РАСТВОРЫ НЕЭЛЕКТРОЛИТОВ

ЗМІСТ І ПОСЛІДОВНІСТЬ ВИКОНАННЯ ЗАВДАНЬ:

1. У круглодонній колбі з зворотнім холодильником кип'ятять впродовж 3 годин на водяній бані 1,15 мл толуолу з 70 мл води і 3,4 г дрібнорозтертого перманганату калію. Для рівномірного кипіння реакційної суміші до колби додають декілька шматочків фарфору.

2. Якщо не відбулось знезбарвлення до розчину додають 0,5 - 1 мл етилового спирту або 0,1 - 0,2 г щавелевой кислоти і нагрівають.

3. Після закінчення реакції знебарвлений розчин охолоджують, випавший діоксид мангану відфільтровують і двічи промивають теплою водою (по 2,5 мл)

4. Фільтрат упарюють до об'єму 12,5 - 20 мл і підкислюють концентрованою соляною кислотою до кислої реакції по Конго-індікатору. При цьому осаждується бензойна кислота у вигляді білих кристалів.

5. Її відфільтровують, промивають невеликою кількістю холодної води і сушать.

 

 

1 – водяна баня;

2 – круглодонна колба;

3 – дефлегматор.

Рисунок 5 – Прилад для одержання бензойної кислоти

МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ ЩОДО ВИКОНАННЯ Й ОФОРМЛЕННЯ:

1. При виконанні дослідів строго дотримуватися кількості реагентів та методики виконання роботи, які вказані в інструкції, а також заходів техніки безпеки.

2. Розрахувати практичний вихід (%) кислоти.

3. По закінченню роботи зробити загальний висновок.

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

Т 00. 5.05130101.05. ЛР

ЗАХИСТ РОБОТИ:

Дати визначення реакції окиснення.

Від чого залежить дія окисника на органічну речовину?

Пояснити вибір умов для проведення окиснення.

Навести рівняння основних і побічних реакцій, які відбуваються при одержанні бензойної кислоти.

Пояснити схеми приладів для синтезу бензойної кислоти.

Пояснити розрахунок виходу продуктів окиснення.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ:

Які окисники використовуються для проведення окиснення?

Пояснити фізико-хімічні властивості бензойної кислоти.

Пояснити області застосування бензойної кислоти.

Яких заходів техніки безпеки необхідно додержуватись при синтезі бензойної кислоти?

 

Таблиця 7 - Властивості вихідних речовин і продуктів реакції

Речови­на	Молярна маса	Темпе­ратура плав­лення t,°С	Темпе­ратура кипіння t,°С	Густина ρ, кг/м3	Показник залом­лення n 20D	Розчинність, s	Примітка
Толуол
Калій перманганат
Хлоридна кислота
Бензойна кислота

 

 

Змн.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.

Т 00. 5.05130101.05. ЛР

РОЗРАХУНКИ ТА ВИСНОВКИ:

ЛІТЕРАТУРА:

1. Храмкина М.Н. Практикум по органическому синтезу.- Л.: Химия, 1988. С 166 – 170, 183 - 184.

2. Храмкина М.Н. Практикум по органическому синтезу.- М.: Химия, 1974.

3. Гороновский И.Г. Краткий справочник по химии.- К.:Наукова думка, 1974.

4. Потапов В.М., Татаринчик С.Н. Органическая химия. М.: Химия,1980.

5. Аверина А.В. Лабораторный практикум по органической химии.- М.: Высш.шк., 1980.

 

Витрачено робочих годин __________________

Препарат здано_____________________________ Відмітка про здачу речовини

Підпис викладача

 

РАСТВОРЫ НЕЭЛЕКТРОЛИТОВ

РАСТВОРЫ НЕЭЛЕКТРОЛИТОВ, бинарные или многокомпонентные мол. системы, состав к-рых может изменяться непрерывным образом (по крайней мере, в нек-рых пределах). В отличие от растворов электролитов, в растворахнеэлектролитов (мол. р-рах) заряженные частицы в сколько-нибудь заметных концентрациях отсутствуют. Растворынеэлектролитов могут быть твердыми, жидкими и газообразными. В данной статье рассматриваются жидкие р-ры; см. также Твердые растворы.

Взаимная р-римость двух жидкостей при заданных т-ре Т и давлении р м. б. полной (неограниченной) или ограниченной. В последнем случае р-ры в нек-рой области составов расслаиваются, т. е. разделяются на две жидкие фазы, отличающиеся по концентрации. В многокомпонентных расслаивающихся р-рах число сосуществующих жидких фаз м. б. более двух. Если один (или более) из компонентов раствора неэлектролитов в чистом состоянии при заданных Т и р является газом или твердым телом, область существования раствора неэлектролитов простирается от чистой жидкости (смеси жидкостей), выступающей в роли р-рителя, до состава, отвечающего насыщ. р-ру.

