Тема: Способи вираження складу розчинів.

План

1.Масова частка розчиненої речовини.

2. Обємна частка розчиненої речовини.

3. Молярна концентрація.

4.Розвязування задач.

Склад будь-якого розчину можна виразити кількісно:

а) через безрозмірні відносні одиниці – частки (масову, обємну);

б) через розмірні величини – концентрації (молярну,масову).

З цих способів вираження складу розчинів пригадаємо масову частку розчиненої речовини: Масова частка розчиненої речовини w(дубльве) – це відношення маси розчиненої речовини до маси розчину:

w= m(речовини)/ m(розчину).

Масова частка виражається в частках одиниці або у відсотках.

Задача:

У воді масою 220г розчинили 30г Натрій хлорид. Обчислити масову частку

NаСI у розчині.

Відповідь: w(NаСI)=0,12 або 12%.

Обємна частка розчиненої речовини:

φ=V (речовини)/ V (розчину).

Обємна частка також безрозмірна величина. Вона виражається в частках одиниці або у відсотках.

Задача: Обчислити обємну частку ацетальдегіду в розчині об’ємом 240 мл, який приготовлено розбавленням водою 50мл альдегіду.

Відповідь: φ(СН₃-СОН)=0,21 або 21%.

Склад розчину можна виражати молярною концентрацією розчиненої речовини.

Молярна концентрація с (це) – відношенням кількості розчиненої речовини до об’єму розчину: с= ν / V.

Молярна концентрація виражається у молях на кубічний метр (моль/м³) або в молях на літр (моль/л).

Наведемо приклади розрахунків з використанням молярної концентрації розчиненої речовини.

Приклад 1. Яка молярна концентрація Кальцій карбонату, якщо під час розчинення його кількістю речовини 0,5 моль утворився розчин об’ємом 250мл?

Дано: Розвязування:

ν(К₂СО₄)=0,5моль с= ν/ V.

V(розчину)=250мл=0,25л с ( К₂СО₄)=0,5моль/0,25л=2моль/л.

с ( К₂СО₄)=?

Відповідь: с (К₂СО₄)=2моль/л.

 

Приклад 2. Яку масу Калій нітрату треба взяти для приготування 2л децимолярного розчину КNО₃?

Дано: Розвязування:

V (розчину)=2л 1.Виходячи з формул с= ν/ V; ν =с V, обчислюємо

с (КNО₃)=0,1моль/л потрібну кількість речовини КNО_3:

m (КNО₃)=? ν ( КNО₃ ) =с V=0,1моль/л∙2л=0,2моль.

 

2.Розрахуємо молярну масуКалій нітрату:М(КNО₃ )=39+14+16∙3=101г/моль.

 

3. Обчислюємо масу КNО₃: m= ν ∙ М; m ( КNО₃ )=0,2моль∙101г/моль = 20,2г.

Відповідь: Для приготування 2л 0,1 М розчину треба взяти 20,2г КNО_3.

 

Приклад 3. Який об’єм децимолярного розчину Калій гідроксиду потрібно для повного осадження Купрум(ІІ) у вигляді Купрум(ІІ) гідроксиду з розчину масою 150г і масовою часткою Купрум(ІІ) хлориду 4%.

Дано: Розвязування:

m(розчину)=150г 1. Визначаємо масу СuСI₂ в розчині:

w(СuСI₂)=4%=0,04. w= m(речовини)/ m(розчину).

с (КОН)=0,1моль/л m(СuСI₂)= m(розчину) ∙ w(СuСI₂).

V (розчину КОН)=? m(СuСI₂)= 150г ∙0,04=6г.

2.Обчислюємо,яку кількість речовини (СuСI₂) становить її маса, що дорівнює 6г:

М(СuСI₂)=64+35,5∙2=135г/моль.

m = ν∙М; ν = m / М; ν(СuСI₂) =6г / 135г/моль=0,04моль.

3.Обчислюємо кількість речовини КОН, що взаємодіє з 0,04моль СuСI₂:

СuСI₂ + 2КОН=Сu(ОН)₂+2КСI

З рівняння реакції видно, що 1 моль СuСI₂ взаємодіє з 2 моль КОН, тоді 0,04 моль СuСI₂ взаємодіятиме з ν (КОН),

1:0,04=2: ν (КОН),

ν (КОН)=0,04моль∙2моль=0,08моль.

4.Обчислюємо об’єм децимолярного розчину КОН:

с= ν/ V, V= ν/ с; V(розчину)=0,08моль/0,1моль/л = 0,8л=800мл.

