Основни определения и термини
Когато се работи с разтвори, е удобно един от компонентите да се нарича разтворител, а останалите компоненти - разтворени вещества. Помислете за пример: когато натриевият хлорид (твърдо вещество) се смеси с вода, се получава течен разтвор. Следователно водата е разтворител, натриевият хлорид е разтворено вещество.
По този начин разтворителят е компонент на разтвор, който запазва физическото си състояние, когато се образува разтвор. Ако всички компоненти на разтвора преди смесването са в една и съща фаза, разтворителят е компонентът, който се съдържа в най-голямо количество; останалите вещества се наричат разтворени вещества. Разтворимостта на твърдите вещества обикновено се увеличава с повишаване на температурата.
Концентрацията се разбира като количеството вещество, разтворено в даден обем от разтвор или разтворител. Концентрацията на разтвор може да се характеризира качествено и количествено. За качествено описание на концентрацията се използват понятия като разреден, концентриран, ненаситен, наситен и свръхнаситен разтвор.
Мярка за разтворимостта на дадено вещество е неговата концентрация в неговия наситен разтвор при дадена температура. Количествено, разтворимостта обикновено се изразява като броя на грамовете вещество, което може да се разтвори в 100 g разтворител при дадена температура. Това число се нарича коефициент на разтворимост или разтворимост на веществото. Например, разтворимостта на NaCl във вода при 20°C е 36,0 г. Ако при тази температура към този разтвор се добави малко повече NaCl, добавеният излишък няма да се разтвори, а ще остане като утайка. Такъв разтвор се нарича наситен.
Разтвор, съдържащ разтворено вещество в по-малко количество, отколкото се съдържа в наситен разтвор (по-малко от неговата разтворимост),наречени ненаситени. Свръхнаситен разтвор е разтвор, в който веществото е разтворено повече от неговата разтворимост.
Разтворите се характеризират с моларна концентрация, моларна, масова, обемна част на разтворимото вещество.
При химичните изчисления най-често се използва моларна концентрация. Моларната концентрация на разтвор се определя като количеството вещество, мол, разтворено в литър разтвор:
. (3.1)
Единицата за моларна концентрация е mol/L.
Молната част на компонента на разтвора се дава от уравнението
. (3.2)
Масова фракция - отношението на масата на разтвореното вещество към обема на разтвора. Математическата дефиниция на масовата част на компонента на разтвора се дава от уравнението
. (3.3)
Обемна фракция - броят обеми на разтвореното вещество в 100 обема разтвор. Например, разтворимостта на водорода е посочена като 0,0125; това означава, че 100 литра разтвор съдържат 0,0125 литра водород, или 12,5 мл.
Единици за молар, маса, обемна фракция -%, ‰, ppm.
СимволътXобикновено се използва за обозначаване на молната фракция на разтвора, с индекс, указващ въпросния компонент. Например, моларната фракция на HCl в разтвор на солна киселина се записва катоXHC1. Сумата от молните фракции на всички компоненти на разтвора трябва да бъде равна на единица.
Моларността се определя като количеството разтворено вещество на килограм разтворител.
. (3.4)
Единицата за молалност е mol/kg.
Познавайки плътността на разтвора, използвайки справочника, намерете съотношението на разтвореното вещество в него. Изчислете концентрацията на разтвора.
За да конвертирате от маса в обем, можете да използвате формулата
къдетоV,m,dса съответно обем, маса и плътност.
Въпроси засамоподготовка и контрол
1. Какво е разтворител? разтворено вещество?
2. Как се променя разтворимостта на повечето твърди вещества с повишаване на температурата?
3. Какви разтвори се наричат наситени, ненаситени и пренаситени?
4. Обяснете какви разтвори се наричат разредени и концентрирани.
5. Каква е концентрацията на разтвора? Как можете да изразите концентрацията на разтвор?
6. Определете масовата и обемната част. Каква е разликата между масовата част и обемната фракция?
7. Какви разтвори се наричат моларни?
8. Какво означава молната част на компонента на разтвора и как се определя?
9. Какво се нарича плътност на разтвора? В какви единици се изразява плътността на разтвора?
10. Еднаква ли е плътността на разтворите на солна киселина с различни концентрации?
11. Как, знаейки плътността на разтвора, да определите дела на веществото в него?
Решение на типови задачи
Задача 1. 4 g сол се разтварят в 80 g вода. Определете масата, g, в 100 g от разтвора и разтворимостта на тази сол.
Разтвор. Намерете масата на разтвора: 80+4=84 g.
1. Определяне на масата на солта в 100 g разтвор:
| 84 g съдържат 4 g сол на 100 "x" |
2. Определяне на разтворимостта на солта в 100 g разтвор:
| 80 g вода се разтварят 4 g сол 100 g "x" |
Задача 2. Изчислете масата и молалността на воден разтвор на H2SO4, чиято плътност при 20°C е 1,303 g/cm 3 .
Разтвор. Според референтната таблица (Приложение 1) намираме, че такъв разтвор съдържа 40% H2SO4; литър от този разтвор тежи 1303 г. За да изчислим масата на H2SO4, съставяме пропорцията:
| 100 g разтвор съдържа 40 g H2SO4 1303 g«x | Ж. |
За да изчислите молалността на разтвор, трябва да изчислите броя на грамовете H2SO4 в 1000 g вода (разтворител). Тъй като е даден 40% разтвор, 40 g H2SO4 се съдържат в 60 g вода. От тук правим пропорция:
| 60 g вода съдържа 40 g H2SO4 1000 g "x | . |
Тъй като 1 mol H2SO4 е равен на 98 g и 1000 g (1 kg) от разтвора съдържа 666,7 g H2SO4, молалността на разтвора е: 666,7/98=6,8 mol/kg.
Задача 3. 250 ml разтвор на калциев хидроксид съдържа 3,705 g Ca(OH)2. Изчислете моларната концентрация на този разтвор.
Разтвор. Първо, нека изчислим колко грама се съдържат в 1000 ml разтвор. Да направим пропорция:
| 3,075 g Ca(OH)2 се съдържат в 250 mlxCa(OH)2 « 1000 ml | Ж. |
Моларната концентрация се определя от следната зависимост:
| 74,10 g/l - 1 mol 14,82 g/l -x | мол/л. |
Задача 4. Изчислете моларната фракция на HCl в разтвор с масова част на HCl от 36%.
Разтвор. Да приемем, че има 100 g разтвор. Тогава разтворът трябва да съдържа 36 g HCl и 64 g H2O.
| 1 литър от 1 mol/l разтвор съдържа 36,5 g HClx≈ 36 g HCl | . |
| Маса на 1 mol воден разтвор 18 gx« 64 g | мол/л. |
Моларна фракция, %, се изчислява по формула (3.5)
XHC1=