Тема 5.4. Свойства растворов

Общая характеристика растворов. Методы выражения концентрации. Механизм рас­творения. Сольватная (гидратная) теория растворов Д. И. Менделеева. Растворимость газов в жидкостях. Зависимость её от температуры и давления, её виды. Раствори­мость в двухслойных жидкостях. Экстракция. Ее практическое применение в техноло­гических процессах.

Растворимость твердых веществ. Влияние различных факторов на скорость равно­весия. Свойства разбавленных растворов. Диффузия и осмос, явление диффузии в технологии приготовления пищи. Осмос и осмотическое давление. Закон Вант Гоффа. Плазмолиз, плазмоптис и тургор в живых клетках. Растворы изотонические, гиперто­нические, гипотонические. Использование явления осмоса для консервирования пище­вых продуктов, обмена веществ, процессов усвоения пищи микроорганизмами.

Давление пара над растворами. Первый закон Рауля. Кипение и замерзание рас­творов. Второй закон Рауля. Криоскопия и эбуллиоскопия. Антифризы. Буферные растворы, их биологическое значение.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Свойства растворов рассматриваются о точки зрения термодинамики и молекулярно-кинетической теории. После уточнения понятия "раствор "обратите внимание на методы выражения концентрации, ибо концентрация является важнейшей характеристи­кой раствора. При изучении сущности растворения, рассмотрите гидратную теорию раствора Д. И. Менделеева, согласно которой процесс растворения обусловлен взаи­модействием частиц растворяемого вещества с молекулами растворителя. Растворение сопровождается тепловым эффектом, называемым теплотой растворения. Тепловой эф­фект растворения является суммой двух слагаемых:

а) энергии гидратизации (теплота, выделяемая при гидратизации молекул).

б) энергии кристаллической решетки (теплота, затрачиваемая на разрушение кри­сталлической решетки).

Характеризуя растворимость газов, жидкостей и твердых веществ, обратите вни­мание на процесс растворения. Изучите закон распределения и условия наиболее вы­годного экстрагирования веществ, например при пассеровании овощей. Знакомясь с диффузией и осмосом разбавленных растворов, нетрудно заметить сходство между идеальными растворами и идеальными газами. Идеальные растворы ведут себя, как газы и подчиняются законам идеальных газов, поэтому для количественной характе­ристики осмотического давления Вант Гофф воспользовался уравнением состояния идеальных газов. После изучения законов осмоса усвойте методику решения задач по определению осмотического давления, концентрации и молярной массы растворенного вещества.

Пример 1. Вычисление осмотического давления раствора. Вычислите осмотическое давление раствора, содержащегося в 1,4л 63 г глюкозы С₆ Н₁₂О₆ при 0°С.

Решение:

V = 1,4л.   m = 63г.   t = 00 C   R = 8,31Дж/моль К		Осмотическое давление раствора определяется с помощью закона Вант-Гоффа: где n – число молей растворенного вещества; V – объем раствора, м3; R – молярная газовая постоянная, равная = 8,31 ДЖ/моль К
Росм. = ?

В 1,4 л. раствора содержится 63 г. глюкозы, моль которой равен 180 г. Следовательно, в 1,4 л раствора содержится молей глюкозы: .

Осмотическое давление этого раствора глюкозы равно:

Пример 2.Определение молярной массы неэлектролита по осмотическому давлению раствора.

Рассчитайте молярную массу неэлектролита, если в 5 л раствора содержится 2,5 г неэлектролита. Осмотическое давление раствора равно 0,23 * 10⁵ Па при 20⁰ С.

Решение:

V = 5 л   M = 2,5 г   Росм = 0,23 * 105 Па   T = 200 С	Заменив число молей n выражением , где m – масса растворимого вещества, а М – его молярная масса, получим:
М = ?

Отсюда, молярная масса неэлектролита равна

Приведите примеры диффузии и осмоса, имеющие место в биологии, технологии приготовления блюд. Зависимость понижения давления насыщенного пара от концен­трации установлена французским ученым Раулем (1 закон Рауля). Второй закон Рауля говорит о повышении температуры кипения и понижении температуры замерзания рас­творов в зависимости от концентрации.

Законы Рауля лежат в основе варки при повышенном давлении (повышенной темпе­ратуре) - в автоклавах, в которых поддерживается избыточнее давление пара до 250 кПа температура до 140°С. Варка при повышенном давлении используется для интен­сификации варки костного бульона.

При пониженном давлении (пониженной температуре) в сосудах, в которых поддер­живается разряжение(вакуум-аппараты), температура кипения жидкой среды ниже 100°С. Варка при пониженном давлении используется для интенсификации процесса выпаривания и при сгущении молока. .Обратите внимание на физический смысл криоскопической и эбулиоскопической константы, математическое выражение закона Рауля и определение молярной массы растворенного вещества неэлектролита по формуле:

где К - константа (криоскопическая или эбулиоскопическая);.

m - масса растворенного вещества;

А - масса растворителя;

Δ t - повышение температуры кипения (или понижение температуры замерзания);

М - молярная масса растворенного вещества.

Эту формулу используйте для решения задач.

­

Пример № 3.В 1000г. воды растворено 100г сахарозы.

Молярная масса сахарозы М =342г/мoль.

Определите температуру кипения раствора.

Дано:

К = 0,5130     m = 100 г   А = 1000 г	Ткип = Т0кип + ΔТ по уравнению находим повышение ΔТ кипения
Ткипения = ?

Отсюда температура кипения раствора равна: Т = 373 + 0,152 = 373,152 К или t = 100° + 0,152 = 100,152° С

Понижение температуры замерзания растворов используется на практике для при­готовления хладоносителей - жидкостей. Которые охлаждают до низких температур и подают по трубам к месту потребления холода. Для этих целей применяют растворы хлорида натрия, хлорида кальция, этиленгликоля, но они вызывают коррозию труб. Более удобные водные растворы пропиленгликоля, не вызывающие коррозию и не за­мерзающие при температуре до -50.

ПОСЛЕ ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ ОБУЧАЮЩИЙСЯ ДОЛЖЕН ЗНАТЬ И УМЕТЬ:

- Характеризовать явление диффузии и осмоса с хх значимостью для специальности «Технология продукции общественного питания».

- Производить математические расчеты на основании законов Вант-Гоффа и Рауля.

ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ:

1. Что называется раствором, растворителем и растворенным веществом?

2. Какие методы выражения концентрации растворов вам известны?

3. В чем сущность гидратной теории растворов Д. И. Менделеева?

4. Какие факторы влияют на растворимость газов?

5. Как влияет природа жидкостей на их растворимость?

6. Чем отличается осмос от диффузии?

7. Сформулируйте закон Вант-Гоффа. Применим ли этот закон к растворам любой концентрации?

8. Дайте формулировку законов Рауля и выведите их математическую формулу.

9. Какая взаимосвязь существует между понижением давления пара, понижением температуры замерзания и повышением точки кипения растворов?