Шпаргалка по "Физике"

Изменение давления.Если в реакции участвует несколько газообразных веществ, то при повышении давления равновесие смещается в сторону образования меньшего количества молей газообразных веществ в газовой смеси и, соответственно, в сторону уменьшения давления в системе. Наоборот, при понижении давления равновесие смещается в сторону образования большего количества молей газа, что вызывает увеличение давления в системе.

Пример:

N2(г) + 3H2(г) Û 2NH3(г).

1 моль + 3 моль Û 2 моль

При увеличении давления в системе равновесие данной реакции смещается вправо (в сторону протекания прямой реакции).

Если в прямой и обратной реакциях участвует одинаковое количество молей газообразных веществ, то изменение давления не вызывает смещения химического равновесия.

Катализатор на смещение равновесия влияния не оказывает, он только ускоряет наступление химического равновесия.

Переход химической системы из одного равновесного состояния в другое называется смещением (сдвигом) равновесия. В силу динамического характера химического равновесия оно оказывается чувствительным к внешним условиям и способно реагировать на их изменение.

Направление смещения положения химического равновесия в результате изменения внешних условий определяется правилом, впервые сформулированным французским химиком и металловедом Анри Луи Ле Шателье в 1884 году и названным в его честь принципом Ле Шателье:

Если на систему, находящуюся в состоянии равновесия, оказывают внешнее воздействие, то в системе происходит такое смещение равновесия, которое ослабляет это воздействие.

 

7. Растворы, растворитель, растворенное вещество. Растворимость. Способы выражения концентрации растворов.

 

  Раствор - гомогенная система, состоящая из растворенного вещества, растворителя и продуктов взаимодействия между ними.  Растворы бывают газообразные (атмосфера), жидкие (природная вода), твердые (сплавы). Свойства растворов зависят от природы растворителя (вода, ацетон, керосин и др.), отприроды растворенных веществ (кислоты, основания, соли, газы и др.), а также от концентрации растворенного вещества в растворе. В настоящем практикуме рассматриваются,  в основном, свойства водных растворов.

Растворители – это индивидуальные химические соединения или их смеси, способные растворять различные вещества и образовывать и ними однородные системы – растворы, состоящие из одного или нескольких компонентов. 
Растворители подразделяются на неорганические (чаще водные) и органические (неводные). 
  
 

Требования к растворителям:

— Хорошая растворяющая способность; 
— Инертность к растворенному веществу и аппаратуре; 
— Минимальная токсичность, огнеопасность; 
— Микробная устойчивость; 
— Растворитель должен получаться быстро и дешево, не иметь неприятного вкуса и запаха; 
— Должен быть фармакологически индифферентным. 
 

Растворимость.

Растворимость (определение растворимости) — способность вещества в смеси с одним или несколькими другими веществами образовывать растворы. Растворимость веществ различна. Существует таблица в Государственной Фармакопее характеризующая растворимость лекарственных веществ в зависимости от количества растворителя.

Растворимость зависит от:

— Температуры при которой происходит растворение (для большинства веществ растворимость при повышении температуры увеличивается, исключение составляет кальция глицерофосфат, его растворимость уменьшается при повышении температуры); 
— Свойств растворителя (подобное растворяется в подобном); 
— От предела растворимости. Каждое вещество имеет свой предел растворимости (ПР).

2. СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ  РАСТВОРОВ

В зависимости от содержания растворенного вещества растворы бывают разбавленные, концентрированные, насыщенные и перенасыщенные. Количественная характеристика способности вещества растворяться до образования насыщенного раствора называется  растворимостью. Растворимость определяется как:

а) количество вещества в граммах, которое необходимо растворить в 100 г растворителя для получения насыщенного раствора (m(г) / 100 (г));

б) количество молей растворенного вещества, которое содержится   в 1 л насыщенного раствора (моль / л).

В химической практике применяются растворы с различным содержанием растворенного вещества.  Для таких растворов используют следующие способывыражения концентрации растворенного вещества: массовая доля и  мольная доля растворенного вещества, молярная и моляльная концентрации, молярная концентрация эквивалента. Для представления расчетных формул в настоящем практикуме введены следующие обозначения:                         раствор(y) = растворенное вещество (x) + растворитель (z),  тогда,

-параметры растворенного  вещества - m(x) масса, M(x) молярная масса, Э(х)  эквивалент, nм(х)- число молей, nэ(х) – число эквивалентов;

-параметры  раствора - m(y)– масса, V(y) - объем,  r(y) -  плотность;

-параметры растворителя - m(z) - масса, V(z) - объем, nм(z) - число молей, r(z)-   плотность. 