Растворы неэлектролитов служат средой, в к-рой протекают многие прир. и пром. процессы. Изучение и прогнозирование св-в этих систем тесно связаны с такими практич. проблемами, как подбор р-рителей для реализации технол. процессов, получение систем с заданными св-вами, разделение прир. и пром. смесей (включаягазы и нефти), глубокая очистка в-в.

Физ. химия изучает широкий диапазон св-в р-ров. Наиб. разработана и имеет практически важные применения равновесная термодинамика р-ров; дальнейший материал посвящен в осн. этому разделу физ. химии р-ров. Кроме того, изучаются транспортные св-ва р-ров-диффузия, теплопроводность, вязкость (см. Физико-химическая гидродинамика), а также спектроскопич., электрич., акустич. и др. физ. св-ва. Методы исследования макроскопич. св-врастворов неэлектролитов и их структурных характеристик во многом аналогичны методам исследования индивидуальных жидкостей, но осн. внимание уделяется рассмотрению концентрац. зависимостей св-в. Важнейшая задача физ.-хим. исследований - установление связи между наблюдаемыми на опыте св-вами, структурой р-ров и характеристиками межмолекулярных взаимодействий. Эксперим. информацию о структуре р-ров и межмолекулярных взаимод. в них дают методы оптической и радиоспектроскопии, дифракционные, электрич. и др. Важную роль в изучении растворов неэлектролитов играет физико-химический анализ, основанный на построении и исследованиифазовых диаграмм, концентрац. зависимостей термодинамич. и др. физ. св-в (показателя преломления, вязкости,теплопроводности, акустич. характеристик и др.). При этом одна из главных задач состоит в том, чтобы на основаниианализа диаграмм состав - свойство устанавливать факт образования хим. соединений между компонентамирастворов неэлектролитов и находить их характеристики.

Значит. влияние на физ. св-ва р-ров (в частности, на рассеяние света) оказывают флуктуации плотности,концентрации, ориентации молекул. Роль флуктуации концентрации особенно велика вблизи критич. точки р-римости (см. Критические явления).

Концентрационные зависимости термодинамических функций. Особенностью термодинамич. описания растворовнеэлектролитов по сравнению с чистыми компонентами является наличие дополнит. термодинамич. степеней свободы системы, связанных с возможностью изменения состава системы (см. Фаз правило). Число степеней свободы гомогенного n-компонентного р-ра равно n+1. В качестве переменных, определяющих его состояние, наиб. удобно выбрать давление р, т-ру Т и концентрации п — 1 компонентов. Состав растворов неэлектролитов чаще всего выражают через молярные доли компонентов x_i, считая независимыми переменными молярные доли всех компонентов, кроме n-го x₁,..., x_n-1. Для задания концентрации используют и др. шкалы (молярности с, моляльностит).

При описании концентрац. зависимостей термодинамич. ф-ций важную роль играют парциальные молярные величины M_i для i-го компонента, определяемые соотношением:

где М-любая экстенсивная термодинамич. ф-ция (объем V, внутр. энергия U, энтальпия H, энтропия S, энергии Гельм-гольца и Гиббса F и G, теплоемкость С_р и т.д.), m_i-число молей. Важнейшая парциальная молярная величина-химический потенциал m_i (парциальная молярная энергия Гиббса); именно через хим. потенциалы формулируются условия хим. и фазового равновесий в системе.

Концентрац. зависимость термодинамич. св-в растворов неэлектролитов нередко характеризуют функциямисмешения М^т - изменением термодинамич. ф-ции М при образовании р-ра из чистых жидкостей. Рассматриваютсмешение при изотермо-изобар-ных (Т, р = const) или изотермо-изохорных (Т, V = const) условиях, причем наиб. практич. интерес представляет случай Т, р — const. Молярная ф-ция смешения при этих условиях () определена соотношением:

где -молярное значение ф-ции M для чистой жидкости i при заданных Т и р. В частности, молярная энергия Гиббса смешения

где -хим. потенциал чистой жидкости i при заданных Т и р. Для чистых жидкостей (рис., а). Поскольку образование р-ра при смешении жидкостей - самопроизвольный процесс, то G^m < 0.

Функции смешения для реального и идеального р-ров (а) и избыточные термо-динамич. функции (б). Система пропанол - циклогексан, 298,5 К; x₁-молярная доля пропанола.

Парциальная молярная ф-ция смешения имеет вид:

Термодинамич. соотношения, связывающие величины и М^m между собой и с др. термодинамич. параметрами, аналогичны соотношениям, связывающим M_i и М. Так,

Зависимости энергии смешения Гиббса и хим. потенциалов смешения от т-ры и давления выражаются соотношениями:

Вдали от критич.точки равновесия жидкость-пар влияние давления на ф-ции смешения жидкого р-ра, как правило, незначительно и им нередко пренебрегают.

