ОДЕСЬКОЇ НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

Скачати 0.93 Mb.

Назва	ОДЕСЬКОЇ НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ
Сторінка	3/9
Дата	09.04.2013
Розмір	0.93 Mb.
Тип	Лекція

bibl.com.ua > Химия > Лекція

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Тема: Загальна характеристика розчинів, засоби вираження концентрації

Мета: Вивчити властивості розчинів, основні типи розчинів за агрегатним станом розчинника та розчиненої речовини, вміти користуватися формулами для визначення масової частки речовини, молярної та моляльної концентрації.

Фазові рівноваги. Загальні умови. Правило фаз.

Прикладом фазового переходу може бути перехід солі з осаду в розчин та з розчину в осад у насиченому розчині солі у воді. У такій системі 2 фази: тверда - сіль; рідка - розчин.

Будь-яка система складається з компонентів. Дана гетерогенна система складається з 2 компонентів.

Фазовий перехід та фазову рівновагу можливо побачити в такій системі як вода у закритому посуді. У такій системі можливо побачити перехід: води у пару та пари у воду.

Якщо у воді створити такі умови: Т = 0, 0098° С та тиск 4, 579 мм. рт. ст., вода при цих умовах може знаходитися одночасно у всіх трьох агрегатних станах. У такій системі можливо спостерігати 3 фази. І попередня система і ця система - однокомпонентні системи.

Фаза - це сукупність тіл системи однорідних за своїм складом та за своїми властивостями і відділених від інших частин системи межею розподілу.

Компонентом системи є така частина системи, яка може бути виділена системи, не змінюючи своїх властивостей. Кожна система завжди має якусь кількість параметрів для даних умов, які можливо змінювати у даних межах, не змінюючи кількість фаз у системі. Такі термодинамічні параметри називають ступені вільності.

Ступені вільності системи мають велике практичне значення, оскільки дають можливість створювати необхідні умови у виробництві для одержання потрібної фази, тобто дають можливість регулювати технологічні процеси так, як ці потрібно для народного господарства.

Кількість ступенів вільності визначають правилом фаз.

Правило фаз чи закон фаз був відкритий американським вченим Гіббсом:
С = К + 2 - Ф
де, С - кількість ступенів вільності

К - кількість компонентів

Ф - кількість фаз
З цього рівняння видно, що кількість ступенів вільності тим більше, чим більше компонентів та менше фаз. Кількість ступенів вільності знаходять спеціальних діаграмах стану.

Правило фаз було вивчено російським вченим Курнаковим. Особливе значення вчення Курнакова у вигляді фізико-хімічного аналізу фазового переходу знайшло застосування у металургії, виробництво солі та її сплавів.

Загальна характеристика і властивості розчинів

Існують два види розчинів: дійсні та дисперсні.

Розчинами називають багатокомпонентні системи, в яких одна або декілька речовин розподіляються в іншій речовині - розчиннику. Фізична хімія вивчає властивості дійсних розчинів.

Дійсними називають розчини, в яких речовина розчиняється до молекул та іонів.

Якщо речовина розчиняється до іонів, то такі розчини називають розчини електролітів.

Якщо речовина розчиняється до молекул, то такі розчини називають розчинами неелектролітів.

Розчини електролітів проводять електричний струм, а неелектроліти не проводять. До електролітів відносяться розчини кислот, солей та гідроксидів. До неелектролітів - органічні розчини: цукру, крохмалю, карбонових кислот.

Дисперсними системами називають розчини, в яких речовина розчиняється до колоїдних часток - міцел. Дисперсні системи поділяють на грубодисперсні (крейда, борошно у воді, цементний розчин) і колоїдно-дисперсні (AgСІ, Fe(ОН)₃) .
Способи вираження концентрації.

1. Масова доля речовини - це безрозмірна фізична величина, яка дорівнює підношенню маси речовини до загальної маси розчину.

100% (в %)

2. Молярна концентрація виражається числом молей розчиненої речовини в 1 дм³.

С_М =

(г/моль)

3. Еквівалентна концентрація (концентрація еквівалентів) виражається числом моль-еквівалентів розчиненої речовини в 1 дм³ розчину.

Сэ =

(моль  екв/дм³)

За типом розчини бувають: газові, рідкі, тверді. Газові розчини - суміш газів.