 

2.1 Массовая доля (С%)

или процентная концентрация определяет, какую часть масса растворенного вещества  составляет от массы раствора (обычно в процентах), и рассчитывается как отношение: 

 

С%  =   m(х)  •100%    или    С% =           m(х)       •100%                                                            

m(у) )                                         m(х)+m(z)

Определение процентной концентрации можно сделать конкретной, если принять массу раствора за 100 г, 

тогда  С%  = m(х)  т.е. процентная концентрация (в %) показывает, сколько граммов растворенного вещества содержится в каждых 100 г раствора.  Рассмотрим   5% раствор KCI.                      

в 100 г (у) раствора    -   содержится  5 г  растворенного вещества (х)   или                  

в   95 г (z) растворителя   -      содержится  5 г  (х).

Очевидно, что полученный результат будет справедлив для любого растворенного веществ, независимо от его природы (соль, кислота, основание и т.д.), так как концентрация не включает индивидуальную характеристику растворенного вещества – молярную массу (М г/моль). 

 

2.2 Молярная концентрация (См)

или молярность определяет, сколько молей растворенного вещества содержится в каждом литре данного раствора, и рассчитывается как отношение количества растворенного вещества в молях  nм(х), содержащегося в растворе, к объему этого раствора:                  

nм(х) моль                 m(х)                     m(х) • ρ(у)  

СМ   =   —————   =   —————   =   ————————                                

V(y)  л                М(х) V(y)             М(х)•[(m(z)+m(х)]

Рассмотрим пример: пусть дан 0,8 молярный раствор K2SO4 , плотность которого равна 1,02 г/мл.

В соответствии с определением СМ,   это значит:                                                

в 1л раствора содержится  -  0,8 моля соли,  или                                                

в 1л раствора содержится   - 0,8 * 174 г/моль = 139,2 г соли, или                                                

в (1 л *1,02 кг/л) кг  раствора содержится - 0,8 моля (139,2 г) соли. 

 

2.3 Моляльная концентрация  (Cm)

или  моляльность определяет, сколько молей растворенного вещества приходятся на каждый килограмм растворителя, и рассчитывается как отношение количества растворенного вещества в молях  n(х)  к массе растворителя:                                nм(х) моль         m(х)                   m(х)     

Сm     ————— =  ———— =   ———————                                    

m(z) кг        М(х) m(z )         М(х)•[m(y)-m(х)] 

 

Рассмотрим пример: пусть дан 0,8 моляльный раствор K2SO4 , плотность которого равна 1,01 г/мл. В соответствии с определением  Сm , это значит:                            

на  1кг растворителя  приходится   -  0,8 моля соли,  или                           

на  1кг растворителя  приходится  -   0,8 * 174 г/моль (139,2 г) соли, или                           

в [1000 г(z) +139,2г(х)] (л) раствора  содержится - 0,8 моля (139,2 г) соли.                               

1,01 г/мл 10-3 мл/л 

 

2.4 Молярная концентрация  эквивалента  (СN)

или нормальность определяет, сколько молей эквивалента растворенного вещества содержится  в каждом литре раствора, и рассчитывается как отношение количества растворенного вещества в молях эквивалента nэ(х), содержащегося в растворе, к объему этого раствора: 

 

 

          nэ(х)  моль                 m(х)                         СМ

СN = ————— =   ———————    =  ————          

V(у)  л              Э(х) М(х) • V (y)             Э(х) 

 

Пример: для 1,6 N раствор K2SO4 , плотность которого равна 1,02 г/мл или 1,02 кг/л. В соответствии с определением  СN , известно:             в 1л раствора содержится  -  1,6 эквивалентов  соли,  или                

в 1л раствора содержится   - 1,6 моль ( экв.) * ½ *174 г/моль = 139,2 г соли, или                                                               в (1 л *1,02 кг/л) кг  раствора содержится - 1,6 (nэ) эквивалентов  соли.  

