Какими свойствами обладают рас
Классификация растворов
Введение
Растворы
Очень многие химические реакции, в том числе технические и жизненно важные, протекают в жидкой фазе.
Растворы широко применяются в различных сферах деятельности человека. Они имеют большое значение для живых организмов. Человек, животные и растения усваивают питательные вещества в виде растворов. Растворами являются физиологические жидкости – плазма крови, лимфа, желудочный сок и др. Многие медицинские препараты являются растворами различных химических веществ в воде или в спирте.
Природная вода является раствором. В различных производственных и биологических процессах большую роль играют растворы электролитов. Свойства этих растворов объясняет теория электролитической диссоциации. Знание теории электролитической диссоциации является основой для изучения свойств неорганических и органических соединений и глубокого понимания механизмов химических реакций в растворах.
Растворами называют однородные системы, состоящие из двух или нескольких компонентов, состав которых можно изменять в определенных пределах без нарушения однородности.
Растворителем называется компонент, концентрация которого выше концентрации других компонентов.
Раствор это не механическая смесь, поскольку при растворении наблюдаются объемные и энергетические эффекты.
Раствор отличается от механической смеси гомогенностью, а от химического соединения:
a) переменным составом – от нуля до предела насыщения;
б) тем, что изменение свойств растворителя и растворённого вещества не носит радикальный характер.
Растворение – это самопроизвольный процесс, заключающийся во взаимодействии растворенного вещества с молекулами растворителя. Точка зрения Д. И. Менделеева:
раствор – это сложная равновесная химическая система, образованная растворителем, растворенным веществом и продуктами их взаимодействия.
Различают истинные и коллоидные растворы.
Истинные растворы – размер частиц ~10-10…10-11 м, т.е. атомы или молекулы.
Коллоидные растворы – размер частиц ~ 10-8… 5×10-10 м
Растворы бывают:
1) газообразные: газ-газ;
2) жидкие: газ-жидкость,
жидкость-жидкость,
твердое вещество – жидкость;
3) твердые: газ – твердое вещество,
твердое вещество – твердое вещество.
Жидкие растворы могут быть водные и неводные. Водные растворы – это растворы, в которых растворителем является вода.
Твёрдым раствором называется кристалл, кристаллическая решётка которого состоит из двух или более компонентов.
Растворы делятся на электролиты и неэлектролиты. Вещества, которые в растворе или расплаве полностью или частично распадаются на ионы и проводят электрический ток, называются электролитами.
Идеальным называется раствор, в котором не происходит химической реакции между компонентами, а силы межмолекулярного взаимодействия между взаимодействующими компонентами одинаковы.
Общие (коллигативные) свойства растворов те, которые не зависят от природы растворённых веществ, а зависит от количества растворенного вещества.
1.2.1 Закон Рауля:
понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором пропорционально мольной доле растворённого нелетучего вещества:
, (10.1)
где и – давление насыщенного пара растворителя над чистым растворителем и над раствором, Па;
х – мольная доля.
Первое следствие из закона Рауля:повышение температуры кипения DТкип пропорционально моляльной концентрации раствора:
DТкип= Кэ×Сm , (10.2)
где Кэ – эбулископическая постоянная растворителя,
Сm – моляльная концентрация, моль/1000 г .
Второе следствие из закона Рауля:понижение температуры замерзания DТзам пропорционально моляльной концентрации раствора:
DТкип=Кк×Сm , (10.3)
где Кк – криоскопическая постоянная.
Кк и Кэ – зависят от природы растворителя:
(10.4)
где DНкип – удельная теплота испарения, ;
Ткип – температура кипения чистого растворителя, К;
R – газовая постоянная, .
, (10.5)
где DНкриc. – удельная теплота кристаллизации, ;
Ткрит. – температура кристаллизации чистого растворителя, К.
1.2.2 Осмотическое давление
Если система, разделённая мембраной, представляет собой растворы, в которых через мембрану способны проходить только молекулы растворителя, то свойства ее будут определяться разностью мольных долей (концентраций) растворителя по обе стороны мембраны.
Явление, связанное со способностью проходить через мембрану, в частности, только молекул растворителя, называется осмосом, а вызываемое им изменение давления по обе стороны мембраны – осмотическим давлением. Явление осмоса чрезвычайно разнообразно и во многом определяется природой мембраны и компонентов раствора.
