Молекулярная физика. Том 2 - Матвеев А.Н.
Скачать (прямая ссылка):
оно называется растворителем, а другие - растворенными веществами.
Растворы, состоящие из двух веществ, называются бинарными.
Количественные характеристики. Относительную концентрацию веществ в
растворе удобно характеризовать молярной концентрацией, определяемой как
отношение числа молей одного из веществ в растворе к общему числу молей:
4i = ViAvj + v2), q2 = v2/(vj + v2), 4i + 42 = 1- (37Ла)
Удобство такой характеристики состоит в том, что она дает долю числа
молекул (или атомов) каждого из веществ относительно полного числа
молекул в растворе. В самом деле, по определению для чисел атомов имеет
IV! = iVAvb N2 = Nav2, где Na - постоянная Авогадро. Поэтому выражение
(37.1а) может быть записано в виде
Концентрация часто характеризуется относительной величиной масс
компонент, входящих в раствор. Тогда вместо (37.1) концентрации q\ и q2
определяются формулами
где т1 и т2 - массы компонент, входящих в раствор.
Растворимость. Раствор может быть образован как в результате растворения
в жидкости твердых веществ, так и смешением жидкостей. При этом возможны
различные случаи.
Бывают ситуации, когда в растворе может присутствовать любое количество
компонент. В некоторых ситуациях существует предел концентрации одного из
веществ. При дальнейшем добавлении этого вещества в раствор оно уже не
растворяется. Например, нельзя растворить в данном количестве воды сколь
угодно большое количество сахара. В этом случае максимальная равновесная
концентрация называется растворимостью. Она зависит от давления и
температуры. Твердые вещества всегда имеют предел концентрации при
растворении в жидкости. Жидкости в большинстве случаев (например, спирт и
вода) смешиваются в любых пропорциях.
Теплота растворения. Механизм растворения сводится к разрыву связей между
молекулами каждого из исходных веществ и образованию новых связей между
молекулами веществ, находящихся в растворе. Во многих случаях при
растворении молекулы вещества распадаются на свои составные части - ионы
(у солей, щелочей и т. д.).
Обычно на разъединение молекул при растворении вещества затрачивается
определенная энергия. Благодаря этому при растворении происходит
охлаждение. Энергия, затраченная на растворение, на стаете я теплотой
растворения.
4i - N J(N! + N2), q2 - N2/(Ni + N2), q1 -f 42 - 1-
(37.16)
q\ = mJinii + m2), q'2 = m2/(mt + m2), q\ + q'2
= 1,
(37.2)
286 4. Газы с межмолекулярным взаимодействием и жидкости
После разъединения молекул растворяемого вещества силы притяжения между
молекулами растворенного вещества и растворителя могут быть столь
значительными, что приводят к образованию комплексов молекул. При этом за
счет работы сил притяжения внутренняя энергия увеличивается и происходит
нагревание. Если это нагревание больше, чем охлаждение при разъединении
молекул растворяемого вещества, то чистый итог процесса растворения
сводится к нагреванию при растворении. Выделяющаяся при этом теплота
также называется теплотой растворения. К таким случаям относится,
например, растворение кислот в воде. Взаимодействие между молекулами в
газах очень слабое. Поэтому растворение газов в большинстве случаев
сопровождается выделением теплоты.
Идеальные растворы. Это такие растворы, у которых теплота растворения
равна нулю. Ясно, что в этих растворах характер взаимодействия между
молекулами растворенного вещества и растворителя такой же, как и между
молекулами растворителя. Это означает, что взаимодействие между
молекулами в растворе не меняется, если заменить некоторое число молекул
растворенного вещества на такое же число молекул растворителя, и
наоборот.
Закон Рауля. Из условия динамического равновесия на границе между
насыщенным паром и раствором следует, что давление насыщенных паров
растворителя должно быть меньше их давления над чистым растворителем во
столько же раз, во сколько плотность молекул растворителя меньше, чем
когда он является чистым, без растворенного в нем вещества. Иначе говоря,
давление насыщенных паров уменьшается во столько раз, во сколько
уменьшается концентрация растворителя:
где pi - давление насыщенных паров над раствором, р1(0) - давление
насыщенных паров над чистым растворителем. Аналогично для давления р2
насыщенных паров растворенного вещества получаем
Формулы (37.3) и (37.4) выражают закон Рауля для идеальных растворов.
Однако он достаточно хорошо выполняется также для всех слабых растворов
(не обязательно идеальных), если речь идет о насыщенных парах
растворителя. Это
§ При повышении температуры растворимость веществ с по-
ложительной теплотой растворения убывает, а с отрицательной - возрастает.
О 1. За счет каких физических факторов теплота растворения мо-
жет быть как положительной, так и отрицательной?
2. Почему законы Рауля и Генри выполняются только для идеальных
растворов?
Pi = v^rVCv i + V2),
(37.3)
Pi = V2P2(°V(Vl + V2).
(37.4)
§ 37. Жидкие растворы 287
92
А i(0%) ^(100%)
4 2(100%) А2( 0%)
Pi = Pi0)Vi/(v 1 + V2)
