ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Методы изучения свойств жидких растворов из "Общая химия. Состояние веществ и химические реакции" Свойства растворов зависят от природы их компонентов, от состава и условий существования раствора и в значительной степени определяются теми взаимодействиями, которые происходят между частицами растворителя и растворенного вещества. [c.107] Есть вещества, которые при растворении практически не изменяют своих свойств. Однако многие вещества при растворении не только сами претерпевают изменения, но и оказывают влияние на свойства растворителя. Причина этих изменений связана с химической природой исходных веществ, а также с межмолекулярными и межионными взаимодействиями, изменяющими концентрацию растворенного вещества и растворителя (по сравнению с той, которая устанавливается в отсутствие этих взаимодействий). [c.107] К практически важным свойствам растворов, изучение которых позволяет получить информацию о некоторых физико-химических параметрах веществ, относятся осмотическое давление, понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором, понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения раствора по сравнению с этими параметрами для чистого растворителя. На измерении концентрационной зависимости этих свойств растворов основаны методы определения молекулярной массы веществ, степени диссоциации электролитов и др. [c.107] Осмотический метод. Растворенное вещество по своему поведению во многих отношениях напоминает газ. Так, растворенное вещество, как и газ, стремится равномерно распределиться по всему объему раствора. Если растворитель привести в соприкосновение с раствором (другой окраски для удобства наблюдения), то происходит диффузия — переход молекул растворенного вещества через поверхность раздела в растворитель и одновременно молекул растворителя в раствор. Такая встречная диффузия растворенного вещества и растворителя продолжается до тех пор, пока система не придет в состояние равновесия. [c.107] Одностороннюю диффузию чистого растворителя в раствор можно количественно оценить с помощью специального прибора— осмометра, в котором раствор и растворитель отделены друг от друга перегородкой (мембраной), проницаемой для молекул растворителя и непроницаемой для молекул растворенного вещества. Если сосуд 1 (рис. 3.11, а), закрытый внизу полупроницаемой перегородкой 2 и наполненный водным раствором какого-либо вещества, поместить в сосуд 3 с водой, то вода будет проходить из сосуда 3 в 1. [c.107] Явление самопроизвольного перехода растворителя через полупроницаемую перегородку в раствор называется осмосом. [c.107] В результате увеличе-ния объема раствора в сосуде 1 возникает дополнительное гидростатическое давление, называемое осмотическим. Осмотическое давление можно определить по высоте /г подъема жидкости (см. рис. 3.11, а). Можно воспользоваться осмометром специальной конструкции с поршнем, в который вмонтированы полупроницаемые перегородки (рис. 3,11, б). В этом осмометре растворитель, проникая через полупроницаемую перегородку, увеличивает объем раствора, и возникаюш,ее осмотическое давление действует на поршень. Подбором груза 4 достигают уравновешивания силы, обусловленной осмотическим давлением (и поршень сохраняет свое первоначальное положение). Этот груз и служит мерой осмотического давления. [c.108] Процесс перехода растворителя в раствор самопроизволен, но обратный процесс выделения растворителя из раствора самопроизвольно осуществляться не может, и для разделения раствора на растворитель и растворенное вещество следует затратить работу. Если давление на поршень (см. рис. 3.11,6) меньше осмотического, то растворитель самопроизвольно проникает в раствор и поднимает поршень до тех пор, пока не установится равновесие и осмотическое давление раствора не сравняется с силой тяжести груза, действующей на поршень. Если же на поршень действует сила, превышающая осмотическое давление то поршень будет опускаться, при этом растворитель выделяется из раствора. Обратный осмос может быть использован для опреснения морской воды. [c.108] Полученный результат интересен тем, что численное значение коэффициента пропорциональности R в выражении осмотического давления совпадает со значением универсальной газовой постоянной. Из этого следует, что осмотическое давление раствора, содержащего 1 моль сахарозы, равно 2 270 000 Па (22,4 атм), а осмотическое давление раствора, в котором на 22,4 л приходится 1 моль сахарозы, составит 101 325 Па (I атм). Следовательно, при Г = 273 К и л= 101 325 Па (нормальные условия) раствор, содержащий 1 моль сахарозы, должен занимать объем 22,4 л. Этот пример иллюстрирует аналогию поведения растворенного вещества с поведением его в газовом состоянии. [c.109] Впервые эта аналогия была обнаружена голландским ученым Вант-Гоффом. Уравнение осмотического давления носит его имя и формулируется как закон Вант-Гоффа осмотическое давление раствора равно тому давлению, которое оказывало бы растворенное вещество, если бы, находясь в газообразном состоянии при той же температуре, оно занимало тот же объем который занимает раствор. [c.109] Уравнение Вант-Гоффа применимо только для разбавленных растворов. [c.109] Пользуясь уравнением Вант-Гоффа, несложно определить молярную массу вещества (недиссоциирующего) в растворенном состоянии. Молярная масса равна числу грамм растворенного вещества, содержащихся в 22,4 л раствора при О °С, когда его осмотическое давление равно 101 325 Па. [c.110] В качестве примера приведем расчет молярной массы М глюкозы, исходя из следующих данных осмотическое давление водного раствора глюкозы, содержащего 9,04 г ее в 250 мл, равно 4,56-10 Па при О °С. [c.110] Механизм возникновения осмотического давления окончательно не выяснен. Хотя и считается, что молекулы растворенного вещества ведут себя как газовые молекулы, одиако осмотическое давление нельзя рассматривать как суммарную силу всех ударов частиц растворенного вещества о полупроницаемую перегородку. [c.110] Давление реальных газов при обычных условиях меньше давления идеальных газов из-за сил притяжения между молекулами. Осмотическое давление значительно выше давления, рассчитанного по уравнению Вант-Гоффа, аналогичному уравнению состояния идеального газя. Это говорит о том, что, по-видимому, аналогия между осмотическим и газовым давлением случайна. [c.110] Воображаемый раствор, осмотическое давление которого можно описать уравнением Вант-Гоффа, т. е. уравнением состояния идеального газа, называется идеальным раствором. Чем выше концентрация вещества в растворе, тем в большей степени отличается поведение реального раствора от поведения идеального раствора. [c.110] Осмос и осмотическое давление имеют огромное значение в биологических явлениях, так как оболочки клеток биологических тканей являются полупроницаемыми перегородками. Осмотическое давление клеточного сока растений изменяется от 2.0-10 Па у болотных растений до 4.5-10 Па у степных. Вследствие осмоса вода и питательные растворы поднимаются на значительную высоту по стволу растений. Тканевые жидкости млекопитающих имеют осмотическое давление (6,7—8,1) 10 Па. [c.111] Осмотическое давление внутри живых клеток обусловливает прочность и упругость тканей и благодаря ему осуществляется солевой обмен живой ткани с окружающей средой. [c.111] Эбулиоскопический метод. Понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором приводит к повышению-температуры кипения раствора по сравнению с температурой кипения чистого растворителя. [c.111] Жидкость кипит, когда давление насыщенного пара равно, внешнему давлению. Если растворенное вещество имеет прене брежимо малое давление насыщенного пара (например, над раствором кристаллических веществ в воде), то пар над раствором такого вещества содержит практически чистый растворитель, и в соответствии с законом Рауля давление насыщенного пара над раствором всегда меньше давления насыщенного пара чистого растворителя. [c.111] Вернуться к основной статье