 

2.5 Мольная доля (Сm)

показывает, какую часть число молей растворенного вещества составляет от суммы числа молей растворенного вещества и растворителя в растворе. Для двухкомпонентного раствора состоящего из растворителя и одного растворенного вещества  мольная доля рассчитывается по уравнению:                  

n(х)                               m(x)/M(х) 
Сm   =    ——————  =     ———————————,          

n(х) + n(z)                     m(х)/M(x) + m(z)/M(z)

где nм(z) - число молей растворителя, в котором растворили nм(х) молей растворенного вещества. Очевидно, численное значение Сm  всегда  меньше  единицы ( или 100% ).

Рассмотрим пример: рассчитать число молей K2SO4, массу K2SO4 и массу растворителя Н2О, если  мольная доля соли в растворе равна 0,01. Поскольку этот способ выражения  концентрации раствора является относительным, можно произвольно задать число молей растворителя, например,  nм(z) = 0,99 (молей). Тогда 

0,01 =  nм (K2SO4) / nм(K2SO4) + 0,99 ,

число молей nм (K2SO4) равно  -  0,01 моль,

масса (K2SO4) = 0,01 моль* 174 г/моль = 1,74 г;

масса растворителя (воды) равна  0,99 моль*18 г/моль=17,82 г

 

8. Растворимость газов в жидкостях и её зависимость от парциального давления (закон Генри-Дальтона) и температуры.

Закон Генри — Дальтона — относится к растворимости газов в жидкости в зависимости от упругости этого газа, производящего давление на жидкость.

При некотором определенном давлении и постоянной температуре растворяется в жидкости определенное количество газа, зависящее также и от свойств жидкости. При увеличении или уменьшении давления газовой атмосферы на жидкость с сохранением той же температуры увеличивается или уменьшается в таком же отношении количество растворенного газа.

Растворение газов в жидкостях почти всегда сопровождается выделением теплоты. Поэтому растворимость газов с повышением температуры согласно принципу Ле Шателье понижается. Эту закономерность часто используют для удаления растворенных газов из воды (например С02 ) кипячением. Иногда рас–творение газа сопровождается поглощением теплоты (например, растворение благородных газов в некото–рых органических растворителях). В этом случае повы–шение температуры увеличивает растворимость газа.

Газ не растворяется в жидкости беспредельно. При некоторой концентрации газа X устанавливается равновесие:

 

При растворении газа в жидкости происходит значительное уменьшение объема системы. Поэтому повышение давления согласно принципу Ле Шателье должно приводить к смещению равновесия вправо, т. е. к увеличению растворимости газа. Если газ малорастворим в данной жидкости и давление невелико, то растворимость газа пропорциональна его давлению. Эта зависимость выражается законом Генри (1803г.): количество газа, растворенного при данной температуре в определенном объеме жидкости, при равновесии прямо пропорционально давлению газа.

Растворимость газов в газах

Газообразное состояние вещества характеризуется слабым взаимодействием между частицами и большими расстояниями между ними. Поэтому газы смешиваются в любых соотношениях (при очень высоких давлениях, когда плотность газов приближается к плотности жидкостей, может наблюдаться ограниченная растворимость). Газовые смеси описываются законом Дальтона:

Общее давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений всех входящих в неё газов.

                   (5)

                  (6)

Растворимость газов в жидкостях

Растворимость газов в жидкостях зависит от ряда факторов: природы газа и жидкости, давления, температуры, концентрации растворенных в жидкости веществ (особенно сильно влияет на растворимость газов концентрация электролитов).

Наибольшее влияние на растворимость газов в жидкостях оказывает природа веществ. Так, в 1 литре воды при t = 18 °С и P = 1 атм. растворяется 0.017 л. азота, 748.8 л. аммиака или 427.8 л. хлороводорода. Аномально высокая растворимость газов в жидкостях обычно обусловливается их специфическим взаимодействием с растворителем – образованием химического соединения (для аммиака) или диссоциацией в растворе на ионы (для хлороводорода). Газы, молекулы которых неполярны, растворяются, как правило, лучше в неполярных жидкостях – и наоборот. Зависимость растворимости газов от давления выражается законом Генри – Дальтона:

Растворимость газа в жидкости прямо пропорциональна его давлению над жидкостью.

                           (7)