

2. Силы взаимодействия между всеми компонентами раствора отсутствуют.

Активность (a) – функция концентрации растворенного компонента, учитывающая отклонения данной реальной системы от идеальной, подстановка которой в уравнения законов идеальных растворов вместо концентрации делает их применимыми для расчетов свойств реальных систем.

Реальные растворы (не идеальные) в подавляющем большинстве не подчиняются законам идеальных растворов. Очень многие из них не подчиняются, например, закону Рауля, причем известны как положительные, так и отрицательные отклонения. Если давление пара над реальным раствором больше, чем над идеальным такого же состава, то отклонения от закона Рауля называют положительными, а если меньше, то отрицательными. Знак и величина отклонения зависит от природы растворителя и растворенного вещества.. Если молекулы одного компонента сильнее притягиваются друг к другу, чем к молекулам другого компонента, то парциальные давления пара над смесью будут больше вычисленных. Если же частицы разных компонентов притягиваются друг к другу сильнее, чем частицы одного и того же компонента, то парциальные давления будут меньше вычисленных.

В реальных растворах взаимодействия между однородными и разнородными молекулами различны.

Стандартное состояние может быть реальным и гипотетическим. В зависимости от того, какое состояние компонента принимают за его стандартное состояние, различают три модели идеальных растворов: идеальный газовый раствор, идеальный совершенный раствор и идеальный предельно - разбавленный раствор.

В идеальном газовом растворе за стандартное состояние принято состояние компонента k в виде чистого идеального газа

В идеальном совершенном растворе за стандартное состояние любого компонента раствора принимают его состояние в виде чистого вещества.

Идеальный предельно - разбавленный раствор – это раствор, в котором стандартные состояния для растворителя (чистое вещество) и растворенных (состояние в предельно - разбавленном растворе) веществ различны.