Мембранное равновесие. Осмос. Осмотическое давление идеального раствора.

1.Мембранное равновесие. Осмос.

*Равновесное состояние в растворах осуществляется при обязательном равенстве температуры и давления во всех частях всех сосуществующих фаз в системе, а также постоянства состава в каждой фазе.

*Необходимым условием для достижения равновесия является возможность свободного перехода всех компонентов системы из одной фазы в другую.

*Если же отдельные части системы разделены перегородками, которые непроницаемы для некоторых компонентов, то сосуществующие фазы могут находиться при разных давлениях, а равенство химических потенциалов установится только для тех компонентов, которые могут беспрепятственно переходить через перегородку (мембрану).

Самопроизвольный переход растворителя через полупроницаемую перегородку в раствор называется осмосом, а сила (на единицу площади), заставляющая растворитель переходить через эту перегородку в раствор, находящийся при том же внешнем давлении, что и растворитель, называется 2. осмотическим давлением

Осмотическое давление (p) равно тому избыточному внешнему давлению, которое нужно приложить к раствору, чтобы предотвратить осмос.

Осмотическое давление идеального раствора

В разбавленных растворах n ₂ << n ₁

Уравнение Вант-Гоффа показывает, что осмотическое давление равно давлению, которое производило бы растворенное вещество, если бы оно в виде идеального газа занимало бы тот же объем, что и в растворе при той же температуре

2. Теория Дебая-Хюккеля. Ионная сила. Теория ассоциации растворов.

Теория Дебая-Хюккеля (1923)

*Вокруг каждого иона в растворе имеется атмосфера из заряженных ионов, причем вследствие электростатического взаимодействия вокруг каждого положительного иона имеется избыток отрицательных, а вокруг каждого отрицательного – избыток положительных. 

*Плотность ионной атмосферы, максимальная у центрального иона, с удалением от него уменьшается.

*На некотором расстоянии (границе) ионной атмосферы, число ионов каждого знака становится одинаковым.

*Термодинамические свойства растворов связаны с параметрами ионной атмосферы – ее размером и плотностью.

Основное уравнение

Уравнение зависимости γ±=f(I1/2) называют предельным законом Дебая, а коэффициент А –предельным коэффициентом или коэффициентом предельного закона Дебая.

Теория ассоциации растворов

Энергия электростатического взаимодействия U
ионов с зарядами z1 и z2 на расстоянии r в среде с диэлектрической проницаемостью ε определяется как:

Бьеррум: Условие образования ассоциата: z1∙z2∙e2/(ε∙r) > 2kT (где 2kT – согласно теории ассоциации является критической энергией образования ассоциата, кинетическая энергия 2-х противоположно заряженных ионов).

Пример: если противоположно 1,1-заряженные ионы находятся на расстоянии г < 3.57Å, то в водном растворе они образуют ассоциат или ионную пару.

3.Отклонение реальных растворов от идеальных зависит не только от концентрации ионов, но и от величины их заряда. Оба эти фактора учитывает величина, называемая ионной силой раствора (m, I) равная полусумме произведения молярной концентрации всех ионов в растворе на квадрат заряда каждого иона: