закони Рауля
Загальною властивістю всіх рідких систем є тиск насиченої пари рідини, що визначається рівновагою між рідким і газоподібним станом речовини. Ця рівновага встановлюється на кордоні розділу фаз рідина-пар (газ). При розчиненні в рідині (z) будь-якого нелетучего речовини (х) тиск насиченої пари цієї рідини знижується. Це відбувається внаслідок того, що концентрація молекул розчинника в поверхневому шарі розчину стає менше ніж в чистому розчиннику, а значить, рівновага може бути досягнуто при меншому тиску насиченої пари. При постійній температурі величина тиску насиченої пари рідини залежить від її летючості і концентрації розчиненого речовини. Якщо позначити через P (z) і Р (у) - тиск насиченої пари розчинника над чистим розчинником і розчином, відповідно, то вищесказане можна виразити наступними співвідношеннями:
-різницю P (z) - P (y)> 0 називається абсолютним зниженням тиску насиченої пари розчинника над розчином;
-величина P (z) - Р (у) / P (z) або D P (y) / P (z) називається відносним зниженням тиску насиченої пари розчинника над розчином.
Перший закон Рауля (1887 г). Висловлює з Залежність відносного зниження тиску насиченої пари розчинника від концентрації розчину неелектроліту. Відносне зниження тиску насиченої пари розчинника над розчином нелетких речовин одно мольної частці розчиненої речовини.
Рідина закипає, коду тиск насиченої пари цієї рідини стає рівним зовнішнього атмосферного тиску, і кристалізується, коли тиск насиченої пари рідини стає рівним тиску насиченої пари твердої фази цієї рідини (для води - лід). Виходячи з першого закону Рауля, стає очевидним, що присутність розчиненого речовини знижує температуру кристалізації розчину і підвищує температуру кипіння розчину в порівнянні з t Кp і t кип чистого розчинника.
Другий закон Рауля визначає залежність температури кристалізації і кипіння розчину від концентрації розчиненого речовини: Підвищення температури кипіння і зниження температури кристалізації розбавлених ідеальних розчинів пропорційні моляльній концентрації розчиненого речовини. # 916; t кип = Ккіп · Сm. # 916; t Кp = ККР · Сm.
Тут С m -моляльная концентрація розчину (моль / кг); Ккіп - ебулліоскопіческая константа або константа кипіння розчинника; ККР - кріоскопічна константа або константа кристалізації розчинника.
За своїм змістом ебулліоскопіческая і кріоскопічна константи показують підвищення температури кипіння і зниження температури кристалізації розчину, моляльна концентрація якого дорівнює одиниці. Використовуючи вищесказане, можна скласти такі співвідношення:
Наприклад, 1 m водний розчин будь-якого неелектроліту закипає при температурі 100,52 ° С. а кристалізується при температурі -1,86 ° С.
Приклад 1. Обчисліть осмотичний тиск розчину, що містить в 1,4 л 63 г глюкози C 6 H 12 O 6 при Про ° С.
Рішення. Відповідно до закону Вант-Гоффа, Росм = СМ * RT. Спочатку розрахуємо молярну концентрацію розчину глюкози:
Росм = 0,25 · 8,314 · 273 · 10 3 = 5,67 × 10 5 Па
Приклад 2. Визначте температури кипіння і замерзання розчину, що містить 1 г нітробензолу C 6 H 5 NO 2 в 10 г бензолу. Температура кипіння чистого бензолу 80.2 ° С, температура кристалізації -5.4 ° С. ККР = 5,1 ° С. Ккіп = 2,57 ° С.
Рішення. Із закону Рауля слід:
де m (C 6 H 5 NO 2) і m (С6 Н6) - маси нитробензола і бензолу, M (C 6 H 5 NO 2) - молекулярна маса C 6 H 5 NO 2. яка дорівнює 123,11 г / моль. Підставляючи чисельні значення всіх величин в формули, знаходимо:
# 916; t Кp = [5, l · l · 10 3] / [123,11 · 10] = 4,14 ° С,
# 916; t кип = [2,57 · l · 10 3] / [123,11 · 10] = 2,05 ° С.
Знаходимо температуру кипіння і кристалізації розчину:
Кріоскопічні і ебулліоскопіческіе константи
24. Знайти температуру замерзання і кипіння розчину, який містить 2,4 г неелектроліту (М = 80 г / моль) в 200 г води.
