Вода. Свойства воды как растворителя.
Растворы. Титриметрический анализ.
Цель занятия:
Научить студентов готовить растворы разной концентрации, используя различную химическую посуду; познакомиться с титриметрическим анализом и его применением на практике.
Студент должен знать:
Свойства воды как универсального растворителя, понятие о растворах, классификация растворов, способы выражения концентраций, методы приготовления растворов, основы титриметрического анализа.
Студент должен уметь:
Решать задачи, готовить растворы различной концентрации, определять концентрацию неизвестного раствора методом титрования.
Вода. Свойства воды как растворителя.
Самым распространенным растворителем на земле является вода. Организмы животных и растений содержат от 50 до 90% воды. В организме человека вода составляет около 65% от массы тела. Большая часть воды в организме находится внутри клеток (70%), около 23% составляет межклеточная вода, а остальная (7%) находится внутри кровеносных сосудов и в составе плазмы крови. Потеря организмом человека более 10% воды может привести к смерти. При продолжительности жизни 70 лет человек потребляет 25т воды.
Многие лекарственные средства представляют собой водные растворы веществ. Для их приготовления обычно используется дистиллированная вода. Эту воду получают путем кипячения воды и последующей конденсацией водяного пара; данный процесс называется перегонкой (дистилляцией), он позволяет очисть водопроводную воду от содержащихся в ней примесей.
В табл. приведены для сравнении физико-химические свойства воды других растворителей. Вследствие своих аномальных свойств вода -универсальный растворитель.
Таблица.Физико - химические свойства растворителей.
| Свойство | Вода | Спирт | Гексан |
| Температура плавления (замерзания), К | |||
| Температура кипения, К | |||
| Плотность, кг/м3 при 277 К при 273К при 293 К | 916,7 999,9 | ||
| Молярная теплоемкость С, Дж/моль∙К | 75,3 | ||
| Молярная теплота плавления, кДж/моль | 6,00 | 5,02 | |
| Диэлектрическая проницаемость | 78,5 | 25,2 | 1,9 |
| Молярная теплота испарения, кДж/моль | 40,8 | 39,3 | 31,5 |
| Вязкость, Н∙с/м2 при 293 К | 0,001 | 0,0012 | 0,0032 |
| Дипольный момент* Кл∙м | 6,1∙10-30 | 5,7∙10-30 | |
| Поверхностное натяжение, Н/м при 293 К | 0,0728 | 0,0223 | 0,0184 |
* 1∙ 10-30 Кл∙м=1D
Прежде всего, вода хорошо растворяет ионные и многие полярные соединения. Такое свойство воды связано в значительной мере с ее диэлектрической проницаемостью (ε=78,5). Поскольку силы притяжения между ионами, согласно закону Кулона, меняются обратно пропорционально величине ε, притяжение между ионами уменьшается примерно в восемьдесят раз при растворений ионных соединений в воде. В результате многие ионные соединения диссоциируют и отличаются высокой растворимостью в воде.
Другой многочисленный класс веществ, хорошо растворимых в воде, включает такие полярные органические соединения, как сахара, альдегиды, кетоны, спирты. Их растворимость в воде объясняется склонностью молекул воды к образованию полярных связей с полярными функциональными группами этих веществ, например, с гидроксильными группами спиртов и сахаров или с атомом кислорода карбонильной группы альдегидов и кетонов.
Важны и другие аномальные свойства воды: высокое поверхностное натяжение, низкая вязкость, высокие температуры плавления и кипения и более высокая плотность в жидком состоянии, чем в твердом.
Молекула воды образуется из двух атомов водорода и атома кислорода. Угол между связями составляет 104,5°. В результате ассиметрии в распределении электронов вокруг атома кислорода центр отрицательного электрического заряда (неподеленной пары) электронного облака не совпадает с центром положительного заряда атома кислорода. Это приводит к появлению большого электрического дипольного момента молекулы воды, определяющего ее полярные свойства и хорошую растворимость полярных и низкую растворимость неполярных веществ в воде.
Для воды характерно наличие ассоциатов – групп молекул, соединенных водородными связями. В зависимости от сродства к воде функциональные группы растворяемых частиц подразделяются на гидрофильные (притягивающие воду), легко сольватируемые водой, гидрофобные (отталкивающие воду) и дифильные.
К гидрофильным группам относятся полярные функциональные группы: гдроксильная –ОН, амино – NH2, тиольная –SH, карбоксильная –СООН. К гидрофобным – неполярные группы, например, углеводородные радикалы: СН3– (СН2)n–, С6Н5–. К дифильным относят вещества (аминокислоты, белки, нуклеиновые кислоты), молекулы которых содержат как гидрофильные группы: –ОН, –SH, – NH2, СООН., так и гидрофобные группы: СН3– (СН2)n–, С6Н5–.