Растворы и окружающая среда

Растворы и окружающая среда

Растворы — физико-химические системы, состоящие из растворителя, растворенного вещества и продуктов химического взаимодействия растворителя и растворенного вещества.

Физическая теория

Вильгельм Оствальд

Сванте Аррениус

Якоб Хендрик Вант-Гофф

• Растворы – однородные смеси, состоящие из двух или более веществ.
• Растворение – это диффузия.

Химическая теория

• В 1887 году доказал, что растворение является результатом химического взаимодействия растворенного вещества с молекулами воды
• В 1906 году предсказал, что обе точки зрения приведут к общей теории растворов

Растворы

• Коэффициент растворимости показывает сколько граммов вещества может растворяться в 100 г растворителя. В соответствии с этим растворы могут быть:
• насыщенными
• ненасыщенными
• пересыщенными

• Насыщенный раствор  — раствор , в котором растворённое вещество при данных условиях больше не растворяется. Осадок данного вещества находится в равновесном состоянии с веществом в растворе.

• Ненасыщенный раствор — раствор, в котором при данных условиях можно растворить еще некоторое количество растворенного вещества.

• Ненасыщенный раст вор — раствор, в котором при данных условиях можно растворить еще некоторое количество растворенного вещества.

• Пересыщенный раствор — раствор , содержащий при данных условиях больше растворённого вещества, чем в насыщенном растворе, избыток вещества легко выпадает в осадок. Обычно пересыщенный раствор получают охлаждением раствора, насыщенного при более высокой температуре.

Дисперсные системы — это такие системы, в которых одно вещество равномерно распределено в виде частиц в другом веществе.

В таких системах различают дисперсионную среду и дисперсную фазу (раздробленное в дисперсионной среде вещество).

Важнейшей характеристикой дисперсных систем является степень дисперсности, т.е. средний размер частиц дисперсной фазы.

По степени дисперсности дисперсные системы делятся на:

а) грубодисперсные (средний диаметр частиц более 100 нм);

б) тонко (высоко) дисперсные, или коллоидные системы (диаметр частиц от 1 до 100 нм);

в) истинные растворы (диаметр частиц менее 1нм).

От степени дисперсности зависят свойства дисперсных систем, в частности, их устойчивость.

Грубодисперсные системы являются неустойчивыми и со временем разделяются на дисперсную фазу и дисперсионную среду.

Коллоидные системы значительно более устойчивы.

В зависимости от агрегатного состояния дисперсионной среды и дисперсной фазы выделяют следующие основные виды дисперсных систем:

Коллоидные растворы — это высокодисперсные двухфазные системы, состоящие из дисперсионной среды и дисперсной фазы размер частиц последней от 1 до 100 нм.

Коллоидные растворы по размерам частиц являются промежуточными между истинными растворами и суспензиями и эмульсиями. Коллоидные частицы обычно состоят из большого числа молекул или ионов.

Коллоидные раствору иначе называют золями.

Золи обладают рядом специфических свойств, которые подробно изучает коллоидная химия.

Так, золи в зависимости от размеров частиц могут иметь различную окраску, а у истинных растворов она одинаковая.

Например, золи золота могут быть синими, фиолетовыми, вишневыми, рубиново-красными .

В отличие от истинных растворов для золей характерен эффект Тиндаля, т. е. рассеяние света мелкими частицами.

При пропускании через золь пучка света появляется светлый конус, видимый в затемненном помещении.

Так можно распознать является данный раствор коллоидным или истинным.

Основываясь на различной величине частиц коллоидных и истинных растворов, можно разделить их смесь.

Для этого подбирают пористую перепонку (пергаментную бумагу, животный пузырь и др.) с такими мелкими порами, через которые коллоидные частицы пройти не могут, а проходят только молекулы и ионы.

Такой способ освобождения золя от частиц истинного раствора называется диализом, а прибор — диализатором.

Коллоидные частицы называются мицеллами.

Строение мицеллы рассмотрим на примере образования коллоидного раствора йодида серебра, получаемого при взаимодействии очень разбавленных растворов нитрата серебра и йодида калия:

Нерастворимые молекулы йодида серебра образуют ядро коллоидной частицы. Вещество ядра, имеющее кристаллическую или аморфную структуру, нерастворимо в дисперсионной среде и состоит из нескольких тысяч нейтральных молекул или атомов. В рассматриваемом примере ядро — микрокристаллик йодида серебра, состоящий из большого числа m молекул Agl:

Полученное ядро адсорбирует на своей поверхности те или иные ионы, имеющиеся в растворе. Обычно адсорбируются те ионы, которые входят в состав ядра,

т. е. в данном случае ионы серебра или ионы йода.

