• Các hợp chất có cực tan tốt trong dung môi có cực hơn là dung môi không cực Độ phân cực của dung môi – NaCl thì : • Tan tốt trong nước • Tan ít trong ethyl alcohol • Không tan trong et
Trang 1Chương 11
CÂN BẰNG TRONG DUNG DỊCH LỎNG
Trang 2Khái niệm về hệ phân tán và dung dịch
Hệ phân tán cao (hệ keo): 1m < d < 100m
Hệ phân tán phân tử - ion (dung dịch thực): d < 1m
chất phân tán môi trường phân tán .
Trang 4DUNG DỊCH- là hệ đồng thể bền nhiệt động, gồm không ít
hơn hai chất ở trạng thái phân tán phân tử và thành phần có thể biến thiên liên tục trong giới hạn xác định
*Dung dịch nước đường(đường(r) +H2O dung dịch)
*Dung dịch H2SO4(SO3(k) + H2O dung dịch)
*Rượu Voka (C H OH (l) + H O dung dịch)
Trang 5DUNG DỊCH LỎNG
Cơ chế tạo thành dd lỏng
Quá trình vật lý – quá trình chuyển pha
Quá trình hoá học -quá trình solvat hoá
tương tác giữa chất tan và dung môi
Trang 6Tương tác hút giữa chất tan và dung môi càng mạnh thì quá trình hoà tan càng thuận lợi
Ví dụ - ethanol tan tốt trong nước
Ethanol = CH3CH2OH
Lực tương tác=liên kết hydro;lưỡng cực-lưỡng cực; khuếch tán
Trang 7Glucose
có liên kết hydro nên
tan rất tốt trong nước
Cyclohexane
chỉ có lực khuếch tán
không tan trong nước
Trang 8• Vitamin A tan trong dung môi không cực (chất béo)
• Vitamin C tan trong nước
Trang 10QUÁ TRÌNH HOÀ TAN VÀ CÂN BẰNG HOÀ TAN
Chất tan (r) + dung môi Dung dịchHoà tan
Kết tinh
bh
C
Cln
RTK
QlnRT
Dung dịch bão hoà G=0 c = cbh = độ tan
Dd chưa bão hòa G < 0 c < cbh
Dd quá bão hoà G > 0 c > cbh
Cân bằng
Trang 11Khái niệm về độ tan S
Độ tan - nồng độ của chất tan trong dd bão hòa
ĐỘ TAN
CÁC DUNG DỊCH BÃO HOÀ Ở 200C và 500C
CHẤT TAN
Trang 12Chất tan là chất rắn
S- thường biểu diễn số gam chất tan tan tối đa
trong100g dung môi
• S > 10g - chất dễ tan
• S < 1g - chất khó tan
• S < 0,01g- chất gần như không tan
ĐỘ TAN (số gam muối/100g dung môi)
Trang 13Chất tan là chất khí
S- thường biểu diễn bằng số ml khí (tan tối đa)
tan trong 100g dung môi hoặc 100ml dung môi
Chất tan là chất điện ly khó tan
S – thường biểu diễn bằng số mol chất điện ly
khó tan (tan tối đa) trong 1lit dung dịch
Trang 14Độ tan của một số ion thông dụng trong nước
Ngọai trừ
Ngọai trừ
Ngọai trừ
Trang 15CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ TAN
• Bản chất của dung môi và chất tan
• Nhiệt độ, áp suất
• Môi trường
Trang 16• Các hợp chất có cực tan tốt trong dung
môi có cực hơn là dung môi không cực
Độ phân
cực của
dung môi
– NaCl thì :
• Tan tốt trong nước
• Tan ít trong ethyl alcohol
• Không tan trong ether và benzene
ẢNH HƯỞNG CỦA BẢN CHẤT CHẤT TAN
VÀ DUNG MÔI
Chất tương tự tan trong chất tương tự
Trang 17• Các chất không cực thì tan tốt trong
dung môi không cực hơn là các dung
• Không tan trong nước
• Tan trong ether.
Trang 18Ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất
Khí + dung môi dung dịch ⇌ dung dịch Hcp<0 Hs<0
Định luật
Henry
Trang 19T tăng → độ tan chất khí giảm
Khí + dung môi dung dịch ⇌ dung dịch H ht <0
Trang 20Chất rắn + dung môi dung dịch ⇌ dung dịch Hht
Áp suất hầu như không ảnh hưởng đến độ tan của chất rắn
Trang 21SỰ THAY ĐỔI TÍNH CHẤT NHIỆT ĐỘNG
KHI TẠO THÀNH DUNG DỊCH
Trang 22DUNG DỊCH LÝ TƯỞNG
• Là dung dịch có Hht=0 ; Vht=0 ; Uht=0
• Trong dung dịch lực tương tác giữa các tiểu phân
cùng loại và khác loại giống nhau.Sự tạo thành dd là
do sự tăng entropy.
