Растворимость коэффициент растворимости факторы от которых зависит. Факторы, влияющие на растворимость. Влияние природы на растворимость веществ

11.04.2024 | 8 класс

1. Влияние одноименного иона

При увеличении концентрации иона Cl – растворимость AgCl сначала уменьшается, а затем резко возрастает вследствие образования растворимого комплекса – . При увеличении концентрации иона Ag + растворимых комплексов не образуется, и растворимость осадка закономерно уменьшается, но при очень высоких концентрациях Ag + наблюдается некоторое увеличение растворимости, связанное с увеличением ионной силы раствора и, соответственно, увеличением реального произведения растворимости ПР с.Эффект увеличения растворимости, обусловленный увеличением ионной силы, называется солевым эффектом (или эффектом высаливания), и наблюдается всегда при увеличении концентрации электролита в растворе малорастворимого соединения.

2. Влияние конкурирующих реакций

Ионы осадка могут вступать в реакцию с компонентами раствора, собственными ионами, посторонними веществами. Наличие конкурирующих реакций всегда приводит к повышению растворимости вплоть до полного растворения осадка.

Например, в растворе оксалата кальция наряду с реакцией

CaC 2 O 4 = Ca 2+ + C 2 O 4 2– в кислой среде могут протекать конкурирующие реакции:

С 2 О 4 2– + Н + = НС 2 О 4 – НС 2 О 4 – + Н + = Н 2 С 2 О 4

Растворимость складывается из равновесных концентраций всех форм оксалат-иона:

s(С 2 О 4 2–) = +[НС 2 О 4 – ] + [Н 2 С 2 О 4 ]

Расчёты показывают, что растворимость оксалата кальция в чистой воде равна 4,8∙10 –5 моль/л, а при рН =3 - 2,0 ∙10 –4 моль/л.

3. Влияние ионной силы

Увеличение ионной силы раствора приводит к уменьшению коэффициентов активности ионов осадка, увеличению реального произведения растворимости и, как следствие, к увеличению растворимости(солевой эффект).

4. Влияние температуры

Характер влияния температуры на растворимость определяется знаком ∆Нрастворения. Чаще всего процессы растворения твёрдых веществ―эндотермические. Следовательно, повышение температуры будет способствовать растворению.

5. Влияние размеров частиц, образующих осадок

Энергия Гиббса ионов внутри кристаллов меньше, чем на поверхности. Чем меньше размеры частиц осадка, тем больше его поверхность и суммарная энергия Гиббса и, следовательно, растворимость. Таким образом, чем крупнее частицы, тем система стабильнее.

Пример1. Рассчитайте растворимость фосфата бария, если

ПР о (Ba 3 (PO 4) 2) = 6,3·10 –39 .

Решение :

Ba 3 (PO 4) 2 = 3Ba 2+ + 2PO 4 3–

Если s– растворимость фосфата бария, то: = 3s , = 2s.

ПР о = (3s) 3 (2s) 2 = 108s 5 = 6,3 ·10 –39

Отсюда s = √ 6,3 ·10 –39 / 108 = 9,0 ∙10 –9 моль/л.

Пример 2. Рассчитайте произведение растворимости фторида магния, если его растворимость в воде при некоторой температуре равна 0,001 моль/л.

Растворимость веществ в различных растворителях, например в воде, колеблется в широких пределах. Если в 100 г воды при комнатной температуре растворяется более 10 г вещества, то такое вещество принято называть легкорастворим ым-, если менее 1 г вещества - малорастворимым; наконец, вещество считается практически нерастворимым, если в 100 г воды переходит менее 0,1 г вещества. К легкорастворимым веществам относятся поваренная соль (при 20 °С в 100 г воды растворяется 35,8 г NaCl), медный купорос CuS04 5Н20 (20,7 г), аммиак NH3 (67,9 г); труднорастворимые вещества - гипс CaS04 (0,195 г), гашеная известь Са(ОН)2 (0,165 г); практически нерастворимые - сульфат бария BaS04 (0,00023 г), хлорид серебра AgCl (0,00015 г), карбонат кальция СаС03 (0,00013 г). Абсолютно нерастворимых веществ не существует. От чего же зависит растворимость веществ? На растворимость веществ в общем случае оказывает влияние природа растворяемого вещества и природа растворителя, температура, давление. Влияние природы растворителя и растворяемого вещества. Очень давно опытным путем установлено правило, согласно которому подобное растворяется в подобном. Так, Вещества с ионным (соли, щелочи) или полярным (спирты, альдегиды) типом связи хорошо растворимы в полярных растворителях, например в воде. И наоборот, растворимость кислорода в бензоле, например, на порядок выше, чем в воде, так как молекулы 02 и СбНб неполярны. Растворимость газов в жидкостях может меняться в очень широких пределах. Так, например, в 100 объемах воды при 20 °С растворяется 1,54 объема азота, 2 объема водорода, 2,3 объема оксида углерода (II), 3 объема кислорода, 88 объемов оксида углерода (IV). В этих же условиях в 1 объеме воды растворяется свыше 400 объемов хлороводорода и 700 объемов аммиака. Большая растворимость аммиака объясняется химическим взаимодействием с водой, а хлороводорода - его диссоциацией на ионы под действием диполей воды. Влияние природы растворителя иллюстрируется следующим примером: при 0 X и давлении 1 атм в 100 г воды растворяется 89,5 г NH3, в метиловом спирте его растворяется 42 г, а в этиловом - только 25 г. Растворимость жидкостей в жидкостях очень сложным образом зависит от их природы. Известны три класса жидкостей, различающихся способностью к взаимному растворению. 1. Жидкости, практически не растворяющиеся друг в друге (например, Н20 - fjg, Н20 - CJH*). 2. Жидкости, неограниченно растворяющиеся друг в друге (например, Н20 - QH5OH, Н20 - СНзСООН). 3. Жидкости, ограниченно растворяющиеся друг в друге (Н20 - С2Н5ОС2Н5, н20 - QHsNHz). Например, эфир (QH5OQH5) растворяется в воде в небольшом количестве. Факторы влияющие на растворимость веществ Растворимость твердых веществ в жидкостях в первую очередь определяется характером химических связей в их кристаллических решетках. Молекулярные (или атомные) кристаллы, структурными единицами которых являются атомы или молекулы с ко валентным неполярным типом связи, практически нерастворимы в воде (например, графит, алмаз, сера, кристаллический иод). Влияние характера химических связей можно проиллюстрировать на ряде известных веществ. Так, натриевые соли муравьиной и уксусной кислот очень хорошо растворимы в воде, а мыла - соли стеариновой, пальмитиновой и олеиновой кислот - растворимы в воде в очень незначительной степени. Растворимость фенола в воде мала (QH5OH - полярные молекулы, но большой углеводородный радикал). Фенолят натрия QHjONa - ионное соединение, и, хотя радикал в анионе тот же, что и в феноле, растворимость фенолята много выше растворимости фенола. Очень характерна растворимость кри-. сталлического хлорида фенил аммония QHjNHjCl (органическая соль с полярным характером связи) в полярной воде и неполярном бензоле. В первом случае соль хорошо растворима, в бензоле - практически нерастворима, Неорганические соли имеют различную растворимость в воде. Так, все соли азотистой и азотной кислот хорошо растворимы в воде. Подавляющее большинство фторидов, бромидов и иоди-дов таю» хорошо растворимы в воде. Средние соли угольной кислоты, за исключением солей аммония и щелочных металлов, нерастворимы в воде, а все гидрокарбонаты растворимы. Из сульфатов нерастворимыми или малорастворимыми являются соли щелочно-земельных металлов, серебра и свинца. Среди фосфатов растворимыми являются соли аммония, натрия и калия. Большинство солей аммония и щелочных металлов являются растворимыми. Факторы влияющие на растворимость веществ Все сказанное выше наглядно иллюстрируется таблицей растворимости кислот, оснований и солей в воде (см. Приложение i) - обязательно проанализируйте эту таблицу после прочтения настоящего раздела.

