더 높은 농도의 용액 단계. 희석 용액의 특성

해결책여러 구성 요소로 구성된 동종 시스템이라고 합니다. 둘 이상의 개별 물질로 구성됩니다. Gibbs의 정의에 따르면: 솔루션은 다양한 구성의 단계입니다. . 일반적으로 용액의 구성은 다음과 같이 나뉩니다. 용제(시스템에 비교적 많은 양으로 존재하는 구성 요소) 및 용질(기타 구성 요소). 해결책은 다음과 같습니다. 완벽한, 형성에 부피의 감소 또는 증가, 열 방출 또는 흡수가 수반되지 않는 경우. 이상적인 솔루션은 모든 농도와 온도에서 Raoult의 법칙(아래 참조)을 따릅니다. 진짜결합, 해리, 용매화 등의 현상으로 인한 용액에는 위에서 언급한 특성이 없습니다. 그러나 강하게 희석된 상태에서, 그리고 유사한 형태로 형성되는 경우에도 화학 성분그리고 물리적 특성물질은 이상적인 물질에 접근하므로 이상적인 용액의 상태를 설명하는 정량적 법칙은 어느 정도 근사치를 통해 물질에 적용될 수 있습니다.

여기서는 용매가 액체(보통 물)이고 용질이 기체, 액체 또는 고체인 용액만 고려합니다. 화합물용액은 용액 또는 용매의 단위량당 용해된 물질의 양을 특징으로 합니다.

삼투 – 서로 다른 농도의 용액을 낮은 농도의 용액에서 높은 농도의 용액으로 분리하는 반투막을 통한 용매 분자의 자발적인 이동으로 후자의 희석이 발생합니다. 셀로판 필름은 종종 작은 구멍을 통해 작은 부피의 용매 분자만 선택적으로 통과할 수 있고 큰 또는 용매화된 분자 또는 이온이 유지되는 반투막으로 사용됩니다. 고분자 물질의 경우, 페로시안화 구리 필름 저분자 물질의 경우. 농도가 더 높은 용액에 외부 정수압을 가하면 용매 이동(삼투) 과정을 방지할 수 있습니다(평형 조건에서는 이를 소위 현상이라고 함). 삼투압,문자 p)로 표시됩니다. 전해질이 아닌 용액에서 p 값을 계산하려면 경험적 반트 호프 방정식:

p = C R T, (4.1)

여기서 C는 물질의 몰 농도(mol/kg)입니다.

R – 보편적인 기체 상수, J/mol K.

삼투압의 크기는 주어진 용액 부피에 용해된 하나 이상의 물질의 분자 수(일반적으로 입자 수)에 비례하며 물질의 성질과 용매의 성질에 의존하지 않습니다. 강하거나 약한 전해질 용액에서는 분자의 해리로 인해 개별 입자의 총 수가 증가하므로 해당 비례 계수를 등장성 계수.

p = i C R T, (4.2)

어디에 – 등장성 계수는 이온과 해리되지 않은 전해질 분자 수의 합과 이 물질의 초기 분자 수의 비율로 계산됩니다.

따라서 전해질의 해리 정도, 즉 이온으로 분해된 분자 수의 비율 총 수용해된 물질의 분자는 a와 같고 전해질 분자는 n 이온으로 분해되며 등장 계수는 다음과 같이 계산됩니다.

나= 1 + (n – 1)×a, ( 나 > 1). (4.3)

강한 전해질의 경우 a = 1을 취할 수 있습니다. , 그 다음에 나= n, 계수 i(역시 1보다 큼)는 다음과 같습니다. 삼투 계수.

삼투 현상은 많은 물질의 용액과 관련된 세포막이 반투막의 특성을 갖기 때문에 식물과 동물 유기체에 매우 중요합니다. 안에 정수세포는 어떤 경우에는 막이 파열될 정도로 크게 부풀어 오르고, 반대로 염분 농도가 높은 용액에서는 물의 손실이 크기 때문에 크기와 주름이 감소합니다. 그러므로 통조림을 할 때 식품다량의 소금이나 설탕이 첨가됩니다. 그러한 조건에서 미생물 세포는 상당한 양의 물을 잃고 죽습니다.

삼투압은 식물 뿌리의 세포 수액(5-20bar)과 물을 주는 동안 추가로 희석되는 토양 용액 사이의 삼투압 차이로 인해 식물 내 물의 이동을 보장합니다. 삼투압으로 인해 식물의 물이 뿌리부터 위쪽으로 상승합니다. 따라서 물을 잃은 잎 세포는 줄기 세포에서 삼투압으로 흡수하고 후자는 뿌리 세포에서 물을 가져옵니다.

액체의 가스 용해도가스와 용매의 성질뿐만 아니라 압력과 온도에도 따라 크게 달라집니다. 용해된 가스의 양은 용액 위의 증기 압력에 비례합니다( 헨리의 법칙). 온도가 증가하고 용액에 다른 물질이 존재하면 가스의 용해도가 감소합니다.

액체와 증기 사이의 평형은 동적입니다. 액체와 증기 사이에는 분자(입자)가 지속적으로 교환되며 평형 조건에서 두 상 사이의 경계면 단위를 통과하는 이러한 분자의 수는 동일합니다(양쪽 방향에서).

에 따르면 라울의 법칙용액 위의 용매 (A) 증기압의 상대적 감소는 액체에 용해 된 물질 (B)의 몰 분율에만 의존합니다. 즉, 단위 부피당 물질 B의 입자 수에 의해 결정됩니다 , 그러나 용해된 물질의 특성에 의존하지 않습니다.

여기서 NB – 몰분율용액 속 물질 B는 다음 공식에 의해 결정됩니다.

, (4.5)

여기서 n은 물질의 몰수입니다.

– 순수한 용매 이상의 포화 증기압;

PA는 용액 위의 용매 증기압입니다(동일한 온도에서).

Raoult의 법칙은 이상적이고 매우 희석된 용액에 적용됩니다.

P A = (T = const에서), (4.6)

여기서 N A는 용액 내 물질 A의 몰 분율이며 다음 식에 의해 결정됩니다.

. (4.7)

위의 방정식 (4.6)은 실제 용액 위의 용매 증기압이 이 용액에서 용매의 몰분율에 정비례한다는 것을 보여줍니다.

응축상의 증발과 관련된 문제를 해결할 때 순수한 물질, 다음 방정식을 사용할 수 있습니다.

(4.8)

여기서 P 1 및 P 2는 각각 절대 온도 T 1 및 T 2에서의 증기압입니다.

– 주어진 온도 범위에서 일정한 것으로 간주되는 몰 증발열(기화)

R - 보편적인 가스 상수.

액체 종기그 위의 포화 증기압이 외부 압력에 도달하는 온도. 용해된 비휘발성 물질의 농도가 증가함에 따라 용액 위의 용매 증기압은 감소하고 용액은 더 많이 끓습니다. 고온순수한 용매보다 끓는점의 증가(변화)순수한 용매의 경우 T0부터 희석 용액의 경우 T까지 다음 방정식을 사용하여 계산됩니다.

DT kip = T – T o = K e ·C m ,в, (4.9)

여기서 DT 끓임은 용액의 끓는점 K의 증가입니다.

K e – ebullioscopic 계수, K · kg · mol – 1;

방정식(4.9)으로부터 K e = DT bp라는 것이 분명합니다. Cm에서 B = 1mol/kg. 끓는점의 증가는 용액의 농도에 따라 달라집니다. 단위 부피당 입자 수에 따라 결정되지만 이러한 입자의 유형 및 특성에는 의존하지 않습니다.

ebullioscopic 계수는 용매의 특성에만 의존하며 다음과 같이 결정됩니다.

, (4.10)

어디서 M A – 몰 질량용제; g/몰;

DH 증발은 순수한 용매의 증발 몰열입니다.

왜냐하면 , (4.11)

m A – 용매 질량, g,

그러면 방정식 (4.11)을 고려하여 방정식 (4.9)를 작성할 수 있습니다.

. (4.12)

결과 방정식(4.12)은 실험적으로 발견된 DT bp 값으로부터 알려지지 않은 용질 B의 몰 질량을 결정하는 데 사용될 수 있습니다.

약하거나 강한 전해질 용액의 끓는점 증가를 계산하려면 삼투압 섹션에 제공된 등장 계수 i의 개념을 사용해야 합니다(식 4.3 참조). 그러면 방정식 (4.9)는 다음과 같은 형식을 취합니다.