Представим, что сосуд с двумя горлами для добавления раствора разделён мембраной (рисунок 1). В каждую часть сосуда зальём растворы, отличающиеся только концентрацией. Поскольку мольные доли растворителя по обе стороны мембраны не совпадают, то стремление их к выравниванию приведёт к переходу части растворителя в ту часть сосуда, где концентрация растворённого вещества больше. Увеличение количества растворителя эквивалентно возрастанию давления, и если мембрана способна к деформации, она изогнётся в сторону с меньшей концентрацией растворённого вещества (рисунок 1а). Если мембрана жёсткая, то в отсеке с большой концентрацией количество растворителя будет возрастать до тех пор, пока гидростатическое давление h (рисунок 1а) не станет равным осмотическому давлению и не прекратит осмос.
Если внешнее давление больше атмосферного и приложено к более концентрированному раствору, то растворитель будет переходить в разбавленный раствор – обратный осмос.
Рисунок 10.1 – Схема разности осмотических давлений при концентрации x1<x2 при эластичной (а) и жесткой (б) мембранах
Осмотическое давление π – внутреннее давление растворенного вещества, численно равное тому внешнему давлению, которое нужно приложить, чтобы прекратить осмос; оно зависит от температуры и концентрации.
Согласно Вант-Гоффу осмотическое давление раствора численно равно тому газовому давлению, которое имело бы растворённое вещество, будучи переведенным в газообразное состояние в том же объёме и при той же температуре. Поскольку объем (разбавление) обратно пропорционален концентрации, то закон Вант-Гоффа можно записать в виде:
π = СМ.R.T , (10.6)
где СМ – молярная концентрация, моль/л.
Если растворы характеризуются одинаковыми осмотическими давлениями, то по Вант-Гоффу такие растворы называются изотоническими. Независимо от природы растворённого вещества, изотоничность является следствием одинакового числа частиц в растворе.
Поскольку при растворении реальное число частиц может отличаться от числа растворённых молекул, Вант-Гофф ввёл понятие изотонического коэффициента i. По определению это отношение числа всех частиц к числу растворённых молекул:
i = число частиц в растворе / число молекул в растворе . (10.7)
В бензольном растворе уксусной кислоты i < 1, ибо в этом растворе число частиц меньше числа молекул, в результате реакции ассоциации в соответствие с уравнением 2CH3COOH = (CH3COOH)2.
Если же в растворе преобладает не ассоциативный, а диссоциативный или ионизационный механизмы взаимодействия, то i > 1. Так, в одном растворе уксусная кислота диссоциирует:
CH3COOH = CH3COO- + H+,
и число частиц становится больше числа молекул.
1.2.3 Закон распределения Нернста – Шилова:
при постоянной температуре соотношение равновесных концентраций между несмешивающимися жидкостями является величиной постоянной, независимой от общего количества компонентов:
, (10.8)
где Крас – коэффициент распределения;
Са и Сb – молярные концентрации веществ в растворах А и В, моль/л.
Источник
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА РАСТВОРОВ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ
Раствором называется правильно подобранная смесь вяжущего, заполнителя, воды и, в необходимых случаях, специальных добавок, затвердевающая после нанесения ее на поверхность и превращающаяся в камень. До затвердения смесь этих материалов называют растворной смесью.
Вяжущее в растворе заполняет пространство между частичками заполнителя, прочно связывая их между собой в процессе твердения.
Вода в растворе вступает в химическую реакцию с вяжущим.
Заполнитель создает жесткий скелет в растворе, снижает его усадку и экономит вяжущее.
Классификация растворов.
Растворы классифицируют по различным признакам. По плотности растворы подразделяются на тяжелые (1500 кг/м3 и более) и легкие (менее 1500 кг/м3).
По скорости схватывания растворы подразделяются на быстросхватывающиеся и медленносхватывающиеся.
По количеству вяжущего растворы подразделяются на жирные и тощие. Жирными называют растворы с избытком вяжущего. Такие растворы пластичны, но при твердении могут потрескаться и дают большую усадку. Тощие растворы содержат недостаточное количество вяжущего материала. Такие растворы малопластичны, менее удобны в работе, но они дают небольшую усадку, что позволяет использовать их в облицовочных работах.
