Растворы. Растворы неэлектролитов

   После преобразований, допущенных, при выводе эбуллиоскопической постоянной , аналогично получаем выражение.

   

   где – криоскопическая постоянная растворителя или молярное понижение температуры затвердевания раствора. Она характеризует свойства растворителя, от природы растворенного вещества не зависит.

   На  использовании этого уравнения  основан криоскопический метод  определения молекулярной массы  растворенного вещества.

   Измерив температуру замерзания чистого растворителя, температуру замерзания раствора и рассчитывав находят молекулярный вес.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Для изучения равновесия пар – жидкий раствор применяют два типа диаграмм состояния:

1. Диаграмма: давление пара – состав ( )

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   ж – линия зависимости  от состава жидкости ( )

   п – линия зависимости  от состава газовой фазы ( )

   М – точка характеризует состав жидкости с мольной долей 

   М’  – характеризует состав пара, соответствующего составу раствора с 

   О – сосуществует жидкая фаза с составом и газообразная фаза с составом при

   P.S.: состав газовой смеси зависит от температуры (закон Веревского). Если и с повышением температуры меняются непропорционально, то оказывается функцией температуры.

2. Диаграммы: температура кипения – состав раствора ( )

   Если  компоненты смеси отличаются по своей летучести (значениями и ), тогда они различаются по в чистом состоянии. У менее летучей жидкости (1) будет выше: .

В отличии  от уже рассмотренной зависимости , рассматриваемая сейчас зависимость является нелинейной (из уравнения Клаузиуса-Клапейрона).

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   п – связывает  и состав газовой фазы

   ж – связывает  и состав жидкой фазы

   М – (фигуративная точка, лежащая на кривой жидкости) показывает, что раствор, состава  кипит при

   М’  – показывает состав пара и температуры, при которой исчезают последние  капли жидкости при кипении исходных смесей

     – это состав первого  пузырька газа при 

   Если  по-прежнему считать, что пар никуда из системы не отводится, то суммарный состав системы (с учетом жидкости и пара) остается прежним, тогда состав пара и жидкости можно определить по правилу рычага.

   Допустим  на некоторой стадии кипения состав жидкой фазы отражается точкой М, а  парообразной – М’, тогда суммарное состояние гетерогенной системы отражается точкой О (лежит на прямой соединяющей точки М и М’, которые характеризуют сосуществующие фазы).

   Отрезок [ОМ] пропорционален массе газовой  фазы ( ).

   Отрезок [ОМ’] пропорционален массе жидкой фазы ( ).

   

   Зависимость состава пара от состава раствора и общего давления характеризуют  законы Коновалова.

   1-й  закон Коновалова: пар над смесью двух летучих жидкостей относительно богаче тем из компонентов, прибавление которого к смеси повышает общее давление пара при данной температуре или понижает температуру кипения смеси при данном давлении (пар обогащен более летучим компонентом).

   .

   Только  при равенстве давлений пара над  чистыми компонентами ( ) состав пара одинаков с составом жидкого раствора, из которого он получен. Во всех остальных случаях, даже для идеальных растворов, состав пара отличается от состава исходного раствора.

   Реальные  растворы с положительным или отрицательным отклонением от идеальности способны образовывать азеотропные смеси.

   Азеотропы – это растворы при испарении  которых получается пар того же состава, что и исходная жидкая смесь (при  изменении внешнего давления изменяется не только температура кипения, но и состав азеотропного раствора. Это указывает, что азеотроп не является химическим соединением).

   Диаграммы давления и кипения для азеотропных  смесей имеют характерный вид.

     
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   На  диаграмме мы видим для кривой (ж) не только положительное отклонение от линейной зависимости, а и наличие максимума в точке , а т.к. в этой точке состав пара идентичен составу жидкости, то кривая (п) в точке сходится с кривой (ж).

   На  другой диаграмме мы видим минимум для (ж), т.е. здесь самая низкая температура кипения. Классический пример азеотропной среды с положительным отклонением является смесь воды и этилового спирта. Для данной системы азеотропная точка (массовая доля спирта 95,57 %), при этом минимальная температура кипения равна 78,12 ⁰С (температура кипения воды 100 ⁰С, спирта – 78,3 ⁰С).

   Реже  встречаются азеотропные смеси  с отрицательным отклонением. Они  характеризуются минимумом на диаграмме  давления и максимумом на диаграмме  кипения. Например, вода и азотная кислота (температура кипения воды 100 ⁰С, азотной кислоты – 86 ⁰С, а их смеси – 120,5 ⁰С, при содержании воды в азеотропе 32 %).

   Однако, каким бы ни был тип отклонения азеотропных смесей, им присуще одно общее свойство: в точках экстремума на диаграммах Р и Т_кип составы жидкой и газовой фаз смеси одинаковы. Это утверждение обозначается как второй закон Коновалова (если , то экстремум будет лежать средней части диаграммы). Чем больше различие от , тем больше положение экстремума сдвинуто в сторону одного из компонентов системы (максимум на кривой сдвинут в сторону более летучего компонента, минимум – в сторону менее летучего компонента).

     
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Вопрсы  для самоконтроля:

   1.Дайте формулировку закону Генри и напишите его математическое

     выражение.

   2.Дайте  формулировку законам Рауля и  напишите их математические 

     выражения.

   3.Что  вы можете сказать о коллигативных  свойствах растворов?

   4.Почему  упругость пара над раствором  меньше упругости пара над чистым

      растворителем?

   5.Дайте  формулировку законам Коновалоа. 

   6.В  чем сущность гидратной теории  Д.И. Менделеева?

   7.Разберте  график повышения и понижения  температуры кипения.

       8.Разберте диаграмму: давление пара – состав ( ).

       9.Разберте диаграмму:температура кипения – состав раствора ( ) 

        Задачи для самостоятельной  работы.

1.Вычислите   осмотическое  давление (Па)  1л   раствора,  содержащего     180 г  глюкозы (C₆H₁₂O₆)  при 0⁰С.  Раствор  условно  считайте 

идеальным.

а)  3,00·10⁶

б)  2,27·10⁶

в)  3,20·10⁶

г)  2,54·10⁶

2..Вычислите давление (Па) насыщенного пара раствора, содержащего 342 г сахара  (C₁₂H₂₂O₁₁)  в 18г воды  при 65⁰C,  если  давление насыщенного пара воды ( )  при этой  температуре составляет 10⁵Па. Раствор условно считайте  идеальным.

а)  0,50∙10⁵

б)  0,87∙10⁵

в)  0,00 ^. 10⁵

г)  0,39∙10⁵

3. Вычислите   молярную  массу (г/моль) неэлектролита,  если  его количество в  2л   раствора составляет  27,7г.  Р_осм =2 ^.10⁵Па  при  40⁰С Раствор  условно  считайте  идеальным.

а)  150

б)  210

в)  180

г)  170

4.Вычислите   температуру (⁰С)  раствора  неэлектролита с  молярной  массой   180 г/моль, если его количество в одном литре раствора составляет   6,22г, Р_осм = 10⁵Па.  Полученный результат округлите до целых.

а)    75

б)    95

в)  105

г)    35

5.Вычислите   объем раствора (л),  содержащего  180г  глюкозы (C₆H₁₂O₆₎ при 20⁰С,  Р_осм  = 2 ^.10⁵Па. Полученный результат округлите до целых.

а)  24

б)  15

в)  21

г)  12