DT kip = K E i C m, V. (4.13)

솔루션 꼭 매달리게 하다순수한 용매보다 낮은 온도에서 이는 용액 위의 용매 증기압이 감소한 결과입니다. 희석 용액의 경우 어는점 저하순수한 용매의 경우 T 0에서 용액의 경우 T까지 용액의 정량적 구성에 따라 달라집니다.

DT 대리인 = Т 0 – Т = К к · С m , В, (4.14)

여기서 DT 차수는 용액의 동결 온도 K의 감소입니다.

K k – 극저온 계수, K · kg · mol – 1;

С m, В – 물질 B의 몰농도, mol/kg.

방정식 (4.14)에서 DT 차장 = K k at C m, B = 1 mol/kg이고 용액의 어는점 감소는 단위 부피당 입자 수에 의해서만 결정되지만 의존하지 않습니다. 이 입자의 성질.

,(4.15)

여기서 M A는 용매 A의 몰 질량(g/mol)입니다.

DН pl은 순수한 용매의 몰 융해열입니다.

용매 m A의 질량이 용질 B의 질량을 포함한다면,

,(4.16)

여기서 m B는 용해된 물질 B의 질량, g입니다.

МВ – 용질 B의 몰 질량, g/mol;

m A - 용매의 질량, g.

그러면 방정식 (4.14)은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

 (4.17)

방정식 (4.17)은 알려진 용매에서 용액의 어는점을 낮춤으로써 알려지지 않은 물질의 몰 질량을 실험적으로 결정하고 계산하는 데 사용할 수 있습니다.

용질이 용액에서 이온으로 분해되면 등장 계수 i의 도입을 통해 분자의 해리로 인한 입자 수의 증가가 고려됩니다 (식 4.3 참조).

DT 대리인 = К к · i · С m , V. (4.18)

예

0.17g의 알코올과 20g의 물을 함유한 알코올 수용액은 –0.354 0C의 온도에서 동결됩니다. 물의 극저온 계수가 1.86oC kg mol –1인 경우 알코올의 몰 질량을 계산하십시오.

해결책

이를 해결하기 위해 방정식 (1.60)을 사용합니다.

답변. Msp = 46g/mol.

코노발로프의 제1법칙(라울의 법칙에서 벗어나는 이상과 해 모두에 적용 가능): 두 액체의 평형 용액 위의 포화 증기는 해당 구성 요소가 상대적으로 더 풍부하며 시스템에 추가하면 총 증기압이 증가합니다(또는 끓는점이 낮아집니다).따라서 용액이 증발하면 증기는 휘발성이 더 높은 성분으로 농축되고, 액체는 휘발성이 덜한 성분으로 농축됩니다. 정류를 통해 혼합물(주로 유기 액체)을 분리하는 방법은 용액 조성과 평형 상태에 있는 증기의 차이에 기초합니다. 증발-응축 과정을 반복함으로써 순수한 성분을 얻을 수 있습니다. 실제로 이는 증류탑에서 구현됩니다.

Raoult의 법칙에서 크게 벗어나는 용액의 경우 용액 구성에 대한 용액 위의 증기압 의존성 곡선은 종종 최대 또는 최소점을 갖습니다. 극단적인 지점에서는 증기의 구성이 액체의 구성과 일치합니다. (Konovalov의 두 번째 법칙).이러한 혼합물을 공비,증류(정류)로 분리하는 것은 불가능합니다.

성격이 매우 다른 사람들을 위해 그리고 이러한 이유로 실질적으로 섞이지 않는액체의 경우, 혼합물 위에 있는 각 성분의 증기압은 순수한 성분의 증기압과 같습니다. 그러면 총 증기압은 순수한 상태(동일한 온도)에서 두 구성 요소의 포화 증기압의 합과 같습니다.

P = P A + P V.(4.19)

그러나 이러한 혼합물의 끓는점은 각 개별 액체의 끓는점보다 낮습니다. 이 특성은 물과 섞이지 않는 액체를 통해 거품을 낸 후 빠져나가는 증기를 응축시켜 증기 증류에 사용됩니다. 증기 증류를 사용하면 100oC 미만의 온도에서 끓는점이 높은 액체를 증류할 수 있습니다.

강의 5: 솔루션. 솔루션의 속성. 용액의 농도를 표현하는 방법.

강의 개요:

1. 솔루션의 개념. 솔루션 분류.

4. 용액의 농도를 표현하는 방법.

5. 솔루션의 공동 속성.

1. 솔루션. 솔루션 분류.

해결책 둘 이상의 독립적인 구성 요소(용질과 용매)와 상호 작용의 산물로 구성된 균질(균질) 시스템이라고 합니다. 주어진 시스템에서 양이 가장 많은 구성 요소를 용제.

집계 상태에 따라 솔루션은 다음과 같이 나뉩니다.

기체 용액

고체 용액

액체 용액

액체 속의 고체 용액

액체 속의 기체 물질 용액

3. 액체 속의 액체 물질 용액: 식초, (알코올+물)

용매가 액체인 용액은 화학에서 가장 중요합니다. 용액 내 성분의 상대적 함량은 무엇이든 될 수 있으며 화학적 성질, 서로에 대한 친화력 및 용액 준비 조건-온도, 압력에 따라 달라지는 물질의 상호 용해도에 의해서만 제한됩니다. 가스 용해의 경우), 기타 용해된 물질의 존재 .

용질과 용매의 상대적인 양에 따라 용액은 다음과 같습니다. 희석된 그리고 집중된 .

용액에 유입되는 입자의 우세율과 용액에서 제거되는 입자의 우세 비율을 기준으로 용액을 구별합니다. 부자 , 불포화 그리고 과포화 .

가득한 용액은 용질의 고체상과 평형을 이루고 주어진 조건에서 가능한 최대량의 이 물질을 포함하는 용액입니다.

포화용액의 농도보다 농도가 낮은 용액을 포화용액이라고 한다. 불포화 . 이러한 용액에서는 동일한 조건에서 동일한 물질을 추가로 용해시킬 수 있습니다.

가열하면 포화된 용액을 소금 결정이 나오지 않도록 조심스럽게 실온으로 식힌다면, 과포화 해결책. 따라서, 과포화 주어진 온도에서 포화 용액에서 가능한 것보다 더 많은 용질을 포함하는 용액을 용액이라고 합니다. 과포화 용액은 불안정하며 조건이 변경되면(예: 격렬하게 흔들거나 소금 결정을 추가하여 결정화 시드) 포화 용액과 소금 결정 침전물이 형성됩니다.

2. 물질의 용해도. 물질의 용해도에 영향을 미치는 요인.

포화 용액의 성분 비율의 정량적 특성은 다음과 같습니다. 용해도 . 이를 수행하는 가장 일반적인 방법은 다음과 같습니다.

· 물질 용해도 계수(P) - 주어진 온도에서 100g의 용매에 용해될 수 있는 물질의 가장 큰 질량. 예를 들어, 20°C에서 NaCl 36.0g이 물 100g에 용해되어 포화 용액을 형성하는데, 이는 P(NaCl) = 36을 의미합니다.

· 물질의 몰 용해도 ( 에스) - 특정 온도에서 특정 용매 1리터에 용해되어 포화 용액을 형성할 수 있는 물질의 몰수입니다. 따라서 S(NaCl) = 6.154 mol\l

· 가스 흡수 계수 – 주어진 온도와 1atm의 가스 부분압력에서 단위 부피의 용매에 용해될 수 있는 가장 큰 가스 부피입니다. 따라서 20°C에서 분자가 비극성인 물에 의한 질소와 산소의 흡수 계수는 각각 0.016과 0.031입니다. 분자가 극성인 가스의 경우 물에 의한 흡수 계수가 훨씬 높습니다(예: HCI - 500, NH3 - 1300).

물질의 용해도는 용질과 용매의 성질, 온도와 압력에 따라 크게 달라집니다.

반응물의 성질에 대한 의존성

가장 큰 용해도는 이러한 분자간 상호 작용의 힘이 유사한 성격을 가질 때 달성됩니다. 그래서 이온형 물질은 화학 결합(염, 알칼리) 또는 극성 (알코올, 알데히드)은 물과 같은 극성 용매에 잘 녹습니다. 반대로, 일산화탄소(II)와 같은 저극성 화합물은 이황화탄소와 같은 비극성 화합물에 매우 잘 녹습니다.

온도 의존성.