Одни вещества лучше растворяются в том или ином растворителе, другие хуже. Считается, что абсолютно нерастворимых веществ нет. Каждое вещество способно к растворению, пусть даже в некоторых случаях и в очень незначительных количествах (например, ртуть в воде, бензол в воде).

К сожалению, до настоящего времени, нет теории, с помощью которой можно было бы предсказать и вычислить растворимость любого вещества в соответствующем растворителе. Обусловлено это сложностью и многообразием взаимодействия компонентов раствора между собой и отсутствием общей теории растворов (особенно концентрированных). В связи с этим необходимые данные по растворимости веществ получают, как правило, опытным путем.

Количественно способность вещества к растворению характеризуется чаще всего растворимостью иликоэффициентом растворимости (S ).

Растворимость (S ) показывает сколько граммов вещества может максимально раствориться при данных условиях (температуре, давлении) в 100 г растворителя с образованием насыщенного раствора.

При необходимости коэффициент растворимости определяется и для другого количества растворителя (например, для 1000 г, 100 см 3 , 1000 см 3 и т.д.).

По растворимости все вещества в зависимости от своей природы делятся на 3 группы: 1) хорошо растворимые; 2) мало растворимые; 3) плохо растворимые или нерастворимые.

Коэффициент растворимости для веществ первой группы больше 1 г (на 100 г растворителя), для веществ второй группы лежит в интервале 0,01 – 1,0 г и для веществ третьей группы S< 0,01 г.

На растворимость веществ оказывают влияние многие факторы, главными из которых являются природа растворителя и растворяемого вещества, температура, давление, наличие в растворе других веществ (особенно электролитов).

Влияние природы веществ на растворимость

Установлено опытным путем, что в растворителе, молекулы которого полярны, лучше всего растворяются вещества, образованные ионными или ковалентными полярными связями. А в растворителе, молекулы которого неполярны, лучше растворяются вещества, образованные слабополярными или неполярными ковалентными связями. По другому эту выявленную закономерность можно сформулировать так: «Подобное растворяется в подобном».

Растворимость веществ во многом обуславливается силой и характером их взаимодействия с молекулами растворителя. Чем сильнее выражено это взаимодействие, тем больше растворимость и наоборот.

Известно, что силы, действующие между неполярными и слабополярными молекулами, невелики и неспецифичны, т.е. в количественном выражении существенно не зависят от вида вещества.

Если в неполярную жидкость В ввести однотипные неполярные молекулы А, то энергия взаимодействия частиц А и В между собой не будет значительно отличаться от энергии взаимодействия между частицами А и А или частицами В и В. Поэтому подобно тому как смешиваются любые количества одного и того же вещества, с большой вероятностью будут неограниченно смешиваться друг с другом (т.е. растворяться друг в друге) и различные неполярные жидкости.

По этой же причине и молекулярные кристаллы обычно лучше растворяются в неполярных жидкостях.

Если же энергия взаимодействия молекул А и А или В и В больше чем А и В, то одинаковые молекулы каждого компонента будут предпочтительнее связываться между собой и растворимость их друг в друге понизится (табл. 6).

Полярность любого растворителя часто характеризуют значением его диэлектрической проницаемости (ε), которая легко определяется опытным путем. Чем она больше, тем более полярным является вещество.

Таблица 6. Растворимость KI(мас%) в растворителях различной полярности

Способность вещества растворяться в воде или другом растворителе называется растворимостью. Количественной характеристикой растворимости является коэффициент растворимости, который показывает, какая максимальная масса вещества может раствориться в 1000 или 100 г воды при данной температуре. Растворимость вещества зависит от природы растворителя и вещества, от температуры и давления (для газов). Растворимость твердых веществ в основном увеличивается при повышении температуры. Растворимость газов с повышением температуры уменьшается, но при повышении давления увеличивается.

По растворимости в воде вещества делят на три группы:

1. Хорошо растворимые (р.). Растворимость веществ больше 10 г в 1000 г воды. Например, 2000 г сахара растворяется в 1000 г воды, или в 1 л воды.
2. Малорастворимые (м.). Растворимость веществ от 0,01 г до 10 г вещества в 1000 г воды. Например, 2 г гипса (CaS04 * 2Н20) растворяется в 1000 г воды.
3. Практически нерастворимые (н.). Растворимость веществ меньше 0,01 г вещества в 1000 г воды. Например, в 1000 г воды растворяется 1,5 * 10_3 г AgCl.

При растворении веществ могут образоваться насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные растворы.

Насыщенный раствор - это раствор, который содержит максимальное количество растворяемого вещества при данных условиях. При добавлении вещества в такой раствор вещество больше не растворяется.

