|
|
ОглавлениеХимическая термодинамика. Термохимия Осмотическое давление растворов Давление пара разбавленных растворов неэлектролитов. Первый закон Рауля Температура кипения и замерзания растворов Свойства растворов сильных электролитов Электрическая проводимость растворов электролитов Электродные потенциалы и электродвижущая сила (ЭДС) Поверхностные явления и адсорбция Коллоидные системы и их свойства. Коагуляция коллоидов Растворы высокомолекулярных соединений и их свойства Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгуОсмотическое давление растворовЯвление осмоса связано со свойствами, так называемых полупроницаемых перегородок, получивших свое название за способность пропускать только молекулы растворителя в системах, где они разделяют раствор и растворитель или два раствора разной концентрации. В этих случаях число молекул растворителя, переходящих за единицу времени через полупроницаемую перегородку со стороны растворителя или более разбавленного раствора, всегда больше числа тех молекул, которые переходят в обратном направлении. Со временем концентрации веществ выравниваются, и система приходит в состояние равновесия. Такой самопроизвольный переход растворителя через полупроницаемую перегородку в раствор с большей концентрацией называют осмосом. Так как полупроницаемыми перегородками являются оболочки животных и растительных клеток, то осмос служит одним из механизмов транспортировки растворителя – воды – в животных и растительных организмах. Мерой силы, с которой растворитель стремится перейти через полупроницаемую перегородку в раствор, является осмотическое давление, численно равное тому минимальному дополнительному давлению, которое надо приложить к раствору, чтобы задержать осмос (со стороны чистого растворителя). Растворы с одинаковым осмотическим давлением называют изотоническими. Если раствор по сравнению с другим имеет более высокое осмотическое давление, то его называют гипертоническим, а с более низким осмотическим давлением – гипотоническим. Для разбавленных растворов справедлив закон Вант-Гоффа, согласно которому осмотическое давление разбавленного раствора равно тому газовому давлению, которое производило бы растворенное вещество, если бы оно в виде газа при той же температуре занимало тот же объем, что и раствор. Для раствора справедливо уравнение: P = CRT, где P – осмотическое давление раствора; С – молярная концентрация растворенного вещества; R – универсальная газовая постоянная; Т – термодинамическая температура, К. В растворах электролитов вследствие электролитической диссоциации и увеличения числа частиц опытное значение осмотического давления всегда больше, чем теоретически вычисленное значение. Степень отклонения наблюдаемого осмотического давления (Роп) от вычисленной величины теоретически (Рвыч) выражается изотоническим коэффициентом: Поэтому при вычислении осмотического давления растворов электролитов в уравнение Вант-Гоффа вводят поправочный (изотонический) коэффициент i (i > 1), учитывающий увеличение числа частиц в растворе вследствие электролитической диссоциации молекул: P = iCRT, где i – изотонический коэффициент. Для растворов неэлектролитов изотонический коэффициент равен 1. Изотонический коэффициент зависит от природы электролита и степени диссоциации его молекул. В общем случае при распаде электролита с образованием k-ионов i = 1 + (k – 1)α. Если при распаде молекулы образуются два иона, то k = 2. Формула в этом случае принимает более простой вид: i = 1 + α. Пользуясь этими соотношениями, можно рассчитать осмотическое давление, концентрацию, молекулярные веса растворенных веществ, а также степень диссоциации электролитов в растворах. Молекулы сильных электролитов даже в концентрированных растворах диссоциированы практически полностью. Однако при опытном определении степень диссоциации всегда получается меньше 100%. Это объясняется проявлением электростатического притяжения между ионами, вследствие чего активность их уменьшается и создается видимость неполной диссоциации. Поэтому при вычислении степени диссоциации сильных электролитов говорят не об истинной, а о «кажущейся» степени диссоциации вещества в растворе. Решение типовых задач Пример 1. Вычисление осмотического давления раствора. Вычислите осмотическое давление раствора, содержащего в 1,4 л 63 г глюкозы С6Н12О6 при температуре 0 °С. Решение: Осмотическое давление раствора определяется с помощью закона Вант-Гоффа: где n – число молей растворенного вещества; V – объем раствора, м3; R – молярная газовая постоянная, равная 8,3144 Дж/(моль·К). В 1,4 литра раствора содержится 63 г глюкозы, моль которой равен 180,16 г. Следовательно, в 1,4 л раствора содержится глюкозы (в молях): n = 63/180,16 = 0,35. Осмотическое давление этого раствора глюкозы равно Пример 2. Вычисление осмотического давления раствора. Вычислить осмотическое давление 2%-ного раствора глюкозы при температуре 0 °С. Плотность раствора принять равной единице. Решение: Осмотическое давление вычисляем по формуле: P = CRT. Концентрация раствора должна быть выражена в кмоль/м3, R – Дж/кмоль·град, М (C6H12O6) = 180. В 100 кг 2%-ного раствора содержится 2 кг глюкозы. Плотность данного раствора равна 1. Следовательно, в 1000 л или в 1 м3 содержится 20 кг глюкозы, что составляет 20/180 кмоль/м3. Тогда: Пример 3. Определение молярной массы неэлектролита по осмотическому давлению раствора. Рассчитайте молярную массу неэлектролита, если в 5 л раствора содержится 2,5 г неэлектролита. Осмотическое давление этого раствора равно 0,23 · 105 Па при температуре 20 °С. Решение: Заменив число молей n выражением m/M, где m – масса растворенного вещества, а М – его молярная масса, получим: Отсюда молярная масса растворенного вещества равна Молярная масса неэлектролита равна Внимание! Авторские права на книгу "Физическая и коллоидная химия. Задачи и упражнения. Учебное пособие" (Под ред. Белопухова С.Л.) охраняются законодательством! |
||||||||||||||||||||||