용해 과정은 가역적이므로 Le Chatelier의 원리가 적용됩니다. 즉, 열 흡수로 물질의 용해가 발생하면 온도가 상승하면 용해도도 증가합니다.

대부분의 고체의 경우 온도가 증가하면 용해도가 증가합니다.

가스의 경우, 용해성 물질 분자와 용매 사이의 결합이 약하기 때문에 온도가 증가하면 용해도가 감소하는 데 도움이 됩니다.

3. 해산 과정의 본질. 용해 과정의 열역학.

물질의 용해는 종종 열의 방출 또는 흡수로 발생하며 때로는 부피의 변화와 함께 발생합니다. 해결 이론의 창시자는 다음과 같습니다. 해산 과정의 본질은 다음과 같습니다.

용매화물

수화물

용매화(수화)

크리스탈 수화물

용해 과정은 다이어그램으로 표현될 수 있습니다.

용질 + 용매 ó 용액 내 물질 ± Δ N.

용해된 물질 1몰에 관련된 용해 과정에 수반되는 열 효과를 몰 용해열 Δ N솔.

ΔH솔.= ΔН1 + ΔH2

∆N1 > 0 - 용매 분자 사이에서 용질 입자의 분포에 소비되는 열의 양(흡열 과정).

ΔH2 < 0 - тепловой эффект сольватации (процесс экзотермический).

용매화의 열 효과 - 용질이 용매 분자와 상호 작용하고 이들 사이의 결합이 형성될 때 방출되는 열의 양입니다.

솔리드의 경우:

ΔH1 > 0 - 결정 격자를 파괴하는 데 필요한 에너지와 용매 분자 사이의 결합을 끊는 데 필요한 에너지(흡열 과정).

첫 번째 또는 두 번째 구성 요소가 우세한지에 따라 용해 과정은 발열 또는 흡열이 될 수 있습니다.

│ ΔН2 │> │Δ Н1│이면 발열 과정이고 ΔН< 0;

만약 │ΔН2 │< │∆ Н1│, процесс эндотермический и ∆Н > 0.

4. 용액의 구성을 표현하는 방법.

용액의 조성은 일반적으로 무차원 정량량(분율(질량, 부피, 몰) 및 차원량(농도))을 통해 정량적으로 표현됩니다.

질량 분율(W) 또는 백분율 농도 - 용액의 질량에 대한 용질의 질량의 비율. 질량 분율은 무차원 양이며, 백분율(10%) 단위의 분수로 표시됩니다. 질량 분율은 몇 그램인지 나타냅니다. 이 물질의, 100g의 용액에 들어 있습니다.

중 인바 중 인바

승(답)=중솔루션 * 100% =중솔루션 +중r-la * 100%

mv-va - 용해된 물질의 질량, g

mv-va - 용액의 질량, g

m r-la - 용매의 질량, g.

W(NaOH) = 5% 또는 0.05는 다음을 의미합니다.

용액 100g에 NaOH 5g이 들어 있고,

물 95g에 NaOH 5g이 들어있습니다.

부피 분율 j- 용액의 부피에 대한 용질의 부피의 비율.

다섯( 에이) V(A)-성분 A의 부피

j(A) =다섯솔루션의 V 볼륨.

몰분율 N– 용질과 용매의 몰수의 합에 대한 용질의 몰수의 비율.

N 에이 N에이-구성 요소 수 A

Na =N에이+N다섯N뷔 -용매의 양

중 에이 /중 에이 .

N에이=m에이/중에이+m다섯/중다섯

농도는 용액의 부피에 대한 물질의 질량 또는 양의 비율을 나타냅니다.

몰농도(molarity) cm (mol/l) – 용액 1리터에 용해된 물질의 몰수를 나타내며, 용액 부피에 대한 용해된 물질의 양의 비율로 표시됩니다.

N에이 3

cm (A) =V [mol/m, mol/l]

중 에이

cm = M에이*다섯

cm-몰 농도의 용액.

ma - 물질의 질량(그램)

Ma – 물질의 몰 질량(g/mol)

V – 리터 단위의 용액 부피

몰 농도를 나타내는 데 다음 기호가 사용됩니다.

1M 1몰 용액 cm = 1 mol/l

0.1M 십분몰 용액 cm = 0.1 mol/l

1몰의 용질이 포함된 용액을 단몰성 용액이라고 합니다.

2M NaOH 용액은 1리터의 용액에 2몰의 NaOH가 포함되어 있음을 의미합니다. 즉, 2*40=80g의 NaOH가 포함됩니다.

정규 농도(용액의 정규성) 또는 몰 농도 등가, СН(eq/l) – 용액 1리터에 포함된 용질당량의 수를 나타냅니다.

N 방정식. 에이

채널 =다섯

중 에이

CH = M동등*다섯

Sn - 정상 농도 [mol/l]

M equa – 물질의 등가 질량(g/mol)

ma - 물질의 질량(그램)

V – 리터 단위의 용액 부피

1H - 1-노멀 용액 СН = 1 mol/l

0.1H - 십정법 용액 CH = 0.1 mol/l

0.01N - 센티노말 솔루션 СН = 0.01몰/리터

물질 등가물 산-염기 용액에서 하나의 H 양이온 또는 산화환원 반응에서 하나의 전자와 대체, 추가, 방출 또는 어떤 방식으로든 등가(동등)할 수 있는 물질의 실제 또는 개념적 입자입니다. 물질의 실제 입자 중 하나의 H 양이온 또는 하나의 전자에 해당하는 비율을 나타내는 숫자를 호출합니다. 등가 인자( 에프 등) . 물질의 양뿐만 아니라 당량(n eq)도 몰 단위로 측정됩니다. 1몰당량의 질량을 말한다. 몰질량당량(M 등) 몰 질량이 g/mol 단위로 측정되는 것과 같습니다. 이 두 질량은 다음 관계로 서로 관련됩니다.

중eq = M *에프eq

산성의 경우

에프eq =엔(엔)

n(H) – 금속으로 대체될 수 있는 수소 이온의 수(산 염기도)

베이스를 위해

에프eq =엔(오)

n(OH) – 수산기 이온의 수(염기 산도)

소금의 경우

에프eq = 금속 원자 수 * 금속 이온의 전하

등가 인자를 고려하면:

중 에이

CH = M*에프eq *다섯

용액 역가 T – 용액 1ml에 포함된 용질의 질량을 나타냅니다.

중 에이

T = 1000, [g/ml]

cm*m 에이 cm*m 에아

티 = 1000 = 1000

몰농도(몰농도 C 중)- 용질의 양과 용매의 질량의 비율을 킬로그램으로 표시합니다.

N 에이

와 함께m =중용매 [mol/kg H2O]

1000 엄마

와 함께m =엄마*mN2O

1000 - 그램에서 킬로그램으로의 변환 계수

솔루션의 공동 속성.

용액의 입자 농도에만 의존하고 용질의 성질에는 의존하지 않는 용액의 성질을 용액의 성질이라고 합니다. 동료.

거의 동일한 분자간 상호 작용력이 작용하는 완전히 동일한 크기의 입자로 형성된 용액은 그렇지 않습니다. 화학적 상호작용, 온도와 부피의 변화를 불린다. 이상적인. 매우 희석된 솔루션은 이상적인 솔루션을 지향하는 경향이 있습니다.

묽은 용액의 집합적 성질은 정량적으로 기술할 수 있고 법칙의 형태로 표현될 수 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.

삼투압

· 용액 위의 용매의 포화 증기압

용액 결정화 온도

용액의 끓는점

삼투. 삼투압.

솔루션은 볼륨의 모든 부분에서 동일합니다. 하나의 용기에 농축 용액을 넣고 그 위에 희석 용액을 넣으면 얼마 후 이 이질적인 덩어리가 다시 균질해집니다. 물질을 혼합하여 농도를 균등하게 만드는 이러한 자발적인 과정을 호출합니다. 확산.

반투과성 칸막이(막)가 두 용액 사이에 배치되면 물 분자의 이동으로 인해 농도가 동일해집니다. 이러한 일방향 확산을 삼투에 의해.

삼투 – 낮은 농도의 용액에서 높은 농도의 용액으로 반투과성 칸막이를 통해 용매 분자가 일방적으로 자발적으로 확산됩니다.

반투과성 칸막이는 용매 분자만 통과할 수 있고 용질 분자는 통과할 수 없습니다.

천연 반투과성 파티션 -식물 및 동물 세포의 벽, 장 벽;

인공 반투과성 칸막이 –셀로판, 양피지, 젤라틴 필름.