Тверді розчини - сплави металів, солей. Рідкі розчини газу у рідині, рідини у рідині, твердої речовини у рідині. Розчинність газів у рідині залежить від температури і тиску. Чим нижче температура і вищий тиск, тим краще розчинність. На відміну від газів розчинність рідини у рідині може бути різноманітною: безмежна - етиловий спирт у воді, обмежена - анілін у воді, повна нерозчинність - ртуть у воді.

Розчинність рідини залежить від температури: чим вище температура, тим більша розчинність рідини в іншій. Підвищення температури дає можливість перевести обмежену розчинність в безмежну, та температура, при якій обмежена розчинність переходить у безмежну, називають критичною.

Критична температура - це характеристика кожної рідини. По критичній температурі у харчовій промисловості відрізняють вершкове масло від маргарину.

Тверді тіла у рідких розчинниках розчиняються обмежено. Розчинність підвищується з підвищенням температури.

Але існують деякі винятки: існують речовини, які не змінюють свою розчинність з підвищенням температури і існують речовини, розчинність яких збільшується із зниженням температури.

Розчинність твердих речовин у розчинах вперше вірно пояснив Менделєєв у своїй гідратній теорії. Відповідно до гідратної теорії процес розчинення можливо пояснити на такому прикладі, якщо кристал NaСІ занурити у воду, то розчинення піде таким чином: відповідно до теорії Менделєєва процес розчинення здійснюється за такими стадіями:

1) гідратація іонів (взаємодія з молекулами води).Виникають сили когезії. Супроводжується виділенням тепла, оскільки утворюються нові зв'язки.

2) Руйнування сил когезії (руйнування кристалічної решітки супроводжується
поглинанням тепла).

3)Утворення гідратів і розподіл їх у масі розчинника.

Гідрати - нестійкі фізико - хімічні з'єднання. Рушійною силою є кінетична енергія розчинника.

Теплота розчинення - це сума теплоти, яка витрачається на руйнування сил когезії та тепла, яке виділяється при утворенні сил адгезії.

Процес розчинення завжди супроводжується зміною об’єму. Об'єм може зменшитися, збільшитися чи залишитися незмінним. Це залежить від сил адгезії та когезії. Якщо сили адгезії більше сил когезії, то об'єм зменшується, і процес супроводжується виділенням тепла. Якщо сили адгезії менше сил когезії, то об'єм збільшується, і процес супроводжується поглинанням тепла. Якщо сили адгезії та когезії рівні, то об'єм не змінюється і тепловим ефектом процес не супроводжується.
Лекція № 6
Тема: Теорія розбавлених розчинів, дифузія та осмос, закон Вант-Гоффа.

Мета: Вивчити властивості розчинів електролітів та неелектролітів, навчитися визначати осмотичний тиск та залежність його від концентрації, температури, ступеню дисоціації.

Фізичні властивості розчинів, дифузія, осмос.

Дифузія - це самодовільне проникнення молекул одної речовини між молекулами іншої речовини. Дифузія краще за все проходить в газах, гірше - у рідинах. Рушійною силою дифузії є кінетична енергія молекул чи ентропійний фактор. З підвищенням температури дифузія збільшується. Дифузія має велике значення для харчової промисловості. Дає можливість забезпечити повноту смаку, кольору, аромату харчових продуктів. Велике значення має однобічна дифузія - дифузія крізь проникливу перегородку, що називається осмосом.

Напівпроникними називають мембрани, які пропускають маленькі частки (іони), а великі молекули не пропускають. Вони бувають: природні і синтетичні. Природні - оболонки клітин організмів. Штучні - пергамент, целофан.

Коли осмотичний тиск підвищується - це явище називають гіпертонією, такий тиск називають гіпертонічним.

Коли осмотичний тиск знижується - це явище називається гіпотонією, тиск - гіпотонічним.

Гіпотонічний тиск може починатися, якщо у внутрішньому сосуді помістити воду, а в зовнішньому - концентрований розчин цукру. Коли концентрації розчинів у сосудах однакові, то тиск не змінюється і називається ізотонічним.

