РАСТВОРЫ. РАСТВОРИМОСТЬ ВЕЩЕСТВ В ВОДЕ. СВОЙСТВА РАСТВОРОВ

Раствором называют гомогенную систему переменного состава, состоящую из двух или более компонентов и связанных между собой силами физического и химического взаимодействия.

Растворителем называют компонент, концентрация которого выше концентрации других компонентов.

Общими, или коллигативными (коллективными), являются свойства растворов, которые зависят от концентрации и практически не зависят от природы растворенных веществ. Такие свойства в полной мере проявляются в идеальных растворах.

Идеальным называют раствор, в котором не происходят химические реакции между компонентами, а силы межмолекулярного взаимодействия между компонентами одинаковы.

К идеальным растворам по своим свойствам приближаются очень разбавленные растворы с низкой концентрацией растворенного вещества. К общим свойствам растворов относятся понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором и температуры замерзания, повышение температуры кипения и осмотическое давление. Эти свойства проявляются в случае растворов нелетучих растворенных веществ.

Французский ученый Р. Рауль открыл закон, согласно которому понижение давле­ния насыщенного пара растворителя А над раствором Dр_А пропорционально молярной доле растворенного нелетучего вещества х_В:

р^о_А – р_А =Dр_А = р^о_А × х_В, (1)

где р^о_А, р_А – давления насыщенного пара растворителя соответственно над чистым растворителем и над раствором; Dр_А – разность между давлениями насыщенного пара растворителя над раствором р_А и растворителем р^о_А.

Из уравнения (1) следует, что с увеличением содержания нелетучего растворенного компонента давление пара растворителя над раствором уменьшается. Из закона Рауля возникают два следствия.

Согласно одному из них температура кипения раствора выше температуры кипения растворителя.

Повышение температуры кипения DТ_кип пропорционально моляльности раство- ра c_m.

Относительное понижение температуры замерзания или относительное повышение температуры кипения раствора пропорционально его концентрации:

DТ_кип = K_э× c_m, (2)

где К_э– эбулиоскопическая постоянная растворителя.

Согласно второму следствию из закона Рауля температура замерзания (кристаллизации) раствора ниже температуры замерзания (кристаллизации) чистого растворителя.

 

Понижение температуры замерзания DТ_зам пропорционально моляльности раствора:

DТ_зам = K_к× c_m, (3)

где К_к – криоскопическая постоянная.

Используя уравнения (2) и (3), можно определить молярную массу вещества. Для этогоэкспериментально определяют DТ_зам или DТ_кип раствора. Если известна масса растворенного вещества m_В и растворителя m_А, то молярную массу растворенного вещества М_В определяют по уравнению

М_В = , (4) где K = K_к либо K = К_э. Более точные данные получают по измерению температуры замерзания.

Самопроизвольный переход растворителя через полупроницаемую мембрану, разделяющую раствор и растворитель или два раствора с различной концентрацией растворенного вещества, называется осмосом. Осмос обусловлен диффузией молекул растворителя через полупроницаемую перегородку, которая пропускает только молекулы растворителя. Осмотическое давление возрастает с увеличением концентрации растворенного вещества и температуры. Вант-Гофф предположил, что для осмотического давления можно применить уравнение состояния идеального газа

pV = nRT или p = , откуда p = cRT, (5) где p – осмотическое давление; с – молярная концентрация раствора.

Молярная масса растворенного вещества может быть определена путем измерения осмотического давления раство­ра (p) и рассчитана по уравнению Вант-Гоффа:

p = (m/MV) RT; (6)

M = mRT/(pV). (7)