Ненасыщенный раствор -- это раствор, который содержит меньше растворяемого вещества, чем насыщенный при данных условиях. При добавлении вещества в такой раствор вещество еще растворяется.

Иногда удается получить раствор, в котором растворенного вещества содержится больше, чем в насыщенном растворе при данной температуре. Такой раствор называется пересыщенным. Этот раствор получают при осторожном охлаждении насыщенного раствора до комнатной температуры. Пересыщенные растворы очень неустойчивы. Кристаллизацию вещества в таком растворе можно вызвать путем потирания стеклянной палочкой стенок сосуда, в котором находится данный раствор. Этот способ применяется при выполнении некоторых качественных реакций.

Растворимость вещества может выражаться и молярной концентрацией его насыщенного раствора.

Скорость процесса растворения зависит от растворяемых веществ, состояния их поверхностей, температуры растворителя и концентрации конечного раствора.

Не следует смешивать понятия « насыщенный» и «разбавленный» раствор. Например, насыщенный раствор хлорида серебра (1.5*10-3г/л) явл. весьма разбавленным, а ненасыщенный р-р сахара(1000г/л)- концентрированным.

Концентрация растворов и способы ее выражения

Согласно современным представлениям, количественный состав раствора можно выражать как с помощью безразмерных величин, так и величин имеющих размерность. Безразмерные величины обычно называют долями. Известны 3 вида долей: массовая (щ), объемная (ц), молярная (ч)

Массовая доля растворенного вещества - это отношение массы растворенного вещества X к общей массе расвора:

щ (Х) = т(Х)/т

где щ(Х) - массовая доля растворенного вещества X, выраженная в долях единицы; т(Х) -- масса растворенного вещества X, г; т - общая масса раствора, г.

Если массовая доля растворенного хлорида натрия в растворе равна 0,03, или 3 % , то это означает, что в 100 г раствора содержится 3 г хлорида натрия и 97 г воды.

Объемная доля вещества в растворе - отношение объема растворенного вещества к сумме объемов всех веществ, участвующих в образовании раствора (до их смешения)

ц(Х)= V(Х)/ ?V

Молярная доля вещества в растворе - это отношение количества вещества к сумме количеств всех веществ, находящихся в растворе.

ч(Х)=п(Х)/ ?п

Из всех видов долей в аналитической химии чаще всего используют массовую долю. Объемную долю обычно применяют для растворов газообразных веществ и жидкостей(в фармации для растворов этилового спирта) Численное значение выражается в долях единицы и находятся в пределах от 0(чистый растворитель) до 1(чистое вещество. Как известно, сотая часть единицы называется процентом. Процент - это не единица измерения, а всего лишь синоним понятия «одна сотая». Н-р, если массовая доля NaOH в некотором растворе равна 0,05, то вместо пяти сотых можно использовать величину 5%. Проценты не могут быть массовыми, объемными или молярными, а могут лишь быть рассчитаны по массе, объему или количеству вещества.

Массовую долю можно выражать также в процентах.

Н-р, 10%-ный раствор едкого натра содержит в 100г раствора 10г NaOH и 90г воды.

Смас(Х) = т(Х)/тсм·100 %.

Объемный процент - процентная доля объема вещества, содержащаяся в общем объеме смеси. Указывает количество миллилитров вещества в 100 мл объема смеси.

Соб%= V/ Vсм * 100

Зависимость между объемом и массой раствора (т) выражается формулой

где с - плотность раствора, г/мл; V - объем раствора, мл.

К размерным величинам, используемым для описания количественного состава растворов, относят концентрацию вещества в растворе (массовую, молярную) и моляльность растворенного вещества.Если раньше концентрациями вещества называли любые способы описания количественного состава раствора, то в наши дни это понятие стало более узким.

Концентрация-это отношение массы или количества растворенного вещества к объему раствора. Т.о., массовая доля - это, согласно современнму подходу, уже не концентрация и называть ее процентной концентрацией не следует.

Массовой концентрацией называют отношение массы растворенного вещества к объему раствора. Обозначают данный вид концентрации как г(Х),с(Х) или чтобы не перепутать с плотностью раствора, с*(Х)

Единицей измерения массовой концентрации является кг/м3 или, что то же самое, г/л. Массовая концентрация, имеющая размерность г/мл, называется титром раствора

Молярная концентрация - С(Х) - представляет собой отношение количества растворенного вещества (моль) к объему раствора (1л) Рассчитывается как отношение количества вещества п (X), содержащегося в растворе, к объему этого раствора V:

С(Х) = п(Х)/ Vp= т(Х)/М(Х)V

где т(Х) - масса растворенного вещества, г; М(Х) - молярная масса растворенного вещества, г/моль. Молярную концентрацию выражают в моль/дм3 (моль/л). Чаще всего применяется единица измерения моль/л. Если в 1 л раствора содержится 1 моль растворенного вещества, то раствор называется молярным (1 М). Если в 1 л раствора содержится 0,1 моль или 0,01 моль растворенного вещества, то раствор соответственно называется децимолярным (0,1 М), сантимолярным (0,01 М), 0.001 моль- миллимолярным (0.001М)

Единица измерения молярной концентрации- моль/м3, но на практике обычно пользуются кратной единицей - моль/л. Вместо обозначения «моль/л» можно использовать «М» (причем слово раствор писать уже не нужно) Например, 0,1 М NaOH означает тоже самое, что и С(NaOH)=0,1 моль/л

Моль - единица химического количества вещества. Моль-порция вещества (т.е. такое его количество), которое содержит столько же структурных единиц, сколько атомов содержится в 0,012 кг углерода. В 0,012 кг углерода содержится 6,02*1023 атомов углерода. И эта порция составляет 1 моль. Столько же структурных единиц содержится в 1 моль любого вещества. т.е моль - это количество вещества, содержащее 6,02*1023 частиц. Эта величина получила название постоянной Авогадро

Химическое количество любых веществ содержит одно и то же число структурных единиц. Но у каждого вещества его структурная единица имеет свою собственную массу. Поэтому и массы одинаковых химических количеств различных веществ тоже будут различны.

Молярная масса - это масса порции вещества химическим количеством 1 моль. Она равна отношению массы m вещества к соответствующему количеству вещества n

В Международной системе единиц молярная масса выражается в кг/моль, но в химии чаще используют г/моль

Следует отметить. Что молярная масса численно совпадает с массами атомов и молекул (в а.е.м.) и с относительными атомными и молекулярными массами.

