Тема. 1. 4: вода. Растворы. Электролитическая диссоциация

Перечень изучаемых вопросов: Вода. Растворы. Растворение. Вода как растворитель. Растворимость веществ. Насыщенные, ненасыщенные, пересыщенные растворы. Зависимость растворимости газов, жидкостей и твердых веществ от различных факторов. Массовая доля растворенного вещества.

Электролитическая диссоциация. Электролиты и неэлектролиты. Электролитическая диссоциация. Механизмы электролитической диссоциации для веществ с различными типами химической связи. Степень электролитической диссоциации. Сильные и слабые электролиты. Основные положения теории электролитической диссоциации. Кислоты, основания и соли как электролиты.

Вода. Растворы. Растворение. Вода как растворитель. Растворимость веществ. Насыщенные, ненасыщенные, пересыщенные растворы. Зависимость растворимости газов, жидкостей и твердых веществ от различных факторов. Массовая доля растворенного вещества.

Растворами называются гомогенные системы, состоящие из растворителя растворенного вещества и продуктов их взаимодействия.

К растворам относятся смеси газов, растворы различных веществ в жидкостях и твердые растворы (сплавы). Наиболее распространены жидкие растворы.

Если раствор соприкасается с большим количеством растворенного вещества, то через некоторое время раствор становится насыщенным.

Между раствором и твердым веществом устанавливается динамическое равновесие, т.е. в насыщенном растворе одновременно идут 2 процесса: растворение и кристаллизация.

Раствор, в котором в 100 г растворителя масса растворенного вещества равно его растворимости называется насыщенным.

Раствор, в котором в 100 г растворителя находится растворенного вещества меньше, чем его растворимость называется ненасыщенным.

Раствор, в котором в 100 г растворителя находится растворенного вещества больше, чем его растворимость называется пересыщенным.

На растворимость веществ в общем случае оказывает влияние природа растворяемого вещества и природа растворителя, температура, давление. Влияние природы растворителя и растворяемого вещества Известно, например, что молекулярные кристаллы, структурными единицами которых являются молекулы с ковалентным неполярным типом связи (сера и др.), практически нерастворимы в воде, так как энергия разрушения кристаллической решетки настолько велика, что не компенсируется теплотой сольватации.

В настоящее время еще нет полной теории растворов, разработанной в кой степени, чтобы можно было в любом случае определить свойства створа по свойствам его компонентов и составу. Очень давно опытным путем установлено правило, согласно которому Подобное растворяется в подобном. Так, вещества с ионным (соли, щелочи) или полярным (спирты, альдегиды) типом связи хорошо растворимы в полярных растворителях, например, в воде. И наоборот, растворимость кислорода в бензоле, например, на порядок выше, чем в воде, так как молекулы С₆Н₆ неполярны. Растворимость газов в жидкостях может меняться в очень широких пределах. Так, например, в 100 объемах воды при 20°С растворяется 1,54 объема азота, 2 объема водорода, 2,3 объема оксида углерода (II), 3 объема кислорода, 88 объемов оксида углерода (IV). В этих же условиях в 1 объеме воды растворяется свыше 400 объемов хлороводорода и 700 объемов аммиака. Большую растворимость аммиака объясняют химическим взаимодействием с водой, а хлороводорода — его диссоциацией на ионы под действием диполей воды. Влияние природы растворителя можно проиллюстрировать следующим примером: при 0 °С и давлении 1 атм в 100 г воды растворяется 89,5 г NH3, в метиловом спирте он растворяется в количестве 42 г, а в этиловом — только 25 г.,

Растворимость жидкостей в жидкостях очень сложным образом зависит от их природы. Можно выделить три класса жидкостей, различающихся способностью к взаимному растворению. 1. Жидкости, практически не растворяющиеся друг в друге (например,,H20-Hg,H20-CeHe). 2. Жидкости, неограниченно растворяющиеся друг в друге (например, •Н20 - С2Н5ОН, Н20 - СНзСООН). 3. Жидкости, ограниченно растворяющиеся друг в друге (Н20 - С2Н5ОС2Н5, Н20 - CeH5NH2). Например, эфир растворяется в воде в небольшом количестве. При добавлении к воде больших количеств эфира образуются два слоя (две фазы): верхний — эфирный и нижний — водный. Верхний слой представляет собой насыщенный раствор;воды в эфире и содержит 1,2% воды и 98,8% эфира, нижний слой — насыщенный раствор эфира (6,5%) в воде (93,5%). Растворимость твердых веществ в жидкостях в первую очередь Определяется характером химических связей в их кристаллических решетках. Выше уже было отмечено, что молекулярные (или атомные) кристаллы, структурными единицами которых являются атомы или молекулы с ковалентным неполярным типом связи, практически не раствори- мы в воде (например, графит, алмаз, сера, кристаллический иод и др..

