Химия - Фролов В.В.
Скачать (прямая ссылка):
ния прежние).
Значения криоскопических и эбуллиоскопических констант для некоторых веществ приведены в табл. 7.3.
Т а б л и ц а 7.3. Криоскопические и эбуллиоскопические константы для некоторых веществ
Вещество Л'крист, К Л'кіш, К Вещество Л'крист. К Л'кип. К
Вода ] 86 0,512 Олово 35,9
Бензол 5,12 2,67 Свинец 122,5 —
Эфир 1,79 2,11 Медь 80,0 —
Фенол 7,27 3,04 Железо 100,0 —
Анилин 5,87 3,22 ' Цинк 34,1
Законы Рауля можно использовать для определения молекулярных масс растворенных веществ. Для этого дифференциальным термометром определяют разность температур (обычно, кристал
183
Рис. 106. Схема определения осмотического давления раствора
лизации — криоскопия), и, зная массы растворителя и растворенного вещества, вычисляют молекулярную массу по уравнению
.. ml ООО ,,
М = Д,ф||,т-?--. (7.26)
Л1 криггк
Определением молекулярной массы можно выяснить поведение молекул растворенного вещества в растворе. Если молекулярная масса увеличивается, то это означает ассоциацию молекул в растворе:
2Л А2
Если молекулярная масса уменьшается, то это означает процесс диссоциации молекул в растворе (чаще всего электролитической диссоциации). По величине изменения молекулярной массы можно вычислить приближенно степень элект-. ролитической диссоциации.
Законы Рауля также применяют при подборе депрессанта к припоям в металлических системах — сплавах — для понижения их температуры плавления.
Осмос, осмотическое давление и закон Вант-Гоффа. Осмос — односторонняя диффузия, возникающая в растворах при наличии полупроницаемой перегородки, которая может пропускать молекулы растворителя, но не пропускает молекулы растворенного вещества. В результате в раствор, помещенный в сосуд с полупроницаемыми стенками, проникает растворитель, разбавляя его и увеличивая при этом его объем. Если в пробку такого сосуда вставить трубку (рис. 106), то жидкость в ней будет подниматься за счет увеличения объема раствора до тех пор, пока гидростатическое давление не уравновесит осмотическое давление в растворе.
Вант-Гофф, предполагая поведение растворенного вещества в растворе аналогичным его поведением в газообразном состоянии, предложил для расчета осмотического давления уравнение Клапейрона—Менделеева (1.13) в следующем виде:
я = CRT,
где л —- осмотическое давление; С — молярная концентрация (C=n/v); R — газовая постоянная, Т—абсолютная температура. Экспериментальная проверка таких расчетов дала удовлетворительное совпадение результатов для растворов малой концентрации.
Осмотические давления могут быть весьма значительными. Так, например, осмотическое давление молярного раствора любого вещества, не распадающегося на ионы, при нормальных условиях
я = 2,269 МП а.
Растворы, обладающие одинаковым осмотическим давлением, называются изотоническими.
184
Осмотические явления играют чрезвычайно важную роль в биологии и биохимии, регулируя обменные реакции в организме; в машиностроении и технологии машиностроения эти явления почти не используются.
7.3. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ОБРАЗОВАНИИ РАСТВОРОВ
Как указывалось ранее (с. 169), избирательность растворения определяется силами межмолекулярного взаимодействия. Особенно отчетливо это проявляется при образовании растворов газов в жидкостях, так как частицы газа обладают высокой подвижностью и при растворении газов не надо учитывать строение растворяющегося вещества, т. е. потенциальной энергией системы можно пренебречь.
Процесс растворения молекул газа в жидкости можно представить в виде отдельных стадий.
Первая стадия процесса растворения — это контакт между молекулами газа и пограничным слоем жидкости, создающейся в результате теплового движения молекул газа. Увеличение парциального давления увеличивает число таких контактов при данной температуре и этим влияет на растворимость.
Вторая стадия — установление взаимодействия между молекулами газа и молекулами поверхности раздела жидкости, обладающими избыточной энергией за счет своей неуравновешенности (поверхностное натяжение). Энергия взаимодействия между молекулами понижает поверхностную энергию пограничного слоя и создает условия для проникновения молекул газа в объем жидкой фазы.
Третья стадия растворения — диффузия растворенного газа в объем жидкости. Чаще всего диффундируют не элементарные молекулы газа, а их комплексы с растворителем, образовавшиеся при уста и о в л е и и и м еж м о л е к у л я р н о го взаимодействия.
Вторая стадия растворения, обусловленная силами межмолекулярного взаимодействия, зависит от строения молекул растворяемого вещества и растворителя. В табл. 7.2 были приведены некоторые данные по растворимости различных газов в воде. Растворимость неполярных газов Н2, М2, 02 (|л = 0) в воде очень мала, так как между ними и полярными молекулами воды могут возникать лишь дисперсионные силы взаимодействия, что приводит к малой энергии связи. Молекулы диоксида углерода С02 (ц, = 0) обладают полярными связями и при взаимодействии с молекулами воды могут приобрести большой индуцированный электрический момент — растворимость С02 в воде значительная. Полярные газы НС1 (|х = 0,35 • 10 29 Кл • м) и ШТ3 (р, = 0,482 • 10 29 Кл • м). в воде растворяются очень хорошо и ориентационные силы межмолекулярного взаимодействия не только создают условия для растворения, но и меняют строение молекул газов, растворенных в воде (диссоциация).