В отличие от твердых веществ и жидких, все газообразные вещества химическим количеством 1 моль занимают одинаковый объем (при одинаковых условиях) Эта величина наз-ся молярным объемом и обозначается

Т.к. объем газа зависит от температуры и давления, то при проведении расчетов берутся объемы газов при нормальных условиях (0?C и давлении 101,325 кПа) Установлено, что при н.у. отношение объема любой порции газа к химическому количеству газа есть величина постоянная равная 22,4 дм3/моль, т.о. Молярный объем любого газа при нормальных условиях = 22,4 дм3/моль

Связь между молярной массой, молярным объемом и плотностью (массой литра)

с= М/ Vm, г/дм3

Понятие молярная концентрация может относиться как к молекуле или формульной единице растворенного вещества, так и к его эквиваленту. С принципиальной точки зрения не важно, о чем идет речь: о концентрации молекул серной кислоты - С(Н2SO4) или « половинок молекул серной кислоты» - С(1/2 Н2SO4). Молярная концентрация эквивалента вещества раньше называлась нормальной концентрацией. Кроме того, молярную концентрацию часто называли молярностью, хотя такой термин использовать не рекомендуется (его можно перепутать с моляльностью)

Моляльность растворенного вещества представляет собой отношение количества вещества, находящегося в растворе к массе растворителя. Обозначают моляльность как m(Х), b(X),Cm(X):

Cm(X)= п(Х)/ mS

Размерность моляльности - моль/кг. Моляльность, согласно современной терминологии не является концентрацией. Её используют в тех случаях, когда раствор находится в неизотермических условиях. Изменение температуры влияет на объем раствора и приводит, тем самым, к изменению концентрации - моляльность же при этом остается постоянной.

Для количественной характеристики стандартных растворов обычно используют молярную концентрацию (вещества или эквивалента вещества

Нормальность растворов. Грамм-эквивалент.

Концентрацию растворов в титриметрическом анализе часто выражают через титр, т.е. указывают, сколько граммов растворенного вещества содержится в 1 мл раствора. Еще удобнее выражать ее через нормальность.

Нормальность называется число, показывающее, сколько грамм-эквивалентов растворенного вещества содержится в 1 л раствора.

Грамм-эквивалентом (г-экв) какого-либо вещества называется количество граммов его, химически равноценное (эквивалентное) одному грамм-атому водорода в данной реакции.

Сп = пэкв/V; Сп = z·n/V,

Где пэкв-число эквивалентов растворенного вещества, пэкв = z·n, V - объем раствора в литрах, п - число молей растворенного вещества, z·- эффективная валентность растворенного вещества

Для нахождения грамм-эквивалента нужно написать уравнение реакции и вычислить, сколько граммов данного вещества отвечает в нем 1 грамм-атому водорода.

Например:

HCl + KOH KCl +H2O

Один грамм-эквивалент кислоты равняется одной грамм-молекуле - моль (36,46 г) HCl, так как именно это количество кислоты соответствует при реакции одному грамм-атому водорода, взаимодействующему с ионами гидроксила щелочи.

Соответственно грамм-молекула H2SO4 при реакциях:

H2SO4 + 2NaOH Na2SO4 + 2H2O

Отвечает двум грамм-атомам водорода. Следовательно, грамм-эквивалент H2SO4 равен? грамм-молекулы (49,04 г).

В отличие от грамм-молекулы грамм-атом это число не постоянное, а зависит от реакции, в которой данное вещество участвует.

Поскольку один грамм-атом ОН- реагирует с одним грамм-атомом Н+ и, следовательно, эквивалентен последнему, грамм-эквиваленты оснований находятся аналогично, но с той лишь разницей, что грамм-молекулы их приходится в этом случае делить на число участвующих в реакции ОН- -ионов.

Наряду с грамм-эквивалентом в аналитической химии часто пользуются понятием миллиграмм-эквивалент. Миллиграмм-эквивалент (мг-экв) равен тысячной доле грамм-эквивалента (Э:1000) и представляет собой эквивалентный вес вещества, выраженный в миллиграммах. Например, 1 г-экв HCl равен 36,46 г, а 1 мг-экв HCl составляет 36,46 мг.

Из понятия об эквиваленте как о химически равноценном количестве следует, что грамм-эквиваленты представляют собой как раз те весовые количества, которыми они вступают в реакцию друг с другом.

Очевидно, что 1 мг-экв указанных веществ, составляющий 0,001 г-экв, находится в 1 мл однонормальных растворов этих веществ. Следовательно, нормальность раствора показывает, сколько грамм-эквивалентов вещества содержится в 1 литре или сколько миллиграмм-эквивалентов его содержится в 1 мл раствора. Нормальность растворов обозначается буквой н. Если в 1 л раствора содержится 1 г-экв. вещества, то такой раствор называется 1 нормальным (1 н), 2 г-экв - двухнормальным(2 н), 0.5 г-экв - полунормальным, 0.1г-экв - децинормальным(0.1н), 0.01 г-экв - сантинормальным, 0.001г-экв - миллинормальным (0.001н). Разумеется, нормальность раствора, кроме того, показывает и число миллиграмм-эквивалентов растворенного вещества в 1 мл раствора. Например, 1н р-р содержит 1 мг-экв, а 0.5 н- 0.5 мг-экв растворенного вещества в 1 мл.Приготовление нормальных растворов требует умения вычислять грамм-эквиваленты кислоты, основания или соли.

Грамм-эквивалентом называется число граммов вещества, химически равноценное (т.е. эквивалентное) одному грамм-атому или грамм-иону водорода в данной реакции.