Идеальные растворы. Имеется неск. по существу идентичных определений идеального р-ра. Согласно одному из наиб. удобных, это р-р, хим. потенциалы компонентов к-рого во всей областиконцентраций отвечают ур-нию:

где -хим. потенциал чистой жидкости i при тех же давлении и т-ре, что и рассматриваемый р-р, R-газовая постоянная. Ф-ции смешения идеального р-ра:

При образовании идеального р-ра энергетич. изменений не происходит, изменяются только энтропия системы и энтропийные составляющие термодинамич. ф-ций.

Если р-р идеальный, а равновесный с ним пар ведет себя как идеальный газ, выполняется Рауля закон:

где p_i-парциальное давление i-го компонента над р-ром, -давление насыщ. пара чистой жидкости при рассматриваемой т-ре.

Идеальный р-р-гипотетич. система, компоненты к-рой одинаковы по характеристикам межмол. взаимодействий. Так, для бинарного р-ра одинаковыми должны быть потенциалы парного взаимод. компонентов 1 и 2 u₁₁, и₂₂ и u₁₂ (форма потенциалов м. б. любой; в частности, не исключается возможность специфич. взаимод. компонентов 1-1, 2-2 и 1-2 одинаковой интенсивности). При выполнении указанного требования смешение жидкостей не сопровождается энергетич. изменениями. Т.к. число разл. конфигураций в результате смешения увеличивается в раз (N_i-число частиц i-го сорта, N = SN_i), то энтропия смешения где k-постоянная Больцмана; получаем ф-лы (10).

Поведение, близкое к идеальному, обнаруживают р-ры, образованные молекулами разл. изотопного состава (напр., С₆Н₁₂ и C₆D₁₂), оптич. изомерами, соседними гомологами с большой длиной цепи (напр., алканами С₂₅ и С₂₆) и т.д.

Бесконечно разбавленные растворы неэлектролитов. Р-р наз. бесконечно разбавленным по компоненту i, если x_i:0. Для определенности будем говорить о бинарном р-ре 1-2 при х₂:0 (1-р-ри-тель, 2-растворенное в-во). Особенность такого р-ра состоит в том, что молекулы растворенного в-ва окружены лишь молекулами р-рителя; взаимод. междумолекулами растворенного в-ва (типа 2-2)отсутствуют, существенны лишь взаимод. типа 1-1 и 1-2. Пока р-р остается бесконечно разбавленным и взаимод. 2-2 не проявляются, добавляемые молекулы 2 попадают в среднем в одинаковые условия взаимод. с окружением и каждая дополнительно вносимая молекула дает такой же вклад в среднюю энергию системы, объем и др. св-ва, как и предыдущие. Парциальные молярные энергетич. характеристики р-ра остаются неизменными, и концентрац. зависимость хим. потенциалов компонентов определяется чисто энтропийным вкладом RTlnx_i, как и в случае идеального р-ра. Т. обр., при x₂:0

Здесь -хим. потенциал чистого р-рителя. Стандартный хим. потенциал относится к гицотетич. чистой жидкости2, в к-рой компонент 2 обладает теми же парциальными молярными энергетич. св-вами, что и в бесконечно разб. р-ре.

При х₂: 0 m₂: —,; S₂:,; предельные значения парциальных внутр. энергии, энтальпии, объема растворенного в-ва конечны.

Для бесконечно разб. р-ров выполняется ряд простых количеств. закономерностей, к-рые получили назв. законов разб. р-ров. Это закон Рауля (11) для р-рителя и Генри закон для растворенного в-ва р₂ = К_гх₂, где р₂ - парциальноедавление пара растворенного в-ва, x₂-его молярная доля в р-ре, К_г - постоянная Генри; закон Вант-Гоффа для осмо-тич. давления p = RTc, где p-осмотич. давление, с-молярная концентрация растворенного в-ва (см. Осмос); закономерности понижения т-ры замерзания р-ров и повышения т-ры их кипения, если растворенное в-во нелетуче. Для данного р-рителя при фиксированных Т и р давление пара, осмотич. давление, т-ры кипения и замерзания р-ра оказываются зависящими только от концентрации растворенного в-ва, но не от его природы, что объединяет названные св-ва в общее понятие коллигативных.

Важной характеристикой бесконечно разб. р-ров являются функции сольватации-изменения термодинамич. ф-ций (энергии, энтальпии, стандартной парциальной энтропии, стандартного хим. потенциала и др.) при переносе растворенного в-ва из идеальной газовой фазы в бесконечно разб. р-р. Ф-ции сольватации несут количеств. информацию об интенсивности взаимод. молекул растворенного в-ва с р-ри-телем.