Влияние характера химических связей можно проиллюстрировать на ряде известных веществ. Так, натриевые соли муравьиной и уксусной кислот очень хорошо растворимы в воде, а мыла — соли стеариновой, пальмитиновой и олеиновой кислот — растворимы в воде в очень незначительной степени. Растворимость фенола в воде мала (С₆Н₅ОН — полярные молекулы, но большой углеводородный радикал). Фенолят натрия C₆H₅ONa — ионное соединение, и, хотя радикал в анионе СвН50~ тот же, что и в феноле, растворимость фенолята много выше растворимости фенола. Очень характерна растворимость кристаллического хлорида фенил аммония CeH5NH3CI (органическая соль с полярным характером связи) в полярной воде и неполярном бензоле. В первом случае соль хорошо растворима, щ бензоле — практически не растворима. Неорганические соли имеют различную растворимость в воде. Так, все соли азотистой и азотной кислот хорошо растворимы в воде. Подавляющее большинство фторидов, бромидов и иодидов также хорошо растворимы в воде. Средние соли угольной кислоты, за исключением солей аммония и щелочных металлов, нерастворимы в воде, а все гидрокарбонаты растворимы. Из сульфатов нерастворимыми или малорастворимыми являются соли щелочноземельных металлов, серебра и свинца. Среди фосфатов растворимыми являются соли аммония, натрия и калия. Большинство солей аммония и щелочных металлов являются растворимыми.

Все сказанное выше наглядно иллюстрируется таблицей растворимости кислот, оснований и солей в воде, приведенной в конце книги — обязательно проанализируйте эту таблицу после прочтения настоящего раздела. Влияние температуры на растворимость газов, жидкостей в твердых веществ. С повышением температуры растворимость почти всех твердых веществ увеличивается. Изменение растворим при этом происходит неравномерно и у каждого вещества по-разному. Растворимость же поваренной соли лишь незначительно изменяется по мере повышения температуры, о чем свидетельствует почти горизонтальная кривая ее растворимости. Так же, как и для твердых веществ, в большинстве случаев взаимная растворимость жидкостей увеличивается с увеличением температуры. Очень сложный характер носит температурная зависимость растворимости ограниченно смешивающихся жидкостей. С изменением температуры ограниченная растворимость может перейти в неограниченную и наоборот. Температура, выше или ниже который жидкости смешиваются мел собой в неограниченных количествах, получила название критическо" температуры растворения. В отличие от большинства твердых веществ и жидкостей раствори мость газов в жидкостях с повышением температуры уменьшается, вестно, что если оставить в теплом помещении стакан с холодной водо* то через некоторое время внутренние стенки стакана покрываются пузырьками воздуха. Объясняется это тем, что скорость отрыва молекул растворенного газа от жидкости увеличивается с повышением температуры в большей степени, чем скорость, с которой молекулы газа ударяю' о поверхность жидкости и растворяются в ней. Таким образом, с повышением температуры растворимость газов жидкостях уменьшается.

Влияние давления. В отличие от твердых веществ и жидкостей, на растворимость газов очень сильно влияет давление, под которым находит-газ. Действительно, при данной температуре и давлении газ растворяется жидкости до тех пор, пока скорость отрыва молекул газа от поверхности станет равной скорости, с которой молекулы газа проникают в жидкость, тогда устанавливается состояние равновесия, жидкость становится нашейной газом. Если же давление газа увеличить, например, в два раза, то " столько же раз увеличится и концентрация его молекул над жидкостью, а следовательно, и скорость растворения газа. Равновесие нарушится. Чтобы этом новом давлении снова установилось равновесие, концентрация эренньгх молекул газа, очевидно, тоже должна увеличиться в два раза. В общем виде зависимость растворимости газов от давления выражена-законом Генри: при постоянной температуре растворимость газа в жидкости прямо пропорциональна его давлению над жидкостью: C(X) = KtP(X), (6.3) С(Х) — концентрация газа в насыщенном растворе, моль/л; КТ — постоянная Генри для газа X, моль-л"1-Па"1; Р(Х) — давление газа X над вором, Па. ' Закону Генри строго подчиняются только такие газы, растворимость которых сравнительно невелика и которые не вступают в химическое взаимодействие с растворителем. Для таких газов зависимость (6.3) справедлива вплоть до давления 1 атм с точностью 1 - 3%. В свое время Дальтон показал, что растворимость индивидуальных га-находящихся в смеси с другими, прямо пропорциональна их парци-4м давлениям, а не общему давлению смеси.

Молярная концентрация См показывает число моль растворённого вещества в 1 литре раствора.

См = · 1000, где: m _х - масса вещества, г.

M_х - молярная масса вещества, г/моль.

V - объём вещества, мл или см³.

Моляльная концентрация С_m число моль растворённого вещества в 1 кг растворителя.

Сm = · 1000, где: m _х - масса вещества, г.

M_х - молярная масса вещества, г/моль.

L - масса растворителя, г.

Концентрация в массовых долях (или %) показывает число грамм

растворённого вещества в 100 г раствора.

C (%)= · 100, где: m _х - масса вещества, г.

m - масса раствора, г.

Молярная концентрация эквивалентов показывает число эквивалентов вещества, содержащихся в 1 л раствора.

C х = · 1000

C х ₁ · V₁ = C х ₂ · V₂ - закон эквивалентов

Все вещества взаимодействуют в равных эквивалентных количествах - закон эквивалентов.

Электролитическая диссоциация. Электролиты и неэлектролиты. Электролитическая диссоциация. Механизмы электролитической диссоциации для веществ с различными типами химической связи. Гидратированные и негидратированные ионы. Степень электролитической диссоциации.