Н-р: HCl + NaOH= NaCl+H2O

Видно, что одна грамм-молекула НСl участвует в реакции одним грамм-ионом Н+, взаимодействующим с ионом ОН-. Очевидно, в этом случае грамм-эквивалент НСl равен ее грамм-молекуле и составляет 36,46 г.Однако грамм-эквивалент кислот, оснований и солей зависят от течения реакций, в которых они участвуют. Для вычисления их пишут в каждом случае уравнение и определяют, сколько граммов вещества соответствует 1 грамм-атому водорода в данной реакции. Н-Р, молекулы ортофосфорной кислоты H3PO4 ,участвуя в реакции

H3PO4 + NaOH=NaH2PO4+ H2O

Отдает только один ион Н+ и грамм-эквивалент её равен грамм-молекуле (98,0г).В реакции

H3PO4 + 2NaOH = Na2HPO4+ 2H2O

каждая молекула соответствует уже двум грамм-ионам водорода. Поэтому грамм-экв. Её равен? грамм-молекулы, т.е 98:2=49г

Наконец, молекула H3PO4 может участвовать в реакции и тремя ионами водорода:

H3PO4 + 3NaOH=Na3PO4+ 3H2O

понятно, что в этой реакции грамм-молекула H3PO4 равноценна трем грамм-ионам Н+ и грамм-эквивалент кислоты равен 1/3 грамм-молекулы, т.е. 98:3=32.67г

Грамм-экв-ты оснований также зависят от характера реакции. Вычисляя грамм-эквивалент основания, обычно делят грамм-молекулу его на число ионов ОН-, участвующих в реакции, т.к. один грамм-ион ОН- эквивалентен одному грамм-иону Н+, Поэтому исходя из уравнений

Порядок пересчета из одного вида концентрации в другой. Расчеты с использованием молярной концентрации

В большинстве случаев при расчетах с использованием молярной концентрации исходят из пропорций, связывающих молярную концентрацию и молярную массу

Где С(Х) - концентрация раствора в моль/л;М-молярная масса, г/моль; m(Х)/ - масса растворенного вещества в граммах, п (Х)- количество растворенного вещества в молях, Vp - объем раствора в литрах.. Пример, рассчитать молярную концентрацию 2 л 80 г NaOH.

С(Х) = m(Х)/М Vp; М = 40 г/моль; С(Х)= 80г/40г/моль*2л=1 моль/л

Расчеты с использованием нормальности

Где Сп - концентрация раствора в моль/л; М-молярная масса, г/моль; m(Х)/ - масса растворенного вещества в граммах, п (Х)- количество растворенного вещества в молях, Vp - объем раствора в литрах.

Концентрация растворов и способы её выражения (Химический анализ в теплоэнергетике, Москва. Издательский дом МЭИ, 2008г)

Количественные соотношения между массами реагирующих веществ выражаются законом эквивалентов. Химические элементы и их соединения вступают в химические реакции друг с другом в строго определенных массовых количествах, соответствующих их химическим эквивалентам.

Пусть в системе протекает следующая реакция:

аХ+ b Y > Продукты реакции.

Уравнение реакций можно также записать в виде

X + b/a·Y > Продукты реакции,

которое обозначает, что одна частица вещества X эквивалентна b/a частиц вещества Y.

Отношение

Фактор эквивалентности, безразмерная величина, не превышающая 1. Его употребление как дробной величины не совсем удобно. Чаще используют величину, обратную фактору эквивалентности -- число эквивалентности (или эквивалентное число) z;

Значение z определяют по химической реакции, в которой участвует данное вещество.

Существуют два определения эквивалента:

1. Эквивалент -- это некая реальная или условная частица, которая может присоединять, высвобождать или каким-либо другим образом быть эквивалентна одному иону водорода в реакциях кислотно-основного взаимодействия или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях.
2. Эквивалент -- условная частица вещества, в z раз меньшая, чем соответствующая ей формульная единица. Формульные единицы в химии -- это реально существующие частицы, такие, как атомы, молекулы, ионы, радикалы, условные молекулы кристаллических веществ и полимеров.

Единицей количества вещества эквивалентов является моль или ммоль (ранее г-экв или мг-экв). Необходимая для расчетов величина -- молярная масса эквивалента вещества Мэкв(Y), г/моль, равная отношению массы вещества mY к количеству вещества эквивалентов nэкв(Y):

Мэкв(Y) = mY / nэкв(Y)

так как nэкв

следовательно

Мэкв(Y) =МY / zY

где МY -- молярная масса вещества Y, г/моль; nY -- количество вещества Y, моль; zY -- число эквивалентности.

Концентрация вещества -- физическая величина (размерная или безразмерная), определяющая количественный состав раствора, смеси или расплава. Для выражения концентрации раствора применяются различные способы.

Молярная концентрация вещества В или концентрация количества вещества - отношение количества растворенного вещества В к объему раствора, моль/дм3,

Св = nв /Vp = mв /Мв Vp

где nв -- количество вещества, моль; Vp -- объем раствора, дм3; МB -- молярная масса вещества, г/моль; mB -- масса растворенного вещества, г.

Удобна в использовании сокращенная форма записи единицы молярной концентрации М = моль/дм3.

Молярная концентрация эквивалентов вещества В -- отношение количества эквивалентов вещества В к объему раствора, моль/дм3 ? н:

Сэкв (В)= n экв (В)/ Vp = mв /Мв Vp = mв·zв / Мв Vp

где nэкв -- количество вещества эквивалентов, моль; Мэкв -- молярная масса эквивалентов вещества, г/моль; zB -- число эквивалентности.

Применение терминов «нормальность» и «нормальная концентрация» и единиц измерения г-экв/дм3, мг-экв/дм3 не рекомендуется, как и символа N, для сокращенного обозначения молярной концентрации эквивалентов вещества.

Массовая концентрация вещества В -- отношение массы растворенного вещества В к объему раствора, г/дм3,

Массовая доля растворенного вещества В -- отношение массы растворенного вещества В к массе раствора:

Св = mв / mр = mв/ с Vp

где mр - масса раствора, г; с -- плотность раствора, г/см3.

Употребление термина «процентная концентрация» не рекомендуется.

Молярная доля растворенного вещества В -- отношение количества этого вещества к суммарному количеству всех веществ, входящих в состав раствора, включая растворитель,

XВ= nВ / ? ni , ? ni = nВ + n1 + n2 +.....+ ni

Моляльность вещества В в растворе -- количество растворенного вещества В, содержащегося в 1 кг растворителя, моль/кг,

Сm= nв / ms = mв / Мв· ms

где ms -- масса растворителя, кг.

Титр - Титр раствора вещества В -- концентрация стандартного раствора, равная массе вещества В, содержащегося в 1 см3 раствора, г/см3,

В данное время употребление многих терминов не рекомендуется, но в практике водоподготовки и на производстве специалисты применяют именно эти термины и единицы измерения, поэтому для устранения разночтений в дальнейшем будут применяться привычные термины и единицы измерения, а в скобках указываться новая терминология.