Відповідь: Для повного осадження Купрум(ІІ) у вигляді Купрум(ІІ)гідроксиду зрозчину Купрум хлориду треба взяти 800мл 0,1 М розчину КОН.

 

Завдання для самоконтролю:

1) Маса солі, яка міститься в 200г розчину з масовою часткою в 20% становить:

а)10г; б)20г; в)40г; г)30г.

2) 80мл пропілового спирту розбавили водою до утворення розчину об^,ємом 640 мл. Об^,ємна частка пропанову в розчині дорівнює:

а)0.125; б)0.25; в)0.5; г)0.625.

3) Якщо коефіцієнт розчинності сульфату міді (ІІ) у воді при 20^оС дорівнює 172 г, то масова частка CuSO₄ в насиченому водному розчині при 20^оС становить:

а)0.9; б)0.6; в)0.3; г)0.15.

4) Визначити масу хлориду натрію, який треба розчинити у воді, щоб добути 100мл розчину з масовою часткою NaCl 20%. Густина розчину дорівнюэ 1,15г/мл.

 

5) Мідний купорос CuSO₄∙H₂O масою 100г розчинили в 400г розчину сульфату міді (ІІ)

З масовою часткою CuSo₄4%. Визначити масову частку сульфату міді (ІІ) в утвореному розчині.

Рекомендована література:

1. В.П.Басов.Хімія:Навчальний посібник:К.:Каравела,Львів,2003 р.- ст.56-59.

2. Г.П. Хомченко.Посібник з хімії.-К.:Видавництво АСК.,2003р.-ст. 150-158.

3.В.В.Сухан.Хімія:Посібник для вступників до вузів.-К.Либідь,1993.-ст.122-129.

5.І.А.Гройсман.Хімія.Закони, схеми, формули, рівняння.Київ: «Логос»,1998р.-ст. 6-9.

6. Матеріали з Інтернету.

 

Лекція.

Тема: Колоїдні розчини.

План

1.Поняття про колоїди.

2. Адсорбція.

3. Розпізнавання колоїдних розчинів.

4. Коагуляція колоїдів.

Поняття про колоїди. Наука про колоїдні розчини, або колоїди, яку тепер називають колоїдною хімією, виникла порівняно недавно. Трохи більш ніж сто тридцять років тому англійській хімік Томас Грей запропонував поділ речовин (1861) на кристалоїди, які легко кристалізується і дифундують крізь перетинки тваринного походження (біологічні мембрами), та колоїди, які не проходять крізь ці перетинки і не кристалізуються.

На цій підставі всі речовини були поділені на дві групи:

1) ті, що під час розчинення утворюють істинні розчини;

2) ті, що під час розчинення утворюють колоїдні розчини.

Згодом, у 1869 р., український вчений, професор Київського університету І. Г. Борщов довів, що такий поділ неправильний, бо одні й ті самі речовини залежно від умов виявляють властивості або кристалоїдів, або колоїдів; вони здатні утворити як звичайні істинні розчини, так і колоїдні. Отже, колоїди − це не якісь певні речовини, а відповідний стан, в якому може перебувати більшість речовин.

Наприклад, мило у воді дає колоїдний розчин, а в спирті − істинний.

Системи з розмірами частинок, меншим за 1нм, являють собою істинні розчини, що складаються з молекул або іонів розчиненої речовини, їх слід розглядати як однофазну систему, Системи з розмірами частинок понад 100нм – це грубо дисперсні системи: суспензії та емульсії.

Суспензії – це дисперсні системи, в яких дисперсною фазою є тверда речовина а дисперсійним середовищем – рідина, причому тверда печовина практично нерозчинна в рідені. Щоб приготувати суспензію, речовину потрібно подрібнити до тонкого порошку, висипати в рідину, в якій речовина не розчиняється, ідобре збовтати (наприклад, збовтування глини у воді). Через деякий час частинки випадуть на дно посудини. Очевидно, чим дрібніші частинки, тим довше зберігатиметься суспензія.

Емульсії – це дрібнодисперсні системи, в яких і дисперсна фаза і дисперсне середовище є рідинами, що не змішуються між собою. З води та олії можна приготувати емульсію, довго збовтувавши між собою рідини. Прикладом емульсії може бути молоко в якому плавають дрібні кульки жиру.

Суспензії та емульсії – двофазові системи.

Колоїдні розчини – це високодисперсні двофазові системи, що складаються з дисперсійного середовища і дисперсійної фази, причому лінійні розміри частинок останньої перебувають в межах від 1 до 100 нм. Як бачимо, колоїдні розчини за розмірами частинок є проміжними між істиними та суспензіями і емульсіями.