По виду вяжущего материала растворы подразделяются на глиняные, известковые, гипсовые, известково-гипсовые, цементные, цементно-известковые.
В зависимости от среды твердения различают воздушные растворы, твердеющие в воздушно-сухих условиях (например, гипсовые), и гидравлические, начинающие твердеть на воздухе и продолжающие твердеть в воде или во влажной среде (цементные).
В зависимости от количества вяжущих растворы подразделяют на простые – приготовленные на одном вяжущем материале – и смешанные – приготовленные на нескольких вяжущих.
Составы всех растворов записывают в виде чисел, обозначающих объемные части вяжущего и заполнителя. Составы простых растворов записывают в виде соотношения, состоящего из двух чисел. Первое число (как правило, единица) обозначает, что в растворе содержится одна объемная часть вяжущего материала. Второе число показывает, сколько объемных частей заполнителя необходимо взять на одну часть вяжущего материала. Например, цементный раствор состава 1: 3 означает, что на одну часть вяжущего (цемента) приходится три части заполнителя (песка).
Для смешанных растворов соотношение состоит из трех чисел. Первое число (единица) показывает объемную часть основного вяжущего материала; второе число обозначает количество дополнительного вяжущего, а третье – количество частей заполнителя. Рассмотрим, например, цементно-известковый раствор состава 1:2:8. Из названия раствора ясно, что первое число обозначает количество цемента (одна объемная часть), второе – количество извести (две объемные части), а третье – количество песка (восемь объемных частей).
Свойства растворных смесей.
К основным свойствам растворных смесей относятся удобоукладываемость, подвижность, водоудерживающая способность и расслаиваемость.
Удобоукладываемость – это свойство растворной смеси легко распределяться плотным и тонким слоем на основании, равномерно заполняя все его неровности и шероховатости. Удобоукладываемость зависит от пластичности (подвижности) и водоудерживающей способности смеси.
Для того чтобы с растворной смесью было легко работать, она должна быть пластичной. Пластичность смеси характеризуется ее подвижностью. Подвижность – это способность растворной смеси растекаться под действием собственной массы или приложенных к ней внешних сил. Для определения подвижности растворной смеси применяют эталонный конус (рис. 1). Масса 300 г, высота – 180 мм, диаметр основания – 150 мм, угол при вершине – 30°. Через каждые 10 мм на поверхности конуса нанесены деления по высоте. Конус опускают, и он под действием собственной массы погружается в растворную смесь. Подвижность растворной смеси измеряется в сантиметрах. Она равна глубине погружения эталонного конуса. Погружение конуса на глубину 7 см означает, что подвижность растворной смеси равна 7 см.
Рисунок 1. Эталонный конус для определения подвижности раствора: 1 – корпус; 2 – цепочка; 3 – кольцо
Водоудерживающая способность – это свойство растворной смеси удерживать воду при наличии ее отсоса пористым основанием.
Если растворную смесь с недостаточной водоудерживающей способностью (например, известковую) нанести на такое пористое основание, как кирпичная кладка, то поры основания быстро всосут в себя воду из растворной смеси, она обезводится, что приведет к уменьшению сроков схватывания, и в конечном результате затвердевший раствор будет менее плотным и прочным. Поэтому перед нанесением растворной смеси на пористое основание его предварительно смачивают водой.
Расслаиваемость – разделение растворной смеси на твердую и жидкую фракции при ее перевозке или хранении. Твердая и более тяжелая фракция – песок и вяжущее вещество – опускаются вниз, жидкая фракция – вода – собирается вверху.
Свойства растворов.
К основным свойствам растворов относятся прочность, водонепроницаемость, морозостойкость, усадка.
Прочность раствора характеризуется его маркой, которая определяется пределом прочности при сжатии стандартных образцов – кубов с ребрами 7,07 см, выполненных из растворной смеси и испытанных после 28-суточного твердения при температуре 25 °С (ГОСТ 5802 – 86). По пределу прочности на сжатие (кгс/см2) для строительных растворов установлены следующие марки: 4, 10, 25, 50, 75, 150, 200.