Согласно закону эквивалентов, вещества реагируют в эквивалентных количествах:

nэкв (Х) = nэкв(Y), а nэкв(Х) = Сэкв (Х)·Vx и nэкв(Y) = Сэкв (Y)·Vy

следовательно, можно записать

Сэкв (Х)·Vx = Сэкв (Y)·Vy

где nэкв(Х) и nэкв(Y) -- количества вещества эквивалентов, моль; Сэкв(Х) и Сэкв(Y) -- нормальные концентрации, г-экв/дм3 (молярные концентрации эквивалентов вещества, моль/дм3); VX и VY -- объемы реагирующих растворов, дм3.

Допустим, что необходимо определить концентрацию раствора титруемого вещества X-- Сэкв(Х). Для этого точно отмеряют аликвоту этого раствора VX. Затем проводят реакцию титрования раствором вещества Y концентрации Сэкв(Y) и отмечают, какой объем раствора израсходован на титрование VY -- титранта. Далее по закону эквивалентов можно рассчитать неизвестную концентрацию раствора вещества X:

Равновесие в растворах. Истинные растворы и суспензии. Равновесие в системе «осадок - насыщенный раствор». Химическое равновесие

Химические реакции могут протекать таким образом, что взятые вещества полностью превращаются в продукты реакции - как говорят, реакция идет до конца. Такие реакции называются необратимыми. Пример необратимой реакции - разложение перекиси водорода:

2Н2О2 = 2Н2О + О2 ^

Обратимые реакции одновременно протекают в 2 противоположных направлениях. т.к. полученные в результате реакции продукты взаимодействуют друг с другом с образованием исходных веществ.. Например: при взаимодействии паров йода с водородом при 300 ?C образуется иодистый водород:

Однако при 300?C йодистый водород разлагается:

Обе реакции можно выразить одним общим уравнением, заменив знак равенства знаком обратимости:

Реакция между исходными веществами называется прямой реакцией, и скорость ее зависит от концентрации исходных веществ. Химическая реакция между продуктами называется обратной реакцией, и скорость её зависит от концентрации исходных веществ. Химическая реакция между продуктами называется обратной реакцией, и скорость её зависит от концентрации полученных веществ. В начале обратимого процесса скорость прямой реакции максимальна, а скорость обратной равна нулю. По мере протекания процесса скорость прямой реакции уменьшается, т.к. концентрация взятых веществ уменьшается, а скорость обратной реакции увеличивается, поскольку увеличивается концентрация полученных веществ. Когда скорости обеих реакций станут равными, наступает состояние, называемое химическим равновесием. При химическом равновесии ни прямая, ни обратная реакции не прекращаются; обе они идут с одинаковой скоростью. Следовательно, химическое равновесие является подвижным, динамическим равновесием. На состояние химического равновесия роказывает влияние концентрация реагирующих веществ, температура,а для газообразных веществ -давлениев системе..

Изменяя эти условия, можно смещать равновесие вправо (при этом увеличиться выход продукта) или влево. Смещение хим. равновесия подчиняется принципу Ле-Шателье:

При установившемся равновесии произведение концентраций продуктов реакции, деленное на произведение концентраций исходных веществ(для данной реакции Т=соnst) представляет собой постоянную величину, называемую константой равновесия.

При изменении внешних условий химическое равновесие смещается в сторону той реакции, которая ослабляет это внешнее воздействие. Так, при повышении концентрации реагирующих веществ равновесие смещается в сторону образования продуктов реакции. Введение в равновесную систему дополнительных количеств любого из реагирующих веществ ускоряет ту реакцию, при которой оно расходуется. Увеличение концентрации исходных веществ смещает равновесие в сторону образования продуктов реакции. Увеличение концентрации продуктов реакции смещает равновесие в сторону образования исходных веществ.

Реакции, протекающие в процессе химического анализа. Виды реакций. Характеристика. Типы химических реакций

Химические реакции можно подразделить на четыре основных типа:

разложения

соединения

замещения

Реакцией разложения-

называется такая хим. реакция, в кот. из одного сложного вещ-ва получается два или неск. простых или сложных вещества:

2Н2О > 2Н2^ +O2^3

Реакцией соединения называется такая реакция, в рез-те ко-торой из двух или несколько простых или сложных веществ образуется одно более сложное вещество:

Реакцией замещения называется реакция, протекающая между простым и сложным веществами, при кот.

атомы прост. вещ-ва замещают атомы одного из элементов в сложном веществе:

Fe+CuCl2> Cu+FeCl2

Zn+CuCl2>ZnCl2+Cu

Реакцией обмена называ-ется реакция при которой два сложных вещества

обменивается своими составными частями, обра-зуя два новых вещества:

NaCl+AgNO3=AgCl+NaNO3

По выделению и поглощению энергии химические реакции делят на экзотермические, идущие с выделением теплоты в окружающую среду и эндотермические, идущие с поглощенитенм теплоты из окружающей среды

Наука о методах анализа состава анализируемого вещества, (в широком смысле) и о методах всестороннего химического исследования веществ, окружающих нас на Земле называют аналитической химией. Предметом аналитической химии является теория и практика разнообразных методов анализа. Анализ того или иного вещества проводят с целью установления его качественного или количественного химического состава.

Задачей качественного анализа является открытие элементов, иногда соединений, входящих в состав исследуемого вещества Количественный анализ дает возможность определить количественное соотношение этих компонентов.

В качественном анализе для установления состава анализируемого вещества к нему прибавляют другие вещества, вызывающие такие химические превращения, которые сопровождаются образованием новых соединений, обладающих специфическими свойствами:

- определенным физическим состоянием (осадок, жидкость, газ)
- известной растворимостью в воде, кислотах, щелочах и др. растворителях
- характерным цветом
- кристаллической или аморфной структурой
- запахом

Качественный анализ при исследовании состава неизвестного вещества всегда предшествует количественному, т.к. выбор метода количественного определения составных частей анализируемого вещества зависит от данных, полученных при помощи качественного анализа. Результаты качественного анализа не дают возможности судить о свойствах исследуемых материалов, так как свойства определяются не только тем, из каких частей состоит исследуемый объект, но и их количественным соотношением. Приступая к количественному анализу, необходимо точно знать качественный состав исследуемого вещества; зная качественный состав вещества и примерное содержание компонентов, можно правильно выбрать метод количественного определения интересующего нас элемента.