Для нормального існування клітини у ній повинен бути ізотонічний тиск. Осмос і осмотичний тиск відіграють велику роль у житті на землі. Шляхом осмосу здійснюється харчування, дихання та обмін речовин. Відіграє велику роль у харчовій промисловості, де має справу з різними видами мікроорганізмів. У хлібопеченні використовують дріжджі, для того щоб вони в процесі життєдіяльності виділяли фермент зимазу, для прискорення бродіння цукру в борошні, з метою отримання СО₂. Осмос дає можливість регулювати технологічний процес.

Рівняння для визначення осмотичного тиску:
ПV = nRT

П = nRT/V
де, n - кількість молей розчиненої речовини

V - об'єм розчину

R - газова постійна

Т - температура по Кельвіну

П - осмотичний тиск.

Для розчинів електролітів в рівнянні Вант-Гоффа використовують ізотонічний коефіцієнт:
П = іnRT/V
Лекція № 7
Тема: Закони Рауля для відносного зниження тиску пару речовини, температура замерзання та кипіння.

Мета: Навчитися визначати тиск розчину, температуру замерзання та кипіння, ізотонічний коефіцієнт, ступінь дисоціації, вплив концентрації на тиск та температуру. Визначати молекулярну вагу кріоскопічним та ебуліоскопічним методом.

Закони Рауля для відносного зниження тиску над розчином

Тиск пари над чистим розчинником буде вище, а над розчином нижче. Це було доказано французьким вченим Раулем.

Закон Рауля: « Відносне зниження тиску пари над розчином дорівнює молярній концентрації розчиненої речовини».

Математичний вираз закону:

де, Ро-тиск пари над чистим розчинником

Р - тиск пари над розчином

n - кількість молей розчиненої речовини

N - кількість молей розчинника.

Концентрація в молярних частках - це відношення кількості молів розчиненої речовини до суми кількості молів розчиненої речовини і розчиннику:
n / N + n
Розчинення в розчинах електролітів

Часткова концентрація розчинів неелектролітів виражається молекулами, розчинів сильних електролітів – іонами, слабих електролітів - молекулами і іонами.

Щоб знайти часткову концентрацію розчину електроліту, крім кількості молів і молекул, необхідно знайти ступінь дисоціації  і кількість іонів, на які дисоціюють молекули k.

Розрахувати часткову концентрацію розчину H₂SO₄, що містить 1000 молекул кислоти, якщо ступінь дисоціації цієї кислоти 70%.

1)Скільки молекул продисоційованих на іони?

всі молекули - 100%

х молекул - 70%

х = 1000 ∙ 70 / 100 = 700
2) Скільки недисоційованих молекул ?
1000-700 = 300
3) Скільки іонів у розчині ?
H₂SO₄  2Н⁺ + SO₄^2- = 3 іона

3 ∙ 700 = 2100 ( іонів )
4) Часткова концентрація розчину дорівнює :

2100 + 300 = 2400
Два розчини, які містять однакову кількість молів розчиненої речовини, а відповідно і молекул, називаються еквімолекулярними.

У теорію розчинів Вант - Гофф вводить поняття ізотонічного коефіцієнту і, який показує, у скільки разів часткова концентрація електроліту більша, ніж часткова концентрація еквімолекулярного розчину неелектроліту.

де, n- чаткова концентрація електроліту

n- часткова концентрація неелектроліту;

Ізотонічний коефіцієнт показує, у скільки разів усі фізичні властивості розчинів електролітів яскравіше виражені, ніж фізичні властивості неелектролітів.
і= n/n; і= П/П; і= Р/Р; і= t_к/t_k; і= t_з/t_з.
Ізотонічний коефіцієнт знаходиться у такій залежності із ступенем електролітичної дисоціації.

∙ 100%
k – величина, яка показує на скільки іонів дисоціює молекула.
Оскільки цей закон використовують для розведених розчинів електролітів, то

n – має маленьке значення і закон Рауля записується так :

Р- зниження тиску пари над розчином:
Р = Р₀ – Р
Для розв’язання задач використовують:

Закон Рауля для підвищення температури кипіння і зниження

температури замерзання

Усі розчини киплять при більш високій температурі, ніж чисті розчинники, а замерзають при більш низькій температурі. Це пов'язано з тиском пари над розчинам.

