Способы выражения состава растворов. Коллигативные свойства растворов

Концентрация раствора – это относительное содержание растворенного вещества в растворе.

Рассмотрим некоторые способы выражения концентрации раствора.

− Массовая доля веществаw(Х)

Это безразмерная величина, равная отношению массы растворенного вещества m(X) к общей массе раствора m(р-ра):

w(Х)= . (2.4.1)

Часто массовую долю выражают в процентах и называют процентной концентрацией по массе:

w %(Х)= .× 100%. (2.4.2)

Массовую долю также можно выражать в промилле (⁰/₀₀) – это 0,1%; в ррm – это 10^-4% и в ррв – это 10^-7% (одна часть на миллиард).

Массовая доля вещества, выраженная в процентах, показывает, сколько граммов данного вещества содержится в 100 граммах раствора.

− Молярная концентрация вещества или молярность

Обозначается С(Х). Это отношение количества растворенного вещества n(Х), выраженного в моль, к объему раствора V, выраженному в литрах:

. (2.4.3)

Молярная концентрация выражается в моль/л. В литературе часто встречаются сокращенные обозначения, например запись «1 М раствор» означает раствор, имеющий концентрацию 1моль/л, его еще называют одномолярным раствором.

− Молярная концентрация вещества эквивалента

Обозначается С(1/z X). Эту концентрацию еще называют эквивалентной концентрацией, нормальной концентрацией или нормальностью. Она представляет собой отношение количества вещества эквивалента n(1/z Х), выраженного в моль, к объему раствора V, выраженного в литрах:

. (2.4.4)

Данная концентрация выражается в моль/л, иногда, чтобы подчеркнуть отличие от молярной концентрации, записывают моль экв./л. Возможны также сокращения, например запись «1н. раствор» означает раствор, в одном литре которого содержится 1моль вещества эквивалента, такой раствор называют однонормальным.

Так как вещества взаимодействуют друг с другом в эквивалентных количествах, то для двух растворов взаимодействующих веществ выполняется равенство

V(X₁)×C(1/z₁ X₁)= V(X₂)×C(1/z₂ X₂) (2.4.5)

Следовательно, растворы равной нормальности реагируют в равных объемах.

− Моляльная концентрация (моляльность)

Обозначается b(Х). Это отношение количества растворенного вещества n(Х), выраженного в моль, к массе растворителя m, выраженной в килограммах:

. (2.4.6)

Данная концентрация выражается в моль/кг.

− Титр

Обозначается Т(Х). Это масса растворенного вещества в граммах, содержащаяся в одном миллилитре раствора:

Т(Х)=m(X):V. (2.4.7)

Титр выражается в г/мл (г/см³).

− Молярная доля (мольная доля)

Обозначается . Представляет собой отношение количества вещества данного компонента, выраженного в моль, к суммарному количеству всех веществ, входящих в состав раствора, включая растворитель:

. (2.4.8)

Может быть безразмерной величиной или выражаться в процентах.

− Объемная доля

Обозначается j(Х). Представляет собой отношение объема данного компонента системы к общему объему системы:

j(Х)=V(X):V. (2.4.9)

Может быть безразмерной величиной или выражаться в процентах.

Для перехода от массы раствора к его объему и наоборот нужно знать величину плотности r:

r=m:V. (2.4.10)

Плотность выражается в г/см³ (г/мл), кг/м³, г/л, и в других единицах.

Свойства растворов, которые зависят от числа частиц растворенного вещества и от количества растворителя, но практически не зависят от природы растворенного вещества, называются коллигативными.

К таким свойствам относятся: понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором, понижение температуры замерзания (кристаллизации) раствора, повышение температуры кипения раствора по сравнению с чистым растворителем, осмос.

Коллигативные свойства растворов могут проявляться в полной мере лишь в идеальных растворах, в которых нет химического взаимодействия между компонентами, а силы межмолекулярного взаимодействия между частицами растворителя, с одной стороны, и частицами растворенного вещества, с другой стороны, одинаковы. Образование таких растворов не сопровождается тепловым эффектом, и каждый компонент ведет себя независимо от других.

Разбавленные растворы нелетучих неэлектролитов приближаются по своим свойствам к идеальным растворам. Для них можно использовать количественные закономерности, полученные для идеальных растворов. Ниже приводятся аналитические выражения для этих закономерностей.

Закон Рауля

, (2.4.11)

где Р₀ – давление насыщенного пара растворителя над чистым растворителем;

Р – давление насыщенного пара растворителя над раствором;

х – мольная доля растворенного вещества.

Следствия из закона Рауля

1) Повышение температуры кипения раствора

DТ_кип=_.К_Эб·b, (2.4.12)

где К_Эб – эбулиоскопическая постоянная растворителя;

b – моляльная концентрация.

2) Понижение температуры замерзания раствора

DТ_з.=К_к·b, (2.4.13)

где К_к – криоскопическая постоянная растворителя;

b – моляльная концентрация.