На практике, стоящая перед аналитиком задача обычно значительно упрощается благодаря тому, что качественный состав большинства исследуемых материалов хорошо известен

Методы количественного анализа

Методы количественного анализа в зависимости от характера экспериментальной техники, применяемой для конечного определения составных частей анализируемого вещества делят на 3 группы:

- химические
- физические
- физико-химические(инструментальные)

Физические методы - методы анализа, при помощи которых можно определять состав исследуемого вещества, не прибегая к использованию химических реакций. К физическим методам относятся:

- спектральный анализ- основан на исследованиях спектров испускания (или излучения и поглощения исследуемых веществ)
- люминисцентный (флуоресцентный) - анализ, основанный на наблюдении люминисценции (свечения) анализируемых веществ, вызываемый действием ультрафиолетовых лучей
- ренгеноструктурный-основанный на использовании рентгеновских лучей для исследования строения вещества
- масс-спектрометрический анализ
- методы, основанные на измерении плотности исследуемых соединений

Физико-химические методы основаны на изучении физических явлений, которые происходят прихимических ракциях, сопровождающихся изменением цвета раствора, интенсивности окраски (колориметрия), электропроводности (кондуктометрия)

Химичечкие методы основаны на использовании химических свойств элементов или ионов.

Химические

Физико-химические

Гравиметрический

Титриметрический

Колориметрический

Электрохимический

Метод количественного анализа,заключается в точном измерении массы определяемого компонента пробы, выделенного в виде соединения известного состава или в форме элемента. Классическое название весовой метод

Метод количественного анализа основан на измерении объема (или массы) раствора реактива известной концентрации, расходуемого для реакции с определяемым веществом. Подразделяются по типу реакций на 4 метода:

- кислотно-основной (щелочность, кислотность)
- окислительно-восстановительный (бихроматный - вещество титруется раствором двухромовокислого калия, перманганатометрия, иодометрия) - комплексометрический:
(титрант Трилон Б)

Метод количественного анализа основанный на оценке интенсивности окраски раствора (визуально или с помощью соответствующих приборов). Фотометрические определение возможно лишь при условии, что окраска раст-воров не слишком интен-сивна, поэтому для таких измерений применяют сильно разбав-ленные растворы. На практике фотометрические определе-ниями особенно часто пользуются тогда, когда содержание соответствующего элемента в исследуемом объекте мало и когда методы гравиметриического и титри-метрического анализа оказываются непригодными. Широкому распространению фотометрического метода способствует быстрота выполнения определения.

Метод количественного анализа, в нем сохраняется обычный принцип титриметричес-ких определений, но момент окончания соответствующей реак-ции устанавливают путем измерения электропроводимости раствора (кондукто-метрический метод), либо путем измерения потенциала того или иного электрода, погруженного в исследуемый раствор (потенциометрический метод)

В количественном анализе различают макро-, микро- и полу микро- методы.

При макроанализе берут сравнительно большие (около 0,1 г и более) навески исследуемого твердого вещества или большие объемы растворов (несколько десятков миллилитров и более). Основным рабочим инструментом в этом методе являются аналитические весы, позволяющие взвешивать с точностью до 0,0001-0,0002 г в зависимости от конструкции весов (т.е. 0,1-0,2 мг).

В микро- и полумикрометодах количественного анализа используют навески от 1 до 50 мг и объемы раствора от десятых долей миллилитра до нескольких миллилитров. для этих методов применяют более чувствительные весы, например микровесы (точность взвешивания до 0,001 мг) а также более точную аппаратуру для измерения объемов растворов.

Объемный анализ, сущность и характеристика метода. Понятие о титровании, титре. Общие приемы титрования, способы установки титра

Титриметрический (объемный)анализ Сущность анализа.

Титриметрический анализ в отношении скорости выполнения дает огромное преимущество по сравнению с гравиметрическим анализом. При титриметрическом анализе измеряют объем затрачиваемого на проведение реакции раствора реагента, концентрация (или титр) которого всегда точно известна. Под титром обычно понимают число граммов или миллиграммов растворенного вещества, содержащееся в 1 мл раствора. Таким образом, в титриметрическом анализе количественное определение химических веществ осуществляется чаще всего путем точного измерения объемов растворов двух веществ, вступающих между собой в реакцию.

При анализе титрованный раствор реактива помещают в измерительный сосуд, называемый бюреткой, и понемногу приливают его к исследуемому раствору, до тех пор, пока тем или иным способом не будет установлено, что затраченное количество реактива эквивалентно количеству определяемого вещества. Эта операция называется титрованием

Титруемым веществом называют вещество, концентрацию раствора которого необходимо установить. При этом объем раствора титруемого вещества должен быть известен.

Титрантом называют раствор реагента, используемый для титрования, концентрация которого известна с высокой точностью. Его часто называют стандартным (рабочим) или титрованным раствором.

Раствор можно приготовить несколькими способами:

- по точной навеске исходного вещества (в качестве исходных веществ можно использовать только химически чистые устойчивые соединения, состав которых строго соответствует химической формуле, а также легко очищаемые вещества);
- по фиксаналу (по строго определенному количеству вещества, обычно 0,1 моль или его доля, помещенному в стеклянную ампулу);
- по приблизительной навеске с последующим определением концентрации по первичному стандарту (необходимо иметь первичный стандарт -- химически чистое вещество точно известного состава, отвечающее соответствующим требованиям);
- путем разбавления заранее приготовленного раствора с известной концентрацией.

Титрование -- основной прием титриметрического анализа, заключающийся в постепенном прибавлении раствора реагента известной концентрации из бюретки (титранта) к анализируемому раствору до достижения точки эквивалентности. Часто фиксирование точки эквивалентности. оказывается возможным благодаря тому, что окрашенный реагент в процессе реакции изменяет свою окраску (при титровании окисляемости). Или в исследуемый раствор добавляются вещества, претерпевающие какое-либо изменение при титровании и тем самым позволяющие фиксировать точку эквивалентности, эти вещества называются индикаторами. Основной характеристикой индикаторов принято считать не значение конечной точки титрования, а интервал перехода окраски индикатора. Изменение окраски индикатора становится заметным для человеческого глаза не при конкретном значении рТ,

Интервал перехода кислотно-основных индикаторов


Индикатор	перехода, рН	Кислотная форма	Основная форма
Ализариновый желтый					Фиолетовая
Тимолфталеин				Бесцветная
Фенолфталеин				Бесцветная
Крезоловый пурпурный					Пурпурная
Феноловый красный
Бромтимоловый синий

Метиловый красный
Метиловый оранжевый
Бромфеноловый синий

Однако, даже при наличии индикаторов применение их не всегда возможно. Обычно нельзя титровать с индикаторами сильно окрашенные или мутные растворы, так как перемена окраски индикатора становится трудно различимой.