Если коллоидный раствор получают при избытке йодида калия, то адсорбируются ионы йода.

Они достраивают кристаллическую решетку ядра, прочно входят в его структуру, образуя адсорбционной слой, и придают ядру отрицательный заряд:

m[AgI]nI - .

Ионы, адсорбирующиеся на поверхности ядра и придающие ему соответствующий заряд, называются потенциал определяющими ионами.

В растворе находятся также и ионы, противоположные по знаку потенциалопределяющим ионам, их называют противоионами.

В нашем примере противоионами являются катионы К + , которые электростатически притягиваются потенциалопределяющими ионами адсорбционного слоя.

Часть противоионов К + входит в адсорбционный слой. Ядро с адсорбционным слоем называется гранулой:

Оставшаяся часть противоионов образует диффузный слой ионов.

Ядро с адсорбционным и диффузным слоями и представляет собой мицеллу:

Наличие одноименного заряда у всех гранул данного коллоидного раствора (золя) является важным фактором его устойчивости. Заряд препятствует слипанию и укрупнению коллоидных частиц.

При добавлении к золям электролитов происходит уменьшение зарядов гранул, что приводит к слипанию частиц.

Соединение коллоидных частиц в более крупные агрегаты называется коагуляцией.

В результате коагуляции частицы могут или выпасть в осадок под влиянием силы тяжести (этот процесс называется седиментацией), или образовать полутвердую упругую массу (гель, или студень).

Обычно коагуляцию проводят прибавлением к золю:

1 ) электролита;

2) другого золя, частицы которого имеют противоположный заряд;

3) нагреванием.

Чаще всего золи коагулируют прибавлением электролита. В этом случае заряды коллоидных частиц нейтрализуются ионами электролита.

Причем золи, содержащие положительно заряженные частицы, коагулируют под действием анионов, а золи, содержащие отрицательно заряженные частицы,— под действием катионов.

Истинные растворы .

Истинные растворы, чаще называемые «растворами» в природе имеют огромное значение.

Растения усваивают вещества в виде растворов. Усвоение пищи связано с переводом питательных веществ в раствор.

Все природные воды тоже растворы.

В растворах величина частиц раcтворенного вещества не превышает 1нм. Это соответствует размерам атомов, ионов, молекул. Поэтому растворы представляют собой однородные системы.

Растворы — гомогенные (однородные) системы переменного состава, содержащие два или несколько компонентов.

Для приготовления любого раствора необходимы растворитель и растворяемое вещество, которые называются компонентами раствора.

Растворитель - это компонент, который преобладает в растворе и находится в том же агрегатном состоянии, что и раствор.

Растворенное вещество — это вещество, молекулы которого равномерно распределены между молекулами растворителя.

Классификация растворов.

1. По агрегатному состоянию растворы делятся на: жидкие (например, раствор сахара в воде);

и газообразные (например, воздух); твердые (например, сплавы металлов).

2. По типу растворителя жидкие растворы делятся на: вводные (растворитель-вода); неводные (растворитель — спирт, бензол, эфир, ацетон и т.д.).

3. По количеству растворенного вещества растворы делятся на:

Концентрированные ( растворы содержат такое количество растворенного вещества, которое сравнимо с количеством растворителя).

Разбавленные (растворы содержат очень малое количество растворенного вещества по сравнению с количеством растворителя).

4 . По максимальному содержанию вещества в растворе, последние бывают:

насыщенные (растворы, в которых не может более растворяться данное вещество при данной температуре);

ненасыщенные (растворы, в которых при данной температуре еще может раствориться данное вещество).

Количественной характеристикой растворимости является коэффициент растворимости.

Коэффициент растворимости , или растворимость, показывает, какая максимальная масса вещества может раствориться в одном литре растворителя при данной температуре с образованием насыщенного раствора. Растворимость выражают в граммах на литр (г/л).

Концентрация — это величина, характеризующая относительное содержание данного компонента в смеси или растворе.

Благодарю за внимание!