А. Березовчук - Физическая химия - конспект лекций

Концентрация– количество растворенного вещества, содержащееся в определенном количестве раствора или растворителя. При определении концентрации растворов используются различные методы аналитической химии: весовые, объемные, а также методы, основанные на измерении плотности, показателя преломления и других физико-химических свойств.

Виды концентрации

Массовая долярастворенного вещества в растворе ω , % – отношение массы вещества к массе раствора:

Пример: пусть m (CaCl 2) = 10 г, тогда ω (CaCl 2) = (10/100) ґ 100% = 10%.

Молярность раствора– число молей растворенного вещества в одном литре раствора.

Пример: 1 моль H 2SO 4– 98 г, до одного литра надо добавить воду.

Моляльность– число молей растворенного вещества на 1000 г растворителя. Пример:

H 2SO 4– 98 г/моль+1000 г H 2O.

Мольная доля растворенного вещества в растворе, N

где n 1– растворенное вещество (моль);

n 2– растворитель (моль).

Пример: имеем 20% NaOH (едкий натр).

Титр– число растворенного вещества в одном миллилитре раствора. Существует титриметрический анализ – метод количественного анализа, при котором содержание определяемого вещества Х рассчитывают на основании измерения количества реактива, затраченного на взаимодействие с Х , выполнение реакции в титриметрическом анализе является конечной стадией анализа. Пример: объем кислоты оттитруем щелочью каплями до исчезновения окрас-ки – полная нейтрализация. При титровании

где Н – нормальность – число моль-эквивалентов растворенного вещества в одном литре раствора.

Основной характеристикой растворов является их растворимость– масса вещества, способная раствориться в ста граммах растворителя при данной температуре; этот процесс сопровождается тепловым эффектом. Количественно растворимость твердого тела, газа, жидкости в жидком растворителе определяется концентрацией насыщенного раствора при данной температуре, т. е. сколько вещества по массе (объему) в данном растворителе. Пример: m (NaCl) – 58,5 г на 100 г H 2O при данной температуре. Насыщенный раствор– раствор, находящийся в равновесии, с избытком растворяемого вещества. Пересыщенный– неустойчивый раствор, содержащий больше вещества, чем это определяется его растворимостью.

Качественная характеристика состоит в способности растворяться или не растворяться, например, сера в воде не растворяется, йод в воде практически нерастворим. Процесс растворения состоит из двух стадий:

1. Растворимость в воде твердых веществ (разрушение кристаллов – эндотермическая реакция, т. е. тепло поглощается – q 1).

2. Отдельные частицы взаимодействуют с водой, этот процесс носит название – гидратация, при ней тепло выделяется + q 2

Q раствореия= – q 1+ q 2.

Если – q 1> q 2, то суммарный эффект отрицателен (– Q ), если наоборот, то положителен (+ Q ).

Δ H = 0 – одинаковые эффекты, Δ H < 0 – тепло выделяется, Δ H > 0 – тепло поглощается.

Тепловой эффект растворения– количество тепла одного моля вещества.

вещество + растворитель ↔ насыщенный раствор + Q.

То вещество, которое растворяется с понижением температуры, увеличивает свою растворимость. Рассмотрим растворимость некоторых веществ. Пример, NH 4NO 3– нитрат аммония, растворимость падает до нуля, эндотермический эффект реакции. Рассмотрим стадии подробно: на первой стадии – эффект разрушения кристаллической решетки, эндотермический. На второй – равномерное распределение по объему с водой, гидратация – экзотермический.

q 1> q 2→ – Q – тепло поглощается,

Δ H > 0.

Другой пример, NaOH – едкий натр, экзотермический эффект реакции,

q 1< q 2→ + Q – тепло выделяется.

Значит, растворимость определяется природой соли вещества и растворителя.

Другой характеристикой растворов является диэлектрическая проницаемость– во сколько раз сила взаимодействия между двумя зарядами меньше, чем в вакууме.