삼투의 정량적 특성은 삼투압 해결책.

삼투압( 보다)삼투 현상으로 인해 발생하는 과잉 정수압이라고 하며 선택적 투과성을 갖는 막을 통해 용매 분자의 상호 침투 속도가 동일해집니다.

가스 압력의 모든 법칙은 삼투압에 적용되며 Clapeyron-Mendeleev 방정식을 사용하여 이를 계산할 수 있습니다. 중

P*V = M*R*T

중

P = M*V*R*T

중

cm =중*다섯

1887년 Van't Hoff는 연구 결과 다음과 같은 관계를 확립했습니다.

포스엠. =cm*R*T[kPa]

cm – 용해된 물질의 몰 농도, mol/l

R – 범용 기체 상수, 8.314 J/mol* K

T – 온도, K

반트 호프의 법칙:

희석된 이상적인 비전해질 용액의 삼투압은 용질이 동일한 온도에서 기체 상태이고 용액의 부피와 동일한 부피를 차지할 때 생성되는 압력과 같습니다.

그러나 이 방정식은 입자 간 상호 작용이 없는 솔루션, 즉 이상적인 솔루션에만 유효합니다. 실제 용액에서는 물질 분자와 용매 사이에 분자간 상호 작용이 일어나 용질 분자가 이온으로 해리되거나 용질 분자가 결합되어 결합체가 형성될 수 있습니다.

수용액의 용질 분자가 이온으로 해리되는 것은 전해질의 특징입니다. 해리의 결과로 용액의 입자 수가 증가합니다.

물질의 분자가 용매 분자보다 서로 더 잘 상호 작용하면 연관성이 관찰됩니다. 이는 콜로이드 용액의 경우 일반적이며 이로 인해 용액의 입자 수가 감소합니다.

실제 솔루션에서 분자간 상호 작용을 고려하기 위해 Van't Hoff는 다음을 제안했습니다. 등장성 계수 나. 용질 분자의 경우 등장성 계수의 물리적 의미는 다음과 같습니다.

i = 용질 입자 수 / 모 입자 수.

분자가 해리되지 않고 결합하려는 경향이 거의 없는 비전해질 용액의 경우 i = 1입니다.

전해질 수용액의 경우 해리로 인해 i > 1이고 주어진 전해질에 대한 최대값(i max)은 분자 내의 이온 수와 같습니다.

NaCI CaCl2 Na3PO4

물질이 동료의 형태로 존재하는 용액의 경우, i< 1.

분자간 상호 작용을 고려하면 실제 용액의 삼투압은 다음과 같습니다.

포스엠. =주의*아르 자형*티, 그리고

비전해질의 경우 i =1

전해질의 경우 i > 1입니다.

등장액 – 삼투압이 동일해야 합니다. 고장성 솔루션 – 다른 용액에 비해 삼투압이 더 높습니다. 저장성 솔루션 – 다른 용액에 비해 삼투압이 낮습니다.

삼투의 역할. SRS.

용액의 증기압을 줄입니다. Raoult의 법칙.

액체 위에 특정 증기압이 형성되어 공간을 포화시킵니다. 용매 표면과 달리 용액 표면은 부분적으로 용질 분자로 채워져 있습니다. 그렇기 때문에 용액 표면의 증발은 항상 용매 표면의 증발보다 적고 동일한 온도에서 용액 위의 포화 증기압은 항상 순수한 용매 위의 증기압보다 낮습니다.

라울의 법칙 나:

. 비휘발성 용질을 함유한 용액의 증기압은 해당 용액에 들어 있는 용매의 몰분율에 정비례합니다.

p = p0 · χр-л

p = p0 nр-lya/(nв-va+ nр-лa), 여기서

p는 용액 위의 증기압 Pa입니다.

p0 - 순수한 용매 위의 증기압, Pa;

χр-л - 용매의 몰 분율.

NV-VA및 nр-лa – 각각 용질과 용매의 양, mol.

또 다른 표현:

용액 위의 용매의 포화 증기압의 상대적 감소는 용질의 몰 분율과 같습니다:

(p0 – p)/p0 = χv-va

(p0 – p)/p0 = nv-va/(nv-va + nr-la)

동시에 우리는 그것을 받아들인다. χв-ва + χр-л= 1

전해질 용액용이 방정식은 등장성 계수를 포함하는 약간 다른 형태를 취합니다. 나:

p0 – p = Δр

Δp = i p0 χv-va, 어디

Δp는 순수한 용매와 비교한 용액의 증기압 변화입니다.

χv-va - 몰분율 물질용액 중

I – 등장 계수.

비전해질의 경우 i =1, 전해질의 경우 i > 1입니다.

등장성 계수(또는 반트 호프 인자)는 용액 내 물질의 거동을 특성화하는 무차원 매개변수입니다. 즉, 등장계수는 동일한 농도의 비전해질 용액과 전해질 용액 내의 입자 함량의 차이를 나타낸다. 이는 해리 과정, 보다 정확하게는 해리 정도와 밀접한 관련이 있으며 다음과 같은 표현으로 표현됩니다.

나 = 1+α(n- 1), 어디

N– 물질이 해리되는 이온의 수.

α – 해리 정도.

용액 위의 용매의 포화 증기압이 감소하면 용액의 끓는점이 증가하고 어는점이 감소합니다. 모든 액체는 그 위의 포화 증기압이 대기압과 같아지면 끓습니다. 라울의 제1법칙에 따르면 용액 위의 증기압은 용매 용액 위의 증기압보다 낮기 때문에 용액이 끓으려면 용매보다 더 높은 온도로 가열해야 합니다. 따라서 용액은 순수한 용매보다 더 높은 온도에서 끓고 더 낮은 온도에서 얼게 됩니다.

∆ 티킵 =티킵 솔루션 -티킵 라

용액과 용매의 끓는점 차이를 끓는점 증가라고 합니다.

∆ 티대리인 =티r-la 부관 -티지역 부국장

용액과 용매의 어는점 차이를 어는점 감소라고 합니다.

라울의 법칙 II.

어는점의 감소와 끓는점의 증가는 용질의 성질에 의존하지 않고 용액의 몰농도에 정비례합니다.

∆ 티킵 =i*택시*S중

∆ 티대리인 =나*Kcr*S중

택시

크크르 – 극저온 상수

Cm – 용액의 몰 농도 [mol/kg 용매]

i-등장성 계수, 비전해질의 경우 i = 1, 전해질의 경우 i > 1입니다.

택시 n2о = 0.52kg∙K/mol

Kkr n2о = 1.86kg∙K/mol

택시 - ebullioscopic 상수

크크르 – 극저온 상수

물리적 의미:

Ebulioscopic 상수(Cab)– 순수한 용매와 비교하여 1몰 용액의 끓는점이 증가함을 보여줍니다.

극저온 상수(Ccr) – 순수한 용매에 비해 1몰 용액의 어는점이 감소함을 보여줍니다.

전해질이 아닌 모든 1몰 용액은

온도에서 끓이다: t 끓이다 = 100C + 0.52C = 100.52C

온도에서 동결: tm = 0C– 1.86C = - 1.86C

예. 물에 용해된 4.6% 글리세롤(C3 H5 (OH)3) 용액의 끓는점과 어는점을 계산하십시오.

물 100g에는 글리세린 4.6g과 물 95.4g이 들어있습니다.

1000 엄마 4,6*1000

Сm = Ma*m Н2О = 92* 95, 4 = 0.524 mol/kg

Δ 티킵 = 0.52 * 0.524 = 0.272C

t 종기 = 100 + 0.272 = 100.272C

Δ t 대리인 = 1.86 * 0.524 = 0.975C

t 대리인 = 0 – 0.975 = - 0.975C

이 수업은 "물질의 위상 상태"라는 주제를 다루고 있습니다. 분산 시스템. 집중력을 표현하는 방법." 물질의 상 또는 상 상태의 정의에 익숙해지고 동종 및 이종 시스템에 익숙해집니다. 물질의 혼합물이 어떻게 분류되는지 알아보세요. 용액 포화의 개념과 물질의 용해도를 통해 분산 시스템과 그 유형, 콜로이드 시스템과 그 유형 및 실제 솔루션에 대해 자세히 알아보세요.

주제: 용액과 그 농도, 분산 시스템, 전해 해리, 가수분해

교훈: 물질의 상 상태. 분산 시스템. 집중력을 표현하는 방법

1. 응집 상태에 따른 분산 시스템의 분류

물질의 집합상태와 상상태의 개념을 구별할 필요가 있습니다.

