Работа 5. растворы. концентрации.
Растворами называются гомогенные системы переменного состава, содержащие два и более компонентов.
С точки зрения термодинамики все компоненты раствора равноценны. Однако на практике часто используют понятие растворитель и растворённое вещество.
Компонент, который в данных условиях находится в том же агрегатном состоянии, что и раствор, считают растворителем, остальные составляющие раствора – растворенными веществами. В случае одинакового агрегатного состояния компонентов за растворитель обычно принимают компонент, преобладающий в растворе.
По характеру агрегатного состояния растворы могут быть газообразными, жидкими и твердыми Мы будем рассматривать в основном жидкие растворы, в которых растворителем является вода, а растворёнными веществами – газы, жидкости или твёрдые вещества. Среди жидких растворов рассмотрим истинные растворы, в которых размеры частиц растворенного вещества соизмеримы с размерами атомов и молекул. Такие растворы – термодинамически устойчивые системы, неограниченно стабильные во времени.
Растворение – сложный физико-химический процесс, подчиняющийся законам термодинамики. Движущими силами образования растворов являются энтальпийный ∆H и энтропийный T∆S факторы: ∆G = ∆H – T∆S < 0. Чем сильнее взаимодействие растворенного вещества с растворителем, тем больше роль энтальпийного фактора.
Процесс растворения твердого вещества в жидком растворителе складывается из разрушения кристаллической решетки и образования соединений между молекулами растворителя и частицами (молекулами, ионами, атомами) растворенного вещества. Первый из этих процессов – эндотермический идет с поглощением тепла (∆H > 0) , а второй – экзотермический – с выделением тепла (∆H < 0). Энтальпия растворения может быть больше нуля, если преобладает первый процесс и меньше нуля, если – второй. Однако, независимо от знака энтальпии, ∆G растворения всегда меньше нуля, так как переход вещества из твердого состояния в жидкое сопровождается значительным возрастанием энтропии вследствие стремления системы к разупорядочению.
Все вещества в большей или меньшей степени растворимы друг в друге, и обнаружить абсолютно чистое вещество в природе практически невозможно.
Растворение всегда заканчивается равновесием в системе (∆G = 0). Равновесие осадок – раствор характеризует растворимость вещества в данном растворителе при данной температуре, а такой раствор называется насыщенным. С повышением температуры растворимость твердых веществ, как правило, растет (T∆S). Растворимость твердых веществ зависит от их природы и температуры и колеблется в широких пределах.
Растворимость обычно выражают в граммах на 100 мл растворителя или в граммах на 100 г раствора.
Растворы с концентрацией меньше растворимости называют ненасыщенными. Ненасыщенные растворы бывают концентрированными и разбавленными в зависимости от относительных количеств растворенного вещества и растворителя, т.е. от концентрации растворов. Существуют различные способы выражения концентрации. Прежде, чем перейти к ним, следует ввести некоторые понятия.
А. Моль. Молярная масса
Важнейшим понятием, используемым во всех химических расчетах, является моль. Моль – единица измерения количества вещества в Международной системе единиц (СИ).
Моль вещества равен такому числу его структурных единиц (молекул, атомов, ионов, электронов и т.д.), которое совпадает с числом атомов в 12 г изотопа углерода – 12. Число структурных единиц в 1 моле любого вещества одинаково и равно числу Авогадро (NА = 6,02∙1023 моль–1); можно сказать, что моль – это способ подсчитывать атомы, молекулы, ионы, электроны порциями по 6,02∙1023 частиц. Число молей вещества n называют просто количеством вещества. Чтобы соотнести между собой количество вещества и его массу, введено понятие молярной массы, отвечающей единице количества вещества.
Молярная масса М – масса одного моля вещества. Молярная масса атомов любого элемента, выраженная в граммах, численно совпадает с его относительной атомной массой, значение которой приводится в периодической системе Д.И. Менделеева.
Молярная масса натрия 23 г∙моль-1, а гидроксида натрия NаОН – 40 г∙моль–1.
Если известна масса m вещества с молярной массой М г∙моль–1, то число молей n вещества (количество вещества) будет равно:
.