Закон Рауля: "Підвищення t кипіння розчину і зниження t замерзання пряме пропорційні молярній концентрації розчину" :
t_к = E ∙ C

t₃ = К ∙ С
де, С - моляльна концентрація, яка виражається кількістю молів розчиненої речовини у 1000 г. розчинника.

де, n - кількість молів розчиненої речовини

L - кількість розчинника

де, Е - ебуліоскопічна постійна величина, яка показує на скільки градусів підвищилась t кипіння розчинника, якщо в ньому присутній 1 моль речовини.

К - кріоскопічна постійна, яка показує на скільки градусів знизиться t замерзання розчинника, якщо у ньому розчинити 1 моль речовини, якщо: n = m / М, то отримаємо:

t_k = 100 + t_k
t_з = 0 - t_з
Визначення молекулярної ваги речовини методами кріоскопії і ебуліоскопії.

1) Якщо кріоскопічна константа К даного розчинника відома, то використовуючи формулу, можна знайти дослідним шляхом молекулярну масу розчинених речовин:

2) Пристрій для кріоскопічних вимірів.

У широкий товстостінний стакан з мішалкою, оточений зверху для термоізоляції ватою, кладуть охолоджену суміш з снігу або льоду і повареної солі. У цю суміш крізь кришку склянки опускають широку пробірку, в яку на пробці встановлюють більш вузьку пробірку, яка має боковий тубус, необхідний для введення наважки досліджуваної речовини. Пробірка закривається пробкою, крізь яку проходять термометр та мішалка.

3) Можна розрахувати молекулярну вагу, використовуючи ебуліоскопічну константу К:

Використовуючи цю формулу, визначають молекулярну вагу розчинених речовин по підвищенню точки кипіння розчину:

;

.
З цих формул видно, що всі фізичні властивості речовин неелектролітів залежать від кількості молів розчиненої речовини (n), а саме від часткової концентрації розчину, так як по кількості молів розчиненої речовини можливо знайти кількість молекул або часткову концентрацію розчину, яка виражається кількістю частин розчиненої речовини у визначеному об'ємі розчинника.

Лекція № 8

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Схожі:

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ Циклова комісія хімічних дисциплін Одеського технічного коледжу Одеської національної академії харчових технологій	МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ МОРЕХІДНИЙ... Дійсний стандарт установлює мету, завдання й основні положення роботи методичного кабінету Морехідного коледжу технічного флоту Одеської...
ОДЕСЬКИЙ ОБЛАСНИЙ ЦЕНТР ЗАЙНЯТОСТІ ОДЕСЬКИЙ МІСЬКИЙ ЦЕНТР ЗАЙНЯТОСТІ Ярмарок кар’єри. Презентація навчального закладу Одеської національної академії зв’язку ім. О. С. Попова та коледжу зв’язку та інформатизації...	ПРАВИЛА ПРИЙОМУ до Морехідного коледжу технічного флоту Одеської... Правила прийому до Морехідного коледжу технічного флоту Одеської національної морської академії у 2013 році
ПРАВИЛА ПРИЙОМУ до Морехідного коледжу технічного флоту Одеської... Правила прийому до Морехідного коледжу технічного флоту Одеської національної морської академії в 2012 році	МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ МОРЕХІДНИЙ КОЛЕДЖ ТЕХНІЧНОГО...
ПОЛОЖЕНН Я про спеціалізовані вчені ради Національної академії наук, Академії медичних наук, Української академії аграрних наук, Академії педагогічних наук, Академії правових...	За загальною редакцією ректора Національної академії Служби безпеки... Рекомендовано до друку Вченою радою Національної академії Служби безпеки України, протокол №13 від 23 вересня 2010 року
Урок найважливіша організаціійна форма процесу пізнання світу учнями ОДЕСЬКА ЗАГАЛЬНООСВІТНЯ ШКОЛА №66 І-ІІІ СТУПЕНІВ ОДЕСЬКОЇ МІСЬКОЇ РАДИ ОДЕСЬКОЇ ОБЛАСТІ	Конкурс проводиться з метою залучення дітей до читання, підтримки... України), Інститутом інноваційних технологій і змісту освіти (далі – Інститут) спільно з Міністерством культури України (далі – Мінкультури...

Додайте кнопку на своєму сайті:
Портал навчання