단계- 밀도, 전기 전도도, 점도 등 시스템의 일부 특성이 갑자기 변하는 경계면에 의해 다른 상과 분리되어 조성과 특성이 균일한 고려 중인 시스템의 일부입니다.

단계이기종 시스템의 동종 부분입니다.

예를 들어 부어주면 해바라기 기름물로 들어가면 액체라는 하나의 집합 상태에 있는 시스템을 얻게 됩니다. 그러나 그 안에 있는 물질은 두 가지 다른 단계로 존재합니다. 하나는 물이고 다른 하나는 물입니다. 식물성 기름, 그리고 그들 사이에는 소위 인터페이스라는 뚜렷한 경계가 있을 것입니다. 이는 시스템이 이기종이라는 것을 의미합니다.

또 다른 유사한 예: 밀가루와 과립 설탕, 우리는 물질이 동일한 응집 상태에 있지만 두 가지 다른 단계에 있는 시스템을 얻습니다. 시스템은 이질적입니다.

쌀. 1. 분산계의 분류

"동종" 시스템과 "이종" 시스템의 개념 사이에 선을 명확하게 그리는 것이 항상 가능한 것은 아닙니다. 입자 크기가 증가함에 따라 물질 혼합물은 거친 콜로이드 용액과 실제 용액으로 나뉩니다. 그림을 참조하십시오. 1.

시스템을 분산이라고 합니다.작은 입자 형태의 한 물질이 다른 물질의 부피에 분포되는 것입니다.

분산상은 분산 시스템에 소량으로 존재하는 물질입니다. 또한 여러 물질로 구성될 수도 있습니다.

분산매는 분산 시스템에 더 많은 양으로 존재하고 분산상이 분포되는 부피로 존재하는 물질입니다. 쌀. 2.

대략적인 시스템

분산매와 분산상은 서로 다른 응집 상태의 물질로 구성될 수 있습니다. 분산매와 분산상의 조합에 따라 8가지 유형의 시스템이 구별됩니다. 표를 참조하세요. 1.

응집 상태에 따른 분산 시스템 분류

2. 거친 시스템의 일부 속성

액체 또는 기체 분산 매질을 사용하는 거칠게 분산된 시스템은 점차적으로 구성 요소로 분리됩니다. 이러한 프로세스의 기간은 다를 수 있습니다. 이는 식품과 분산 시스템을 포함하는 기타 물질의 만료일과 사용 가능한 조건을 결정합니다. 고체 분산매를 함유한 물질의 경우, 그 특성은 분산상의 입자 크기에 따라 결정됩니다. 예를 들어 부석은 물에 가라앉지 않습니다. 돌 내부의 기공으로 물이 침투할 수 없고 물체의 평균 밀도가 물의 밀도보다 작아지기 때문입니다.

거칠게 분산된 시스템은 현미경을 통해 쉽게 볼 수 있습니다. 스코틀랜드의 식물학자 존 브라운(John Brown)이 1827년에 물에 떠 있는 꽃가루와 기타 물질의 작은 입자의 혼란스러운 움직임을 발견한 것이 바로 이 특성이었습니다. 나중에 이 현상은 브라운 운동이라고 불리며 분자 운동 이론의 기초 중 하나가 되었습니다.

3. 콜로이드 용액

콜로이드 시스템

콜로이드 시스템은 다음과 같이 나뉩니다.

· 졸리- 분산상은 연속적인 강성 구조를 형성하지 않습니다.

· 젤- 분산상의 입자는 견고한 공간 구조를 형성합니다. 예: 치즈, 빵, 마멀레이드, 마시멜로, 젤리, 젤리 고기.

물에 단백질이 용해된 용액은 콜로이드 용액입니다. 콜로이드 용액은 투명하지만 빛을 산란시킵니다.

용액이 담긴 투명한 용기에 빛을 통과시키면 발광 원뿔이 관찰됩니다.

특수 현미경을 사용하면 콜로이드 용액에서 개별 입자를 검출할 수 있습니다.

콜로이드 상태의 물질은 마노, 공작석, 오팔, 홍옥수, 칼세도니 및 진주와 같은 많은 광물의 형성에 참여합니다. 그림을 참조하십시오. 3.

인체에는 젤이 있습니다. 이들은 머리카락, 연골, 힘줄입니다. 인체에는 많은 졸과 젤이 있으므로 러시아 화학 과학자 중 한 명인 I. I. Zhukov는 사람이 걷는 콜로이드라고 말했습니다.

응고

응고는 콜로이드 입자가 서로 달라붙어 용액에서 침전되는 현상입니다.

자연은 왜 콜로이드 상태의 물질을 선호하는가? 사실 콜로이드 상태의 물질은 상들 사이에 큰 경계면을 가지고 있습니다. 이는 경계면에서 정확하게 일어나는 대사 반응을 촉진합니다. 콜로이드 입자의 경우 표면적이 매우 중요합니다. 콜로이드 입자는 표면에 다양한 물질을 쉽게 흡착합니다. 예를 들어, 이온은 표면에 달라붙는 것처럼 보입니다. 이 경우 콜로이드 입자는 양전하 또는 음전하를 얻습니다. 같은 전하를 가진 입자들은 서로 밀어냅니다. 콜로이드 시스템에 전해질을 추가하면 표면 전하가 부족한 입자가 더 큰 형태로 서로 달라붙기 시작합니다. 콜로이드의 응고가 발생하고 침전이 동반됩니다. 응고는 가열과 같은 다른 영향으로 인해 발생할 수도 있습니다. 이러한 현상은 자연과 산업 모두에서 매우 중요합니다.

4. 진정한 해결책, 해결책의 구성을 표현하는 방법

진정한 솔루션

용액의 상태는 용해된 물질의 농도, 온도 및 압력에 따라 결정됩니다. 일정한 온도와 압력에서 물질이 용매에 용해되면 용질의 농도가 무한정 증가하지 않습니다. 어느 시점에서 용해가 멈추고 가능한 최대 농도에 도달합니다. 물질의 일부가 지속적으로 용해되고 일부가 용액에서 침전물로 이동한다는 사실로 구성된 동적 평형이 발생합니다. 그러나 용해된 물질의 농도는 더 이상 변하지 않습니다.

포화용액은 용질과 상평형을 이루는 용액이다.

과포화 용액은 동일한 온도와 압력에서 포화 용액보다 더 많은 용질을 포함하는 용액입니다.

대부분의 물질의 용해도는 온도가 증가함에 따라 증가하므로 포화 용액을 더 높은 온도에서 냉각하면 과포화 용액을 얻을 수 있습니다. 과포화 용액은 불안정하므로 작은 결정, 먼지 또는 날카로운 충격이 가해지면 용질이 빠르게 결정화될 수 있습니다.

불포화 용액은 동일한 온도와 압력에서 동일한 물질의 포화 용액에 포함될 수 있는 것보다 적은 양의 용질을 포함하는 용액입니다.

용해도는 주어진 온도와 압력에서 포화 용액을 제조하기 위해 일정량의 용매에 용해되어야 하는 용질 일부의 질량입니다. 대부분의 경우 용해도는 100g, 1kg 또는 1리터의 용매로 간주됩니다.

용액의 정량적 구성을 표현하기 위해 개념이 사용됩니다. 질량 분율용해된 물질. 이는 용액의 전체 질량에 대한 용질의 비율입니다.

몰 농도는 용액의 부피에 대한 몰 단위의 물질 양의 비율입니다.

진정한 솔루션의 적용 분야는 매우 광범위합니다. 따라서 해당 물질의 용액을 준비하는 것이 매우 중요합니다.

수업 요약

수업에서는 "물질의 위상 상태"라는 주제를 다루었습니다. 분산 시스템. 집중력을 표현하는 방법." 물질의 상 또는 상 상태에 대한 정의에 익숙해지고 동질계와 이종계가 무엇인지, 물질 혼합물의 분류를 배웠습니다. 우리는 용액 포화의 개념과 물질의 용해도를 통해 분산 시스템과 그 유형, 콜로이드 시스템과 그 유형 및 실제 솔루션에 대해 자세히 알게되었습니다.