• Tính chất của dd lý tưởng không phụ thuộc vào bản chất chất tan mà phụ thuộc vào nồng độ của chúng.
• Dd lỏng đạt khá tốt đk lý tưởng là dd mà các cấu tử của nó có cấu tạo phân tử và những thuộc tính vật lý
và hoá học giống nhau hoặc rất gần nhau:
Trang 23•Nếu lực tương tác giữa chất tan và dung môi mạnh hơn
lực tương tác giữa các tiểu phân cùng loại thì dd này
thường có H ht <0 , V ht <0.
Dung dịch thực
•Ngược lại, nếu lực tương tác giữa chất tan và dung môi
yếu hơn lực tương tác giữa các tiểu phân cùng loại thì dd này thường có H ht >0 , V ht >0
Loại dd này thường xảy ra cho hệ mà cả hai cấu tử đều có
cực.Tương tác hút giữa chúng có thể dẫn tới các quá trình
hoá học (solvat hoá, tạo lk hydro, tạo hợp chất hoá học …)
Ví dụ - hệ nước và axit nitric
Loại dd này thường xảy ra cho hệ mà
cả hai cấu tử có tính phân cực khác
nhau rõ rệt – Ví dụ- hoà tan chất có cực
vào dm không cực: aceton trong CS2
Trang 25ethanol với nhau và giữa
các ptử nước với nhau.
+ 50 mL C2H5OH thì thể
tích nhỏ hơn 100 mL
EOS
Trang 26n N
e Nồng độ đương lượng:
CN - số đương lượng gam chất tan / 1lit dd
dd ml 1000
n
M
Trang 27ÁP SUẤT HƠI BÃO HOÀ CỦA CHẤT LỎNG
NGUYÊN CHẤT
Lỏng Hơi
Trang 28V
T
H dT
Trang 29Nhiệt độ sôi của bất cứ pha lỏng nào (nguyên chất hay dung dịch) cũng đều bắt đầu sôi ở nhiệt độ mà tại đó áp suất hơi bão hoà của nó bằng áp suất
ngoài.
Đối với chất lỏng nguyên chất, khi áp suất ngòai
không đổi,nhiệt độ sôi không thay đổi trong suốt quá trình sôi cho đến khi toàn bộ chất lỏng chuyển hết
thành hơi.
Trang 30Nhiệt độ đông đặc của bất cứ pha lỏng nào
(nguyên chất hay dung dịch) cũng đều bắt đầu đông
đặc ở nhiệt độ mà tại đó áp suất hơi bão hoà trên pha lỏng bằng với áp suất hơi bão hoà trên pha rắn.
Đối với chất lỏng nguyên chất, khi áp suất ngòai không đổi nhiệt độ đông đặc không thay đổi trong suốt quá
trình đông đặc.
Trang 31Áp suất hơi bão hoà của dung dịch lỏng
Áp suất hơi bão hoà của dd là hơi cân bằng với dung dịch lỏng.
Áp suất hơi bão hoà của dd bằng tổng áp suất hơi
bão hoà của tất cả các cấu tử có trong hệ Pdd = Pi
Áp suất hơi bão hoà của dd lỏng, loãng chứa chất tan không điện ly, không bay hơi chính là áp suất hơi bão hoà của dung môi trong dung dịch.
Trang 32ÁP SUẤT HƠI BÃO HOÀ của dung dịch lỏng loãng phân tử chứa chất tan không điện ly không bay hơi
Lỏng Hơi
1
0 2
p
p p
Trang 33Áp suất hơi bão hịa của dung mơi trong dung
dịch luơn nhỏ hơn áp suất hơi bão hồ của dung mơi nguyên chất ở cùng nhiệt độ P1 <P0
Phân tử dung môi
Phân tử chất tan không bay hơi
Phân tử dung môi
Phân tử chất tan không bay hơi
P1 – áp suất hơi bão hồ của dd lỏng, lỗng chứa
chất tan khơng điện ly , khơng bay hơi cũng chính
là áp suất hơi bão hồ của dung mơi trong dung dịch
Trang 34Định luật Raoult II
ms
ss
T
dm ddphtu
m đ
đ đ
Dung môi nguyên chất
TS
Tđ
Trang 35Dung môi Tsôi (°C) Ks ( 0 C/m) Tđđ ( 0 C) Kđ ( 0 C/m)
Water, H2O 100.0 0.52 0.00 1.86 Benzen, C6H6 80.1 2.53 5.5 5.12
Trang 36Nhiệt độ sôi của dung dịch lỏng phân tử cao
hơn nhiệt độ sôi của dung môi nguyên chất
) dm (
T )
ddlpt (
) dm (
T )
ddlpt (
Nhiệt độ đông đặc của dung dịch lỏng phân
tử thấp hơn nhiệt độ đông đặc của dung môi nguyên chất
Tinh thể dung môi nguyên chất
Tđđ (H2O) >Tđđ (dd)
Trang 37Nhận xét
• Đối với dung dịch chưa bão hoà, nhiệt độ sôi là
nhiệt độ bắt đầu sôi,nhiệt độ đông đặc là nhiệt độ bắt đầu đông đặc.Trong quá trình sôi hay đông đặc
do nồng độ dd tăng liên tục nên nhiệt độ sôi tăng liên tục, nhiệt độ đông đặc giảm liên tục.