Водонепроницаемость – это свойство раствора не пропускать через себя воду. Степень водонепроницаемости зависит в основном от пористости раствора. Менее всего пропускают воду плотные растворы (например, цементные). Водонепроницаемость раствора повышают введением в него добавок при приготовлении растворной смеси – церезита, жидкого стекла или полимерных смол.
Морозостойкость – это свойство раствора в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное число циклов попеременного замораживания и оттаивания без видимых признаков разрушения и значительного снижения прочности и массы. Морозостойкость раствора характеризуется маркой (Мрз). Марка определяется числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, которые выдержат образцы – кубы с ребром 7,07 см в насыщенном водой состоянии. Различают следующие марки раствора по морозостойкости: Мрз 10, 15, 25, 35, 50, 100, 150, 200, 300.
Усадка – это уменьшение объема раствора при твердении вяжущих веществ. Усадка – нежелательное явление, так как она может вызвать появление трещин на отделываемой поверхности, разрушение штукатурки и облицовки.
Поделитесь ссылкой в социальных сетях
Источник
Коллоидная химия
Растворы.
Растворами называют однородные системы переменного состава. Химический состав и физические свойства
одного раствора во всех частях его объёма одинаковы.
В отличие от простого смешивания веществ, при растворении происходит взаимодействие между частицами, образующими раствор.
Часто для определения раствора используют понятия гомогенной и системы.
В этом случае, раствором называется гомогенная система, состоящая из двух или более компонентов.
Гомогенные и гетерогенные системы
Гомогенная система (от греч. όμός — равный, одинаковый; γένω — рождать) — однородная система,
химический состав и физические свойства которой во всех частях одинаковы или меняются непрерывно,
без скачков (между частями системы нет поверхностей раздела).
В гомогенной системе из двух и более химических компонентов каждый компонент распределен в массе другого в виде молекул,
атомов, ионов. Составные части гомогенной системы нельзя отделить друг от друга механическим путем.
Гетерогенная система (от греч. έτερος — разный; γένω — рождать) — неоднородная система, состоящая из
однородных частей (фаз), разделённых поверхностью раздела.
Растворы могут существовать в трёх агрегатных состояниях – твёрдом, жидком и газообразном (парообразном).
Примерами твёрдых растворов могут служить некоторые сплавы металлов, например сплав золота и меди, газообразных – воздух.
Наиболее важный вид растворов – жидкие растворы.
Растворы имеют чрезвычайно важное значение в жизни человека. Так, процессы усвоения пищи человеком и
животными связаны с переводом питательных веществ в раствор. Растворами являются все важнейшие физиологические жидкости (кровь, лимфа и т.д.).
Растворители
Всякий раствор состоит из растворённых веществ и растворителя, т.е. среды, в которой эти вещества равномерно
распределены в виде молекул и ионов.
Обычно растворителем считают тот компонент, который в чистом виде существует в том же агрегатном состоянии,
что и полученный раствор. Например, в случае водного раствора соли растворителем является вода.
Если же оба компонента до растворения находились в одинаковом агрегатном состоянии (например, спирт и вода),
то растворителем считается компонент, находящийся в большем количестве.
Истинные и коллоидные растворы
В растворах вещества могут находиться в различных степенях дисперсности (т.е. раздробленности).
Величина частиц служит важным признаком, обуславливающим многие физикохимические свойства растворов.
По величине частиц растворы делятся на:
1. Истинные растворы (размер частиц меньше 1 мкм) и
2. Коллоидные растворы (размер частиц от 1 до 100 мкм).
Смеси с частицами размером более 100 мкм образуют взвеси: суспензии и эмульсии.
Истинные растворы могут быть ионными или молекулярными в зависимости от того, диссоциирует ли растворённое вещество на
ионы или остаётся в недиссоциированном состоянии в виде молекул.
Коллоидные растворы резко отличаются по свойствам от истинных растворов. Они гетерогенны,
так как имеют поверхность раздела между фазами – растворённым веществом (дисперсной фазой) и растворителем (дисперсионной средой).
Растворы высокомолекулярных соединений: белков, полисахаридов, каучука обладают свойствами как истинных,
так и коллоидных растворов и выделяются в особую группу.
Растворы, механические смеси и химические соединения
Однородность растворов делает их очень сходными с химическими соединениями.