참고자료

1. Rudzitis G.E. 화학. 기초 일반화학. 11학년: 일반 교육 기관용 교과서: 기초 수준 / G. E. Rudzitis, F. G. Feldman. - 14판. - M .: 교육, 2012.

2. Popel P. P. 화학: 8학년: 일반 교육 교과서 교육 기관/ P. P. Popel, L. S. Krivlya. - K .: IC "아카데미", 2008. - 240 페이지: 아픈.

3. 가브리엘리안 O.S. 화학. 11학년. 기본 수준. 2판, 지워졌습니다. -M .: Bustard, 2007. - 220p.

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2. 헤미. nsu. 루.

3. 켐포트. 루.

숙제

1. No. 10-13 (p. 41) Rudzitis G. E. 화학. 일반화학의 기초. 11학년: 일반 교육 기관용 교과서: 기초 수준 / G. E. Rudzitis, F. G. Feldman. - 14판. - M .: 교육, 2012.

2. 화장품, 의료용, 식품용 젤의 유통기한은 어떻게 결정되나요?

3. 콜로이드계는 진리의 상대성 이론을 어떻게 설명합니까?

해결책여러 구성 요소로 구성된 동종 시스템이라고 합니다. 둘 이상의 개별 물질로 구성됩니다. Gibbs의 정의에 따르면: 해결책 - 이것은 가변 구성의 단계입니다. . 일반적으로 용액의 구성은 다음과 같이 나뉩니다. 용제(시스템에 비교적 많은 양으로 존재하는 구성 요소) 및 용질(기타 구성 요소). 해결책은 다음과 같습니다. 완벽한, 형성에 부피의 감소 또는 증가, 열 방출 또는 흡수가 수반되지 않는 경우. 이상적인 솔루션은 모든 농도와 온도에서 Raoult의 법칙(아래 참조)을 따릅니다. 진짜결합, 해리, 용매화 등의 현상으로 인한 용액에는 위에서 언급한 특성이 없습니다. 그러나 강한 희석 상태에서 그리고 화학적 조성과 물리적 특성이 유사한 물질로 형성되는 경우 이상적인 용액에 접근하므로 이상적인 용액의 상태를 설명하는 정량적 법칙을 어느 정도 근사하여 적용할 수 있습니다.

삼투– 서로 다른 농도의 용액을 낮은 농도의 용액에서 높은 농도의 용액으로 분리하는 반투막을 통한 용매 분자의 자발적인 이동으로 후자의 희석이 발생합니다. 셀로판 필름은 종종 작은 구멍을 통해 작은 부피의 용매 분자만 선택적으로 통과할 수 있고 큰 또는 용매화된 분자 또는 이온이 유지되는 반투막으로 사용됩니다. 고분자 물질의 경우, 페로시안화 구리 필름 저분자 물질의 경우. 농도가 더 높은 용액에 외부 정수압을 가하면 용매 이동(삼투) 과정을 방지할 수 있습니다(평형 조건에서는 이를 소위 현상이라고 함). 삼투압,문자 )로 표시됩니다. 비전해질 용액에서  값을 계산하려면 경험적 반트 호프 방정식:

여기서 C는 물질의 몰 농도(mol/kg)입니다.

R – 보편적인 기체 상수, J/mol K.

=iCRT, (4.2)

어디에 – 등장성 계수는 이온과 해리되지 않은 전해질 분자 수의 합과 이 물질의 초기 분자 수의 비율로 계산됩니다.

따라서 전해질의 해리 정도, 즉 용해된 물질의 총 분자 수에 대한 이온으로 분해된 분자 수의 비율은 와 같고, 전해질 분자가 이온으로 분해되면 등장 계수는 다음과 같이 계산됩니다.

나= 1 + (n– 1), ( 나> 1). (4.3)

강한 전해질의 경우 = 1을 사용할 수 있습니다. , 그 다음에 나=n, 계수 i(역시 1보다 큼)는 다음과 같습니다. 삼투 계수.

삼투 현상은 많은 물질의 용액과 관련된 세포막이 반투막의 특성을 갖기 때문에 식물과 동물 유기체에 매우 중요합니다. 순수한 물에서는 세포가 크게 부풀어오르는데, 어떤 경우에는 막이 파열될 정도이며, 반대로 염분 농도가 높은 용액에서는 물 손실이 크기 때문에 크기가 줄어들고 주름이 집니다. 따라서 식품을 보존할 때에는 다량의 소금이나 설탕을 첨가한다. 그러한 조건에서 미생물 세포는 상당한 양의 물을 잃고 죽습니다.

여기서 NB는 용액 내 물질 B의 몰 분율이며 다음 식에 의해 결정됩니다.

, (4.5)

여기서 n은 물질의 몰수입니다.

– 순수한 용매에 대한 포화 증기압;

PA는 용액 위의 용매 증기압입니다(동일한 온도에서).

Raoult의 법칙은 이상적이고 매우 희석된 용액에 적용됩니다.

R A =
(T =const에서), (4.6)

여기서 N A는 용액 내 물질 A의 몰 분율이며 다음 식에 의해 결정됩니다.

. (4.7)

위의 방정식 (4.6)은 실제 용액 위의 용매 증기압이 이 용액에서 용매의 몰분율에 정비례한다는 것을 보여줍니다.

순수 물질의 응축상의 증발과 관련된 문제를 해결할 때 다음 방정식을 사용할 수 있습니다.

(4.8)

여기서 P 1 및 P 2는 각각 절대 온도 T 1 및 T 2에서의 증기압입니다.

– 주어진 온도 범위에서 일정한 것으로 간주되는 몰 증발열(기화)

R은 보편적인 기체 상수입니다.

액체 종기그 위의 포화 증기압이 외부 압력에 도달하는 온도. 용해된 비휘발성 물질의 농도가 증가함에 따라 용액 위의 용매 증기압은 감소하고 용액은 순수한 용매보다 더 높은 온도에서 끓습니다. 끓는점의 증가(변화)순수한 용매의 경우 T0부터 희석 용액의 경우 T까지 다음 방정식을 사용하여 계산됩니다.

T kip = T – T o = K e ·C m, in, (4.9)

여기서 T 종기 – 용액의 끓는점 증가, K;

K e – ebullioscopic 계수, K · kg · mol – 1;

방정식 (4.9)에서 ÃK e Ã=T kip이 분명합니다. Cm에서 B = 1mol/kg. 끓는점의 증가는 용액의 농도에 따라 달라집니다. 단위 부피당 입자 수에 따라 결정되지만 이러한 입자의 유형 및 특성에는 의존하지 않습니다.

ebullioscopic 계수는 용매의 특성에만 의존하며 다음과 같이 결정됩니다.

, (4.10)

여기서 MA는 용매의 몰 질량이고; g/몰;

Н isp – 순수한 용매의 증발 몰열.

왜냐하면
, (4.11)

여기서 m B는 용해된 물질 B의 질량, g입니다.

m A – 용매 질량, g,

그러면 방정식 (4.11)을 고려하여 방정식 (4.9)를 작성할 수 있습니다.

. (4.12)

결과 방정식(4.12)은 실험적으로 발견된 T bp 값으로부터 알려지지 않은 용질 B의 몰 질량을 결정하는 데 사용될 수 있습니다.

T kip = K E ·i· C m , V. (4.13)

솔루션 꼭 매달리게 하다순수한 용매보다 낮은 온도에서 이는 용액 위의 용매 증기압이 감소한 결과입니다. 희석 용액의 경우 온도 강하동결순수한 용매의 경우 T 0에서 용액의 경우 T까지 용액의 정량적 구성에 따라 달라집니다.

Т 대리인 = Т 0 – Т = К к · С m , В, (4.14)

여기서 Т 대리인 – 용액의 동결 온도 감소, K;

K k – 극저온 계수, K · kg · mol – 1;

С m, В – 물질 B의 몰농도, mol/kg.

방정식 (4.14)에서 T zam = K k at C m, B = 1 mol/kg이고 용액의 동결 온도 감소는 단위 부피당 입자 수에 의해서만 결정되지만 의존하지는 않습니다. 이 입자의 성질에 대해.

,(4.15)

여기서 M A는 용매 A의 몰 질량(g/mol)입니다.

Н pl – 순수한 용매의 몰 융해열.

용매 m A의 질량이 용질 B의 질량을 포함한다면,

,(4.16)

여기서 m B는 용해된 물질 B의 질량, g입니다.

МВ – 용질 B의 몰 질량, g/mol;

m A - 용매의 질량, g.

그러면 방정식 (4.14)은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

(4.17)

방정식 (4.17)은 알려진 용매에서 용액의 어는점을 낮춤으로써 알려지지 않은 물질의 몰 질량을 실험적으로 결정하고 계산하는 데 사용할 수 있습니다.

