Общие свойства растворов. Закон Рауля. Осмотическое давление.

Раствор - это гомогенная система, состоящая из двух или более веществ, содержание которых можно изменять в определенных пределах без нарушения однородности.

Состав растворов обычно передаётся содержанием в них растворённого вещества в виде массовой доли или молярной концентрации.

Жидкие растворы (в дальнейшем будем называть их просто "растворами") состоят из жидкого растворителя (чаще всего воды) и растворенного вещества, которое до смешения с растворителем могло быть твердым (например KBr), жидким (например H2SO4) или газообразным (например CO2).

Основные понятия и определения:

Раствор	- термодинамически устойчивая гомогенная система переменного состава, образованная двумя или несколькими веществами и продуктами их взаимодействия
Растворимость	- свойство вещества растворяться в воде или другом растворителе
Коэффициент растворимости	- массу вещества (г), которую можно растворить в 100 г растворителя приданной температуре
Концентрация	- содержание растворенного вещества а определенном массовом или объемном количестве раствора или растворителя
Насыщенный раствор	- раствор, который находится в динамическом равновесии с избытком растворяемого вещества

Способы выражения концентраций:

Способы выражения содержания вещества в растворе	Обозначение	Определение	Формула расчета	Единицы измерения
Массовая доля		Масса растворенного вещества в 100 г раствора		%
Молярная концентрация	СМ	Количество растворенного вещества в 1 л раствора	СМ =	моль/л
Моляльная концентрация	Cm	Количество растворенного вещества в 1 кг растворителя	Cm=	моль/кг
Молярная концентрация эквивалента (нормальная концентрация)	CN	Количество моль эквивалентов в 1 л раствора	CN =	моль/л
Титр	Т	Масса растворенного вещества в 1 мл раствора	Т =	г/мл

Закон Рауля

Исследования растворов, выполненные французским физиком и химиком Ф. Раулем, позволили установить следующий закон, носящий его имя: давление пара раствора, содержащего нелетучее растворенное вещество, прямо пропорционально мольной доле растворителя. р 1 = р 1 0 N 1,

где р 1 и р 1 0 – давление пара растворителя над раствором и чистым растворителем; N 1 – мольная доля растворителя в растворе. Линейная зависимость давления пара растворителя над раствором в координатах р – N 1 представлена на рис. 29.

. Зависимость парциального давления пара р 1 растворителя от мольной доли N 1 растворителя в растворе

Закон Рауля выполняется лишь для идеальных растворов. Идеальный раствор состоит из компонентов, энергия взаимодействия между которыми одинаковая и не зависит от природы входящих в состав раствора веществ. Следствием идеальности раствора является характер зависимости между парциальным давлением пара компонента и его концентрацией в растворе. Изменение концентрации компонента в растворе приведет к пропорциональному изменению его парциального давления над раствором, т.е. давление пара растворителя (р 1) над раствором, содержащим нелетучее вещество, линейно изменяется с ростом мольной доли растворителя (рис. 29).

В реальных растворах наблюдаются значительные отклонения от закона Рауля. Например, такие отклонения можно наблюдать для водного раствора тростникового сахара (рис. 30).

Пунктирная прямая на рис. 30 относится к идеальному раствору, подчиняющемуся закону Рауля. Зависимость давления пара от мольной доли растворителя для неидеального раствора (в данном случае раствора тростникового сахара) представлена непрерывной кривой, и показывает отклонение от закона Рауля. Осмотическое давление. Закон Вант-Гоффа

Осмос (др.-греч. wsmoV толчок, давление) есть явление самопроизвольного перехода молекул растворителя из более разбавленного в менее разбавленный раствор. Это явление наблюдается в том случае, когда оба раствора отделены друг от друга полупроницаемой перегородкой, пропускающей только растворитель (рис. 32).

В левом сосуде (рис. 32) полупроницаемой перегородкой разделены раствор соли в воде и чистая вода. В термодинамически неравновесной системе происходит самопроизвольный процесс выравнивания концентраций путем проникновения молекул воды через полупроницаемую перегородку в концентрированный раствор соли. Преградой такому движению растворителя служит увеличивающееся давление столба жидкости, как показано в правом сосуде на рис. 32. Процесс выравнивания концентраций останавливается при достижении некоторого давления p. Перепад уровней между раствором и чистым растворителем в правом колене отражает осмотическое давление воды p.

К осмотическому давлению применимы законы газового состояния:

p V = nRT или p = сRT,

где V – объем раствора, n – количество моль растворенного вещества, R – газовая постоянная, Т – абсолютная температура.

Последнее уравнение называется законом Вант-Гоффа.

Явление осмоса играет важную роль в жизни растений и живых организмов. У млекопитающих осмотическое давление большинства биологических жидкостей равно осмотическому давлению крови. Осмотическое давление, создаваемое в клетках животных растворами белков, полисахаридов и др., незначительно, но играет важную роль в обмене веществ.

Свойства, зависящие от количества составляющих раствора, а не от природы его частиц, называют коллигативными свойствами растворов.

Законы Рауля р1 = р10N1; Генри с = к г. р; Вант-Гоффа

p = сRT; а также повышение температуры кипения и понижение температуры замерзания водного раствора нелетучего вещества DТ кип. = Э×сm, и DТ кр. = Ксm отражают проявление растворами коллигативных свойств. 0