электрической проводимости растворов

Лекция 10
Растворы.
Колигативные свойства растворов
Свойства растворов электролитов
Основы электрохимии
Подготовили:
к.х.н., доц. Иванец Л.Н.
Асс. Козачок С.С.
Колигативные свойства растворов
• Раствором называют двух- или многокомпонентную
гомогенную систему, состав которой может беспрерывно
изменяться в пределах, определенных растворимостью.
• Химические компоненты, при смешивании которых
образовывается раствор и которые можно выделить из
него в чистом виде, называют компонентами раствора.
Вещество, которое при растворении не изменяет своего
агрегатного состояния, или входит в состав раствора в
большем количестве, называют растворителем. В
природе наиболее распространенным растворителем
является вода. Вторым компонентом раствора является
растворенное вещество (одна или несколько).
Частичками г.г. есть отдельные молекулы или ионы
размером не меньше 1 нм, какие равномерно
распределенные между молекулами растворителя.
Способы выражения
состава растворов
ВЕСОВЫЕ
Массовая доля ω,
[%]
Мольная доляχ,
ОБЪЕМНЫЕ
Молярность См,
[моль/л]
[%]
Нормальность СN,
[моль-екв./л]
Моляльность Сm,
Титр Т,
[моль/кг]
[г/мл]
Формулы перехода от одних выражений
концентраций растворов к другим
CM 
10  ðàñòâîðà w
M âåùåñòâà
10 w
CN 
ME
1000C M
Cm 
1  CM
CN M E
T
1000
Осмотическое давление
Полупроницаемая
перегородка
пропускает
молекулы воды (синие кружки), но не
пропускает молекулы соли (красные кружки). В
исходном состоянии (1) давление растворов по
обе
стороны
перегородкы
одинаковый.
Парциальное давление воды в левой части
сосуда меньше, чем в правой, на величину,
равную парциальном давлении соли p.
Стремясь к равновесию парциального давления
справа и слева, вода проникает в левую часть
сосуда (2). При этом общее давление раствора
меняется, столб жидкости поднимается. При
этом концентрация соли слева уменьшается.
Определить осмотическое давление раствора можно по формуле,
полученной в 1886 году Я. Х. Вант-Гоффом:
осм = CМRT,
(1)
 осм V = m/M  RT.
осмотическое давление раствора прямо пропорционально его
концентрации и температуре.
Метод исследования, основанный на измерении осмотического
давления растворов, называют осмометрии.
В клетках организмов животных и человека специальные
биологические механизмы поддерживают устойчивое
осмотическое давление (pa =0,8 МПа).
раствор
Изотонические-растворы
гипертонический
с одинаковым
-осмотическое давление
осмотическим давлением
больше
физиологический
раствор
и плазма крови
Плазмолиз
-Н2О
гипотоническийосмотическое давление
меньше
Гемолиз
+Н2О
Плазмолиз у растений и гемолиз в
крови
Лизис клетки
Снижение давления насыщенного пара
растворителя над раствором
• Давление насыщенной пары – это давление той
части пары, которая находится в равновесии с
жидкостью за данной температуры. Молекулы
растворителя А, отрываясь из поверхности, создают
определенное давление или упругость пары над
жидкостью, который определяется природой
растворителя и температурой.
• Если растворить какое-нибудь нелетучее твердое
вещество В, то в полученном растворе часть молекул
растворителя связывается в сольваты с веществом В
и потому количество молекул растворителя
уменьшается. Итак, давление насыщенной пары
растворителя над раствором меньше, чем над
растворителем.
Давление пара раствора, содержащего
нелетучее растворенное вещество, прямо
пропорционально мольной доле растворителя
в данном растворе:
• p = p0 · χр-ль, где
– p — давление пара над раствором, ПА;
– p0 — давление пара над чистым
растворителем;
– χр-ль —— мольная доля растворителя.
Давление
Зависимость общего и парциального
давлений насыщенной пары от
содержимого компоненту
Содержимое компоненту
• Второй закон Рауля
• Тот же Рауль экспериментально
доказал, что
• повышение температуры кипения
раствора по сравнению с температурой
кипения растворителя, а равно и
понижение температуры замерзания
раствора по сравнению с аналогичным
характеризующей величиной для
растворителя прямо пропорциональна
моляльности раствора, то есть,
Кривые кипения (А) и замерзание (Б) для чистой
воды и раствора
А
tº
Кипение раствора
Б
tº
Замерзание воды
0
100
Кипение воды
Замерзание раствора
Час
Время
• Δtкип=t`кип-tкип
Δtзам=t`зам-tзам
где t`кип и t`зам - температура кипения и
замерзание раствора, tкип и tзам температуры кипения и замерзание
чистого растворителя
• Δtкип=ECm
Δtзам=KCm
где E і K - ебулиоскопичная и криоскопичная
стала, Cm – моляльная концентрация
• M=Еmp.p/ Δtкипmp-ка
• M=Kmp.p/ Δtзамmp-ка
• При погружении металла в воду происходит
отрыв ионов от кристаллической решетки под
влиянием полярных молекул растворителя.