В таких случаях точку эквивалентности иногда фиксируют по изменению некоторых физических свойств раствора при титровании. На этом принципе основаны электротитриметрические методы анализа. Например, кондуктометрический метод, при котором точку эквивалентности находят, измеряя электропроводность раствора; потенциометрический метод, основанный на измерении окислительно-восстановительного потенциала раствора (метод потенциометрического титрования).

Кроме того, необходимо, чтобы прибавляемый титрованный раствор реактива расходовался исключительно на реакцию с определяемым веществом, т.е. при титровании не должны протекать побочные реакции, делающие точное вычисление результатов анализа невозможным. Точно так же необходимо отсутствие в растворе веществ, мешающих течению реакции или препятствующих фиксированию точки эквивалентности.

В качестве реакции можно использовать только те химические взаимодействия между титруемым веществом и титрантом, которые отвечают следующим требованиям:

1) реакция должна быть строго стехиометрической, т.е. химический состав титруемого вещества, титранта и продуктов реакции должен быть строго определен и неизменен;
2) реакция должна протекать быстро, поскольку в течение длительного времени в растворе могут произойти изменения (за счет конкурирующих реакций), природу и влияние которых на основную реакцию титрования достаточно сложно предугадать и учесть;
3) реакция должна протекать количественно (по возможности полностью), т.е. константа равновесия реакции титрования должна быть как можно выше;
4) должен существовать способ определения конца реакции. .

В титриметрии различают следующие варианты титрования:

- метод прямого титрования. Титрант непосредственно добавляют к титруемому веществу. Данный метод применяют, если все требования, предъявляемые к реакции титрования выполняются;
- метод обратного титрования. К титруемому веществу прибавляют заведомый избыток титранта, доводят реакцию до конца, а затем титруют избыток не прореагировавшего титранта другим титрантом, т.е. титрант, используемый в первой части опыта, сам превращается в титруемое вещество во второй части опыта. Данный метод применяют, если скорость реакции мала, не удается подобрать индикатор, наблюдаются побочные эффекты (например, потери определяемого вещества вследствие его летучести) или реакция происходит не стехиометрически; - метод косвенного титрования по заместителю. Производят сте-хиометрическую реакцию титруемого соединения с другим реагентом, а получившееся в результате этой реакции новое соединение титруют подходящим титрантом. Метод применяют, если реакция нестехиометрична или происходит медленно.

Растворимость зависит от природы растворенного вещества и растворителя, температуры и давления.

1)Природа растворенного вещества.

Рис.8. Природа растворенного вещества.

Кристаллические вещества подразделяются на:

P - хорошо растворимые (более 1,0 г на 100 г воды);

M - малорастворимые (0,1 г - 1,0 г на 100 г воды);

Н - нерастворимые (менее 0,1 г на 100 г воды).

Таблица 1.

Таблица растворимости кислот, оснований и солей в воде

(в граммах на 100г воды при 20С)

H +

NH 4 +

K +

Na +

Ag +

Ba 2+

Ca 2+

Sr 2+

Mg 2+

Zn 2+

Cu 2+

Hg 2+

Pb 2+

Fe 2+

Sn 2+

Mn 2+

Bi 3+

Fe 3+

Al 3+

OH -

Cl -

Br -

I -

NO 3 -

S 2-

SO 3 2-

SO 4 2-

CO 3 2-

PO 4 3-

SiO 3 2-

СH 3 COO -

2) Природа растворителя. При образовании раствора связи между частицами каждого из компонентов заменяются связями между частицами разных компонентов. Чтобы новые связи могли образоваться, компоненты раствора должны иметь однотипные связи, т.е. быть одной природы. Поэтому ионные вещества растворяются в полярных растворителях и плохо в неполярных, а

молекулярные вещества - наоборот.

Вода - уникальный, наиболее распространенный и доступный растворитель.

Рис. 9. Зависимость растворимости

веществ от природы растворимости.

Водные растворы неорганических (соли, кислоты, основания) и органических (аминокислоты, азотистые основания, нуклеиновые кислоты) веществ, низко- и высокомолекулярных соединений, электролитов и неэлектролитов, составляют основу важнейших биологических жидкостей, в которых протекают все физико - химические процессы, обеспечивающие жизнедеятельность организма. Например, в медицине используют искусственные аналоги биологических жидкостей – коллоидные и солевые кровезаменяющие растворы.

Растворы веществ с молярной массой меньше 5000 г/моль называются растворами низкомолекулярных соединений (НМС), а растворы веществ с молярной массой больше 5000 г/моль – растворами высокомолекулярных соединений (ВМС).

Растворы низкомолекулярных соединений (электролитов и неэлектролитов) называются истинными в отличие от коллоидных растворов. Истинные растворы характеризуются гомогенностью состава и отсутствием поверхности раздела между растворенным веществом и растворителем. Размер растворенных частиц (ионов и молекул) меньше 10 -9 м.

Большинство ВМС – полимеры, молекулы которых (макромолекулы) состоят из большого числа повторяющихся группировок или мономерных звеньев, соединенных между собой химическими связями. Растворы ВМС называются растворами полиэлектролитов. К полиэлектролитам относятся поликислоты (гепарин, полиадениловая кислота, полиаспарагиновая кислота и др.), полиоснования (полилизин), полиамфолиты (белки, нуклеиновые кислоты).

Свойства растворов ВМС существенно отличаются от свойств растворов НМС.

3)Влияние температуры. Если растворение вещества является экзотермическим процессом, то с повышением температуры его растворимость уменьшается (например, Ca(OH)2 в воде) и наоборот. Для большинства солей характерно увеличение растворимости при нагревании. Практически все газы растворяются с выделением тепла. Растворимость газов в жидкостях с повышением температуры уменьшается, а с понижением увеличивается.

Рис. 10. График зависимости