용질이 용액에서 이온으로 분해되면 등장 계수 i의 도입을 통해 분자의 해리로 인한 입자 수의 증가가 고려됩니다 (식 4.3 참조).

T 대리인 = K k ·i· C m, V. (4.18)

예

해결책

이를 해결하기 위해 방정식 (1.60)을 사용합니다.

답변. Msp = 46g/mol.

Raoult의 법칙에서 크게 벗어나는 용액의 경우 용액 구성에 대한 용액 위의 증기압 의존성 곡선은 종종 최대 또는 최소점을 갖습니다. 극단적인 지점에서는 증기의 구성이 액체의 구성과 일치합니다.(Konovalov의 두 번째 법칙).이러한 혼합물을 공비,증류(정류)로 분리하는 것은 불가능합니다.

성격이 매우 다른 사람들을 위해 그리고 이러한 이유로 실질적으로 아니다혼입액체의 경우, 혼합물 위에 있는 각 성분의 증기압은 순수한 성분의 증기압과 같습니다. 그러면 총 증기압은 순수한 상태(동일한 온도)에서 두 구성 요소의 포화 증기압의 합과 같습니다.

P = P A + P V.(4.19)

분리방법으로 추출하지만 장기에 사용 분석화학그리고 화학 기술, 이 방법의 이론적 기초 오랫동안탐험되지 않은 채 남아있었습니다. 특히, 추출 공정의 주요 정량적 특성은 오랫동안 연구되지 않은 채 남아 있었으며, 이는 추출이 실제로 널리 도입되는 데 결정적인 장애물이었습니다. 유기용매로 추출되는 물질의 양을 계산하려면 상수와 분포계수, 추출정도 등을 알아야 한다.

M. Berthelot와 J. Jungfleisch는 1872년 실험 데이터를 기반으로 두 액체상 사이에 분포된 물질의 평형 농도 비율이 일정하다는 것을 보여준 최초의 연구자였습니다. 이 관계는 1891년에 분포 법칙을 공식화한 W. Nernst에 의해 열역학적으로 도출되었습니다.

분포의 법칙에 따르면, 혼합되지 않거나 제한적으로 혼합되는 두 액체에 용해된 물질은 두 액체 사이에 일정한 비율로 분포됩니다. 이상적인 시스템에 대한 이 비율은 온도와 물질의 성질에만 의존하며 농도에는 의존하지 않습니다.

이 법칙에 따르면 여러 물질이 동시에 용해되면 시스템에 분배할 다른 물질이 없는 것처럼 각 물질이 두 액체상 사이에 분배됩니다. 분배 법칙은 두 단계로 분배되는 물질이 동일한 형태인 경우에만 유효합니다.

물질 분포 상수. 두 상(평형 이후)에서 발견되는 분포 물질의 농도 비율을 동일한 형태로 표현하는 상수 값을 분포 상수라고 합니다.

여기서 Po는 분포 상수입니다. [A]o는 유기 용매 상 물질의 농도(mol/l)입니다. [A] B - 수성상 물질의 농도, mol/l.

분포 상수의 값은 분포되는 물질의 성질, 사용된 추출제의 조성 및 특성, 추출이 수행되는 온도에 따라 달라집니다. 이 상수는 추출된 물질의 평형 농도와 수성 및 비수성 상의 부피에 의존하지 않습니다. 분포 상수의 수치는 해당 물질의 추출 정도와 액상의 부피에 따라 다른 식(9)을 사용하여 계산할 수 있습니다.

분포 계수. 식 (1)을 사용하여 물질의 분포 상수를 계산할 때 두 상에 분포된 물질이 동일한 형태(동일한 분자 상태)인지 확인하는 것이 필요합니다. 그러나 많은 추출 시스템에서는 위의 조건이 충족되지 않습니다. 액체상 중 하나에서는 분산된 물질의 해리, 결합, 용매화, 가수분해, 복합체 형성 등이 발생할 수 있습니다. 이러한 시스템에서 추출 평형을 계산하려면 각 상의 물질 존재 형태가 고려되지 않습니다. 그러나 두 단계 모두에 분포된 물질의 총(분석) 농도 비율만 설명합니다.

총 농도 결정을 바탕으로 상수가 아닌 사용된 용매 시스템(물-유기 용매)에서 특정 물질의 분포 계수를 계산하는 것이 가능합니다. 분포 계수는 유기 용매 단계에 있는 물질의 총 분석 농도 대 수성 단계에 있는 이 물질의 총 분석 농도의 비율입니다(물질이 각 단계에 있는 형태를 고려하지 않음).

여기서 D는 분포 계수입니다. C o - 유기용매상 물질의 총 분석 농도, mol/l; СВ는 수성상에 있는 물질의 총 분석 농도(mol/l)입니다.

추출 정도. 추출 정도(추출 백분율)는 수용액에서 이 물질의 총(초기) 양에 대한 추출된 물질의 양의 비율입니다.

여기서 R은 물질의 추출 정도, %입니다. A는 유기용매로 추출된 물질의 양이다. N은 수용액에 있는 물질의 총(초기) 양입니다.

유기 용매에 의해 추출되는 물질 A의 양은 적절한 정량 방법을 사용하여 실험적으로 결정될 수 있습니다. 물질의 초기 양과 유기 용매에 들어간 이 물질의 양을 알면 추출 정도가 계산됩니다.

물질의 추출 정도는 실험적으로뿐만 아니라 물질의 상수 또는 분포 계수, 수성상과 유기 용매상의 부피 비율을 아는 적절한 계산을 통해 결정할 수 있습니다. 표시된 값의 추출 정도는 다음 관계와 관련이 있습니다.

여기서 R은 추출 정도입니다. P o - 분포 상수; V B - 수성상의 부피, ml; V o - 유기용매상의 부피, ml.

식(4)에서, 유기용매상의 부피에 대한 수성상의 부피의 비율은 r값으로 대체된다:

추출에 필요한 유기용매의 양은 다음 공식을 사용하여 계산됩니다.

식 (4)를 적절하게 변환한 후 다음 식을 사용하여 추출 정도를 계산합니다.

추출 정도 R과 상 부피 비율 r을 알고 있는 경우 분포 상수 P0는 다음 방정식을 사용하여 계산할 수 있습니다.

분포 상수와 추출 정도의 수치를 기반으로 추출 과정의 기타 여러 정량적 특성을 계산할 수 있습니다.

아래에서는 비전해질 추출 공정의 다양한 정량적 특성 계산에 대한 몇 가지 예를 제공합니다. 유기 화합물, 약학 및 독성학에서 중요합니다.

단일 추출에 필요한 유기용매의 양을 계산합니다.이러한 계산의 예는 다음과 같습니다.

예 1. 유기 용매와 수상 사이의 이 물질의 분포 상수 P0가 20인 경우 용액 100ml에서 물질의 99%를 단일 추출하는 데 필요한 유기 용매의 부피를 계산하십시오.

이 문제를 해결하려면 공식 (7)을 사용하십시오.

r 값은 식(8)을 사용하여 계산되고 Vo 값은 식(6)을 사용하여 계산됩니다.

따라서 100ml에서 물질(P o = 20)의 99%를 단일 추출하는 경우 수용액 500ml의 유기용매가 필요합니다.

예 2. P = 10일 때 수용액 100ml에서 물질의 99%를 단일 추출하는 데 필요한 유기 용매의 양은 얼마입니까?

이 문제는 이전 문제와 유사하게 해결됩니다.

계산에 따르면 100ml의 수용액에서 99%의 물질(P o = 10)을 단일 추출하려면 1000ml의 유기 용매가 필요합니다.

위에서 계산한 내용(예 1 및 2 참조)을 바탕으로 다음과 같은 결론을 내릴 수 있습니다. 물질의 분포 상수 Po가 클수록 수용액에서 단일 추출에 필요한 유기 용매의 양은 더 작아집니다. 물질의 추출 정도 R이 클수록 r 값이 작을수록, 즉 단일 추출에 사용되는 유기 용매의 양이 많아집니다.

다중 추출을 위한 유기용매의 부피 계산.위의 계산(예 1 및 2 참조)에 따르면 수용액에서 물질을 단일 추출하려면 수용액의 부피보다 훨씬 더 큰 유기 용매를 사용해야 합니다.