• В результате перехода катионов в раствор
металл приобретает некоторый
отрицательный заряд за счет оставшихся на
нем электронов, тогда как прилежащий к
нему слой воды заражается положительно за
счет катионов, удерживаемых
отрицательным зарядом металла.
• На границе раздела металл-вода образуется
двойной электрический слой.
Схема возникновения потенциала на
опущенном в воду металле.
Электродвижущая сила
При наличии системы двух электродов,
находящихся соответственно в
растворах своих солей, между ними
возникает электродвижущая сила,
которая равна разности двух
электродных потенциалов:
Е = е+ - егде Е – электродвижущая сила
элемента (Е.д.с.)
е+ , е- - потенциалы положительного и
отрицательного электродов.
Гальванический элемент
• Гальваническим
элементом
называется система, в которой
химическая энергия окислительновосстановительного
процесса
превращается в электрическую.
Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu ; Q = 230 кДж
Уравнение Нернста:
2,303 ·R·T
e = e0 + ————— lg α Men+
nF
где е – электродный потенциал, В
e0- нормальный (стандартный электродный потенциал), В
R – универсальная газовая постоянная 8,31 Дж/моль·К
Т – абсолютная температура, К
n – число электронов, которые отдает атом металла,
превращаясь в ион
F – число Фарадея (9,65·104 Кл/моль)
α Men+- активность или концентрация ионов металла в
растворе
Стандартный водородный
электрод
Стандартный
водородный
электрод
записывается следующим образом:
Pt (H2)H+ (pH2 = 101,3 кПа, αН+ = 1)
На водородном электроде происходит
реакция Н+ + е = ½Н2.
Уравнение
Нернста
для
потенциала
водородного электрода имеет вид:
Е Н+/ Н = е0 + 0,059 lg αН+
Мембранные электроды
• Наиболее
распространенным
мембранным
электродом является стеклянный. Он состоит из
стеклянной
трубки,
которая
заканчивается
шариком из специального электродного стекла.
Внутрь наливают буферный раствор и для
токоотвода помещают хлорсеребряный электрод.
Между стеклом и раствором возникает потенциал,
величина которого зависит от рН. Для измерения
рН
составляют
гальваническую
цепь
из
стеклянного электрода и электрода сравнения
(хлорсеребряного):
• Стеклянные электроды пригодны для измерения
рН в биологических средах.
Электролиты
ЭЛЕКТРОЛИТЫ
Различают удельную, эквивалентную и относительную
электрическую проводимость.
Удельная электрическая проводимость χ – проводимость 1м3
раствора, помещенного между электродами площадью 1м2 на
расстоянии 1 м (См/м).
Эквивалентная электрическая проводимость ν -это электрическая
проводимость раствора, содержащего 1 моль эквивалента вещества,
измеренная на расстоянии 1 см.
Относительная электрическая проводимость R – это отношение
удельной электрической проводимости раствора к удельной
электрической проводимости стандартного раствора.
Кондуктометрический метод
Кондуктометрический метод основан на измерении электрической
проводимости растворов, изменяющейся в результате химических
реакций и зависящей от природы электролита, to и концентрации
раствора.
Электрическая проводимость природной воды - показатель,
характеризующий способность воды проводить электрический ток.
Значение электрической проводимости растворов зависит в основном от
концентрации растворенных минеральных солей и температуры. По
значениям электрической проводимости воды можно приближенно
судить о минерализации воды с помощью предварительно
установленных зависимостей между электрической проводимостью
и минерализацией.
При этом изучается зависимость между электрической
проводимостью раствора и концентрацией ионов. Электрическая
проводимость является результатом диссоциации вещества на ионы и
миграции ионов под действием внешнего источника электрического
напряжения.
Кондуктометрический метод может быть реализован в варианте
прямой кондуктометрии или кондуктометрического титрования.
Прямая кондуктометрия – определение удельной электрической
проводимости как оценки минерализации вод, которую определяют
главные ионы – кальция, магния, калия, натрия, гидрокарбонатов,
хлоридов, сульфатов.
Кондуктометрическое титрование основано на применении
химических реакций, в результате которых изменяется электрическая
проводимость раствора.
Достоинства:
- быстрота, удобство
- возможность определения в мутных и окрашенных растворах
Недостатки:
Электрическую проводимость раствора можно измерить с высокой
точностью только в разбавленных растворах.
Портативный
кондуктометрсолемер
Кондуктометрическое
титрование
Благодарю за внимание