Тема 1. Физико-химические свойства растворов
Цели, задачи:
На фактическом уровне получения знаний:
1. Основные понятия, используемые для описания водных растворов: компонент, фаза, раствор, растворитель, растворение и растворимость;
2. Состав растворов, способы выражения состава растворов;
3. Понятие сольватации и гидратации;
4. Идеальные и реальные растворы. Электролиты и неэлектролиты;
5. Коллигативные свойства растворов. Температура кипения и температура кристаллизации. Криоскопическая и эбулиоскопическая константы. Диффузия, осмос, изотонический раствор.
6. Законы, применяемые для количественной характеристики физико-химических свойств растворов.
На операционном уровне получения знаний:
Обучить студента:
1. Вычислять состав растворов различными способами, проводить пересчет из одной концентрации в другую.
2. Владеть навыками количественного описания коллигативных свойств молекулярных растворов.
На аналитическом уровне получения знаний:
Обучить студента:
1. Классифицировать растворы по разным параметрам;
2. Объяснять механизм и термодинамику процесса растворения газов и твердых веществ в жидкостях;
3. Использовать коллигативные свойства растворов для решения практических задач.
Фактический матерниал:
I. Классификации растворов: а) по типу растворителя; б) по размеру частиц растворяемого вещества; в) по способности молекул растворяемого вещества к процессу диссоциации; г) по степени диссоциации электролитов. Истинные растворы как гомогенные, многокомпонентные системы. Механизм процесса растворения. Химическая теория растворов Менделеева. Физическая теория растворов. Термодинамика процесса растворения.
II. Взаимосвязь между растворимостью, внешними условиями и соотношением гидрофильных и гидрофобных свойств растворенного вещества и растворителя. Вода, как уникальный природный растворитель.
III. Способы выражения состава растворов: массовая доля, молярная доля, молярность, моляльность, молярная концентрация эквивалента или нормальность. Растворимость, коэффициент растворимости. Насыщенные, ненасыщенные, пересыщенные растворы. Влияния различных факторов (T, P, C…) на растворимость газов, твёрдых веществ в воде.
IV. Идеальные растворы. Растворы неэлектролитов. Физико-химические свойства разбавленных растворов неэлектролитов (коллигативные свойства). Давление пара над раствором. Первый закон Рауля. Второй закон Рауля. Практическое использование. Закон Вант-Гоффа. Роль осмоса в биологических и технических системах.
Выводы по теме:
1. Растоворы – сложные системы, состоящие из растворителя, растворенных веществ и продуктов их взаимодействия.
2. Состав раствора выражается с помощью растворимости и различных видов концентрации.
3. Поведение растворов определяется физичесими законами (коллигативные законы) и химической теорией Менделеева.
4. Коллигативные законы используются для решения практических задач.
Вопросы для самоконтроля:
1. Определить сущность химической и физической теории растворов.
2. Дать понятие растворимости и указать факторы, влияющие на нее.
3. Определить зависимость растворимости газа в воде от температуры и давления.
4. Охарактеризовать теплоту растворения.
5. Охарактеризовать способы выражения состава растворов.
6. Массовая доля какого из растворов больше (плотности растворов принять равными единице): а) 0,01 М CaCl2; б) 0,01 М NaCl?
7. Вычислить молярность каждого из следующих растворов: а) в 200 мл раствора содержится 111 г CaCl2; б) 10 мл 1 М раствора H2SО4 разбавили до 200 мл; в) мольная доля HCl равна 0,1; плотность раствора равна 1,1 кг/л.
8. Указать факторы, приводящие к понижению давления насыщенного пара над раствором.
9. Рассчитать осмотическое давление одномолярного раствора любого неэлектролита при 0° С.
10. В каких системах можно наблюдать явление осмоса? Приведите примеры природных осмотических явлений.