이를 고려하여 수용액에서 물질을 추출할 때 동일한 용매를 대량으로 1회 추출하는 대신 소량의 유기용매를 사용하여 반복적으로 추출합니다. 많은 양의 용매를 사용한 단일 추출에 비해 적은 양의 용매를 사용한 물질의 반복 추출의 이점은 아래 예에 나와 있습니다.

예 3. Po = 20이고 각 추출에 25ml의 유기용매를 사용하는 경우 수용액 100ml에서 물질의 99%를 추출하려면 여러 번의 추출에 사용해야 하는 유기용매의 총 부피는 얼마입니까?

이 문제를 해결하려면 공식 (7)을 사용하십시오.

먼저, 물질의 추출 정도(%)를 결정합니다.

계산에 따르면 위 조건에서 물질의 추출 정도는 83%입니다. 결과적으로, 각 후속 추출을 통해 수용액에 남아 있는 물질의 83%도 추출됩니다.

두 번째 추출 동안 수용액에서 Χ 2가지 물질이 추출됩니다.

세 번째 추출 동안 X 3 물질이 수용액에서 추출됩니다.

이러한 계산에 따르면 수용액에서 3회 연속 추출하면 물질의 약 99.5%가 추출되고 유기 용매는 75ml만 소비되는 반면, 동일한 물질의 99%를 한 번 추출하면(예 1 참조) 500ml의 유기용매를 소비해야 합니다.

위의 계산은 수용액에서 물질을 추출하려면 많은 양의 유기 용매를 사용하여 한 번 추출하는 대신 소량의 유기 용매를 사용하여 여러 번 추출해야 함을 보여줍니다.

용액에서 특정 양의 물질을 제거하는 데 필요한 추출 횟수입니다. 물질 추출의 완전성을 계산하려면 주어진 양의 이 물질을 추출하기 위해 수용액에서 물질을 추출하는 데 몇 번이나 필요한지 결정하십시오.

이를 위해 다음 공식을 사용하십시오.

여기서 m은 주어진 양의 물질을 추출하는 데 필요한 추출 횟수입니다. СВ는 수용액 내 물질의 초기 농도(mol/l)입니다. [At] B는 t 추출 후 수성 상에 남아 있는 물질의 농도(mol/l)입니다.

이 문제를 해결하려면 먼저 b와 r을 결정해야 합니다.

해당 수량의 값을 공식 (10)으로 대체합시다.

추출(4추출로 반올림).

주어진 예는 유기 용매 및 수성상의 부피, 추출 정도 및 물질의 분포 상수에 대한 추출 횟수의 의존성을 보여줍니다.

추출 과정의 메커니즘. 용액 이론에 따르면, 물이나 유기 용매에 물질이 용해되면 이 물질 분자와 용매 분자의 저강도 화합물이 형성됩니다. 용매가 물이면 용액에 수화물이 형성되고, 용매가 유기 용매이면 용액에 용질 분자의 용매화물이 형성됩니다. 분자의 수화물과 용매화물은 약합니다.

어떤 물질의 수용액을 물과 섞이지 않는 유기용매와 섞으면 용해된 물질 분자의 수화껍질이 파괴됩니다. 수화 껍질의 물 분자는 유기 용매 분자로 대체되어 용질 분자의 용매화물이 형성되어 유기 용매로 쉽게 전달됩니다.

이러한 물질의 분자는 잘 추출되며, 유기 용매 단계의 용매화물은 물에 있는 이러한 분자의 수화물보다 더 강합니다.

더 복잡한 것은 수용액에서 부분적으로 또는 완전히 이온으로 분해되는 전해질 추출 과정입니다. 특정 전하를 지닌 이온은 물 쌍극자에 의해 잘 수화됩니다. 이온과 물 쌍극자 사이의 연결은 상대적으로 강합니다. 따라서 강한 수화 껍질을 가진 이온은 수상에 남아 있으며 유기 용매에 의해 추출되지 않습니다. 해당 물질의 해리되지 않은 분자만 추출할 수 있습니다. 추출 시 이 점을 고려해야 합니다. 유기물, 이는 약한 전해질입니다. 이들 물질의 추출 정도는 매체의 pH에 따라 다릅니다. 용액의 pH가 변화하면 분자의 해리 정도가 변하고 결과적으로 물질의 해리되지 않은 분자의 상대적 양도 변합니다. 해리되지 않은 분자의 수가 증가할수록 약한 전해질의 추출 정도가 증가하고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다.

유기산 추출.수용액에 있는 해리되지 않은 유기산 분자는 전기적으로 중성이며 물 분자에 의해 약하게 수화됩니다. 수용액이 유기용매와 접촉하면 전기적으로 중성인 산 분자는 쉽게 용해되어 유기용매층으로 이동합니다.

약산이 해리되는 동안 수용액에서 형성된 이온은 적절한 전하를 가지며 따라서 물 쌍극자에 의해 쉽게 수화됩니다. 물 분자와 산성 이온 사이의 결합은 상대적으로 강합니다. 따라서 이러한 이온은 유기 용매 분자에 의해 약하게 용매화되며 유기 용매에 의해 수용액에서 추출되지 않습니다.

수상 내 수소 이온 농도의 변화는 해리되지 않은 분자 수의 상대적인 증가 또는 감소를 가져오고, 결과적으로 산의 추출 가능성의 변화를 가져옵니다.

pH가 증가하면(즉, 수용액에서 수소 이온 농도가 감소함에 따라) 용액에서 산의 해리가 증가하여 해리되지 않은 분자가 감소합니다. 결과적으로 유기 용매를 사용하는 용액에서 약산의 추출 가능성이 감소합니다.

수용액에서 수소 이온 농도가 증가하면(즉, pH가 감소함에 따라) 해리되지 않은 산의 분자 수가 증가하고 결과적으로 유기 용매에 대한 추출성이 증가합니다. 수용액에서 수소 이온 농도가 크게 증가하면 약산이 거의 완전히 해리되지 않은 상태로 전환되어 추출성이 향상됩니다.

염기 추출.알칼로이드와 그 수많은 합성 유사체를 포함한 많은 유기 염기는 의약품입니다. 이들 염기는 중립 환경에서 해리되지 않은 상태에 있습니다. 산이 유기 염기에 작용하면 염이 형성되어 수용액에서 이온으로 해리됩니다.

해리되지 않은 유기 염기 분자는 물 분자에 의해 약하게 수화되지만 유기 용매 분자에 의해 잘 용해됩니다. 따라서 해리되지 않은 유기 염기 분자는 유기 용매를 사용하는 수용액에서 쉽게 추출됩니다.

유기 염기의 염이 해리되는 동안 형성된 이온은 물 분자에 의해 잘 수화되고 유기 용매 분자에 의해 약하게 용해됩니다. 따라서 유기 염기의 염(몇 가지 예외 제외)은 유기 용매로 추출되지 않습니다.

유기 염기는 약한 전해질입니다. 해리 정도는 매체의 pH에 따라 다릅니다. 산이 유기 염기에 첨가되면 염으로 변합니다. 동시에, 이온의 수는 증가하고 해리되지 않은 분자의 수는 감소하므로, 결과적으로 이들 물질을 유기용매로 추출하는 정도는 감소한다. 유기 염기의 염에 알칼리를 첨가하면 이온의 수가 감소하고 이러한 염기의 해리되지 않은 분자의 수가 증가합니다. 결과적으로 알칼리성 환경에서는 유기 염기의 추출 정도가 증가합니다.

양쪽성 화합물의 추출. 독성학적으로 중요한 양쪽성 화합물에는 분자에 아민 질소와 페놀성 그룹(모르핀, 살솔린 등)이 포함된 물질뿐만 아니라 아민 질소와 카르복실 그룹(아미노산 등)이 포함된 화합물이 포함됩니다. 이러한 화합물은 환경의 pH에 따라 염기(산성 환경에서) 및 산(알칼리성 환경에서)으로 해리됩니다. 양쪽성 화합물의 추출은 배지의 pH에 따라 달라집니다. pH가 변하면 양쪽성 화합물의 이온 및 해리되지 않은 분자의 수가 변하기 때문입니다. 분자 상태의 양쪽성 화합물을 유기용매로 추출합니다. 양쪽성 화합물의 이온은 물 분자에 의해 잘 수화되어 있으며 유기 용매에 의해 거의 추출되지 않습니다.

가장 많은 양의 양쪽성 화합물이 이들 물질의 등전점에 해당하는 pH에서 추출됩니다. 이는 등전점에서 양쪽성 화합물의 분자에 전하가 없다는 사실로 설명됩니다.