25. Розчин глюкози С6 Н12 O 6 кристалізується при температурі - 05 ° С. Розрахуйте масу глюкози, яка припадає на 250 мл води цього розчину і процентну концентрацію розчину.
26. 25 г неелектроліту (М r = 210 г / моль) розчинили в 75 г води. При якій температурі закипить цей розчин?
27. Тиск пари води над розчином неелектроліту С6 Н12 O 6 одно 1707,8 Па при t = 20 ° С. Розрахуйте масу С6 Н12 O 6. міститься в 500 г цього розчину, якщо тиск насиченої пари води при цій температурі одно 2337,8 Па.
28. Розрахуйте осмотичний тиск розчину неелектроліту (М = 180 г / моль) з процентною концентрацією 18% при Т = 290 К. Щільність розчину дорівнює 1,16 г / мл.
29. Скільки грамів води необхідно взяти для розчинення 34,2 г цукру С12 Н22 O 11. щоб тиск насиченої пари знизилася на 600 Па при 283 К. При цій температурі тиск насиченої пари води дорівнює 1227,8 Па.
30. При якій температурі закрісталлізуется розчин цукру С12 Н22 O 11. якщо температура кипіння його - 100,12 ° С. Розрахуйте моляльну концентрацію цього розчину?
31. Водний розчин неелектроліту, що містить 18,4 г речовини в 200 г води, кристалізується при температурі 0,372 ° С. Розрахуйте молекулярну масу розчиненої речовини.
32. Скільки грамів неелектроліту (М = 186 г / моль) має міститися в 1800 г води, щоб тиск насиченої пари знизилася на 1000 Па при 283 К. При цій температурі тиск насиченої пари води дорівнює 1227,8 Па.
33. При однаковій чи температурі закрісталлізуется розчини цукру і глюкози, що містять по 24 г в 240 г води.
4 РОЗЧИНИ ЕЛЕКТРОЛІТІВ
Електроліти - речовини, розчини яких проводять електричний струм. До електролітів належать кислоти, підстави і солі. Електроліти у водних розчинах дисоціюють (розпадаються) на іони - катіони (+) і аніони (-). Саме іони переносять електричний струм в розчинах.
Пояснення існування рухливих іонів в розчинах електролітів було вперше запропоновано шведським вченим Арреніус в 1883 р Згідно з його теорією електролітичноїдисоціації, в розчинах електролітів існує рівновага між активною частиною електроліту, здатної проводити електричний струм, і неактивній, що не проводить струму. Теорія електролітичноїдисоціації далі була розвинена в роботах Вант - Гоффа, Менделєєва. Дисоціація електролітів відбувається при їх розчиненні і є продуктом взаємодії розчиненої речовини і розчинника. До електролітів належать тверді речовини з іонними кристалічними іонної гратами (іонний зв'язок), молекули з полярним ковалентним зв'язком. У загальному випадку процес взаємодії розчиненої речовини з розчинником називається сольватацией, а якщо розчинником є вода, то - гідратацією. Гідратацію можна умовно розділити на два складових процесу, які протікають одночасно: розрив зв'язків в розчиняється речовини (ендотермічний процес) і утворення гідратів (екзотермічний процес). Гідрати - це з'єднання різної міцності між іонами розчиненої речовини і полярними молекулами води. Гідратованих іони електроліту містять в своєму оточенні різне число молекул розчинника.
Тверда фаза розчин гідрат катіона гідрат аниона
де n. p - число молекул розчинника в гідратної оболонки іона. Ч ісло молекул розчинника, взаємодіючих з одним іоном, називається числом гідратації. Число гідратації залежить від за