Колоїдні частинки звичайно складаються з великиї кількості молекул або іонів.

Колоїдні розчини інакше називають золями.

Приготуємо колоїдний розчин гідроксиду заліза (ІІІ)Fe(OH)₃ і розглянемо, як утворюються колоїдні часточки.

У хімічній склянці або колбі (на 250мл) нагріємо до кипіння 100мл дистільованої води. Коли вода закипить, відставимо пальник і добавлятимемо у воду по краплях 10мл розчину хлориду заліза (ІІІ) (з масовою часткою FeCl₃2%). Поступово розчин забарвлюється і вже після добавляння 10-12 крапель набуває кольору міцного чаю. Цей колір зумовлюється колоїдного розчину гідроксиду аліза (ІІІ) Fe(OH)₃.

За таких умов відбувається гідроліз солі FeCl₃, тобто обмінний розклад між речовиною і водою за рівнянням.

FeCl₃+3H₂O⥂Fe(OH)₃+3HCl.

Мікрокристали малорозчинного гідроксиду заліза (ІІІ) Fe(OH)₃, адсорбують з розчину іони хмору і набувають негативного заряду.

­ Адсорбція− це процес концентрування молекул або іонів з навколишнього середовища на поверхні часток речовини, яка маститься в цьому середовищі, а сама речовина називається адсорбентом.

Негативно заряджені часточки відштовхуються від подібних до себе, але притягують із розчину протиіони –іони заліза (ІІІ) Fe³⁺, утворюючи шар навколо колоїдної часточки. У свою чергу, навколо протиіонів утворюється ще одна оболонка, вже з молекул води.

Міцели− часточки в колоїдних системах, що складаються з нерозчинного у даному середовищі ядра дуже малих розмірів, оточеного стабілізуючою оболонкою адсорбованих іонів і молекул розчинника.

Розпізнавання колоїдних розчинів. Відрізнити колоїдний розчин від істинного можна, якщо в темному приміщені пропустити крізь колоїдний розчин гідроксиду заліза (ІІІ), вузький пучок світла й спостерігати за ним збоку.

Якщо пропускати такий самий пучок світла крізь істинний розчин, то шлях світла не буде помітним. Це пояснюється тим, що колоїдні часточки досить великі, щоб розсіювати світло, а частинки молекулярних розчинів надто малі М. Фарадея, Джон Тіндаль. На честь воно називається ефектом Тіндаля.

Коагуляція колоїдів. Колоїдні часточки можуть абсорбувати позитивно або негативно заряджені іони, але самі вони завжди заряджені однойменно. Власне це і заважає їм залипатися та укрупнюватися, що й зумовлює тривкість колоїдних розчинів.Окремі з них можуть зберігатися роками. Проте поступово вони все ж таки «старішають» і згодом руйнуються. Цим вони відрізняються від істиних розчинів, які можуть зберігатися нескінченно довго.

Руйнуваню колоїдних систем сприяє осадження часточок під дією сили гравітації.

У дрібнодисперсних системах руйнуваню колоїдів перешкоджає броунівський рух. Оскільки з підвищенням температури броунівський рух посилюється, то й стійкість колоїдної системи проти руйнування дещо збільшується. Разом з тим збільшення швидкості руху часточок під час нагрівання сприяє частішому їх зіткненю і зменшенню заряду, бо відбувається десорбція – видалення адсорбованих молекул, іонів з поверхні адсорбента. Це спричинює втрату зарядів, призводить до злипання колоїдних частинок, збирання їх у великі агрегати і випадання в осад.

Такий процес називається коагуляцією.

Коагуляцію можна значно прискорити добавлянням будь-якого електроліту до колоїдного розчину. Наприклад, якщо добутий колоїдний розчин Ферум (ІІІ) гідроксиду Fе(ОН)₃ налити у три склянки і добавити по 1-2мл в одну склянку розчину хлоридної кислоти НСІ, у другу – розчину амоній сульфату(NН₄)2SО4, в третю – розчину Натрій фосфату Nа₃РО₄, то в усіх трьох склянках випаде осад Ферум(ІІІ) гідроксиду Fе(ОН)₃ . Це пояснюється тим, що позитивні заряди колоїдних частинок компенсуються негативними зарядами аніонів кислот. Колоїдні частинки, втративши заряд, збираються у великі агрегати й осідають з розчину – коагулюють.

Коагуляцію колоїдів викликають також різні органічні речовини та їхні розчини, наприклад етиловий спирт, фенол, формалін тощо.