Химическое соединение — сложное вещество, состоящее из химически связанных атомов двух или нескольких элементов.
Раствор это не одно химическое соединение, а как минимум два смешанных соединения. В отличие от простого смешивания веществ,
при растворении происходит взаимодействие между частицами, образующими раствор.
Выделение теплоты при растворении некоторых веществ тоже указывает на химическое взаимодействие между растворителем и растворяемым веществом.
Отличие растворов от химических соединений состоит в том, что состав раствора может изменяться в широких пределах.
Кроме того, в свойствах раствора можно обнаружить многие свойства его отдельных компонентов, чего не наблюдается в случае химического соединения.
Непостоянство состава растворов приближает их к механическим смесям.
Механическая смесь — физико-химическая система, в состав которой входят два или несколько химических соединений (компонентов).
В смеси исходные вещества включены неизменными. При смешивании не возникает никакое новое вещество.
От механических смесей растворы резко отличаются своею однородностью. Таким образом, растворы занимают промежуточное
положение между механическими смесями и химическими соединениями.
Процесс растворения
Растворение кристалла в жидкости протекает следующим образом.
Когда вносят кристалл в жидкость, в которой он может растворяться, от поверхности его отрываются отдельные молекулы.
Последние благодаря диффузии равномерно распределяются по всему объёму растворителя.
Отделение молекул от поверхности твёрдого тела вызывается, с одной стороны, их собственным колебательным движением,
а сдругой – притяжением со стороны молекул растворителя.
Этот процесс должен был бы продолжаться до полного до полного растворения любого количества кристаллов,
если бы не происходил обратный процесс – кристаллизация. Перешедшие в раствор молекулы, ударяясь о поверхность
ещё не растворившегося вещества, снова притягиваются к нему и входят в состав его кристаллов.
Понятно, что выделение молекул из раствора будет идти тем быстрее, чем больше концентрация раствора.
А так как последняя по мере растворения вещества увеличивается, то, наконец наступает такой момент,
когда скорость растворения становится равной скорости кристаллизации. Тогда устанавливается динамическое равновесие,
при котором в единицу времени растворяется и кристаллизуется одинаковое число молекул.
Раствор, находящийся в равновесии с растворяющимся веществом, называется насыщенным раствором.
Концентрация растворов
Насыщенными растворами приходится пользоваться сравнительно редко. В большинстве случаев употребляются растворы
ненасыщенные, т.е. с меньшей концентрацией растворённого вещества, чем в насыщенном растворе.
Концентрацией раствора называется количество растворённого вещества, содержащееся в определённом количестве раствора или растворителя.
Растворы с большой концентрацией растворённого вещества называются концентрированными, с малой – разбавленными.
Концентрацию раствора можно выражать по разному:
1. В процентах растворённого вещества по отношению ко всему количеству раствора.
2. Числом грам-молекул растворённого вещества, содержащегося в 1 литре раствора.
3. Числом грамм-молекул растворённого вещества, содержащегося в 1000 г растворителя
и т.д.
Растворимость
Растворимостью называется способность вещества растворяться в том или ином растворителе.
Мерой растворимости вещества при данных условиях служит концентрация его насыщенного раствора.
Растворимость различных веществ колеблется в широких пределах.
- Если в 100 граммах воды растворяется более 10 г вещества, то такое вещество
принято называть хорошо растворимым. - Если растворяется менее 1 г вещества – малорастворимым.
- Если в раствор переходит менее 0,01 г вещества, то такое вещество называют
практически нерастворимым.
Принципы, позволяющие предсказать растворимость вещества, пока не известны. Однако, обычно вещества,
состоящие из полярных молекул, и вещества с ионным типам связи лучше растворяются в полярных растворителях (вода, спиры, жидкий амиак),
а неполярные вещества – в неполярных растворителях (бензол, сероуглерод).
Растворение большинства твёрдых тел сопровождается поглощением теплоты. Это объясняется затратой
значительного количества энергии на разрушение кристаллической решётки твёрдого тела, что обычно не полностью
компенсируется энергией, выделяющейся при образовании гидратов (сольватов).
Как правило, повышение температуры должно приводить к увеличению растворимости твёрдых тел.
Источник