• Khi dung dịch bão hoà, nhiệt độ sôi và nhiệt độ
đông đặc mới là hằng số.
Trang 38Áp suất thẩm thấu
Sự thẩm thấu và áp suất thẩm thấu
Định luật Van’t Hoff
Trang 40Sự khác biệt của dd điện ly
Trang 41H2O(l) → H2O(k)
Áp suất hơi bão hoà của dung môi
nguyên chất lớn hơn áp suất hơi bão
hoà của dm trong dd là do các phân tử
dm tự do trên bề mặt chất lỏng nhiều
hơn N(dm ngchất)= 1 > N1
Trang 42H2O(l) → H2O(k)
Số tiểu phân chất tan không bay hơi càng tăng sẽ
làm giảm số phân tử dung môi tự do trên bề mặt nên
áp suất hơi bão hoà của dung dịch càng giảm nhiều
Trang 43DUNG DỊCH ĐIỆN LY
Dung dịch điện ly không tuân theo các đl Raoult và Van’t Hoff
i là hệ số đẳng trương hay hệ số Van’t Hoff
số tiểu phân ch tan (số ion ,số ph tử ch tan không điện ly)
số phân tử chất tan hoà tani=
m- số ion trong 1 phân tử (nguyên dương 2)
Dung dich điện ly 1< i m ; Dung dịch lỏng phân tử i=1
1 mol chất (dd điện ly) =N1 +N2 Số tiểu phân chất tan = i.N2
Trong 1000g dmôi →số tiểu phân chất tan =i.cm
Trong 1lit dung dịch →số tiểu phân chất tan= i.C(mol/l)
Trang 44p
p p p
2
p
p p p
' p
iN
Cm i.cm
m s
s ik C '
T
m
đ
đ .i k C '
Trang 45Ứng dụng địng luật Raoult làm thay đổi
nhiệt độ đông đặc của nước
Propylene glycol
Ethylene glycol – có hại với gia súc
Trang 46a) Cát, SiO 2
b) Muối mỏ, NaCl
Để chống hiện tượng đóng băng
tuyết vào mùa đông trên các
con đường giao thông, theo bạn
ta nên chọn các giải pháp nào
sau đây :
Trang 47Khi pha loãng tăng Khi pha loãng vô cùng = const
Khi pha loãng giảm
Trang 48THUYẾT ĐIỆN LY CỦA ARRHENIUS
Phân tử chất điện ly (ax,baz,muối)
Trang 49Khi lực hút giữa các ion
yếu đi, các ion sẽ tách ra
vàbị bao quanh các lưỡng
Trang 50THUYẾT ĐIỆN LY CỦA KABLUKOB
Trong dung dịch không có ion tự do
Quá trình solvat hoá
(Quá trình hydrat hoá – H 2 O)
NaCl(r) + (n+m) H 2 O Na ⇌ dung dịch + nH 2 O + Cl - mH 2 O
HCl (k) + (n+m)H 2 O H ⇌ dung dịch 3 O + (n-1)H 2 O + Cl - mH 2 O
Hợp chất ion quá trình phân ly các ion
Hợp chất cộng hoá trị có cực quá trình ion hoá
Chất tan
(có cực mạnh)
Dung môi (có cực) ion solvat hoá (ion hydrat hoá)
Trang 52Độ điện ly
số phân tử phân ly thành ion
Tổng số phân tử hoà tan trong dung dịch
1 m
n n
m n
i
n- số mol chất tan hoà tan
n- số mol chất tan điện ly (n - n) số mol chất
tan không điện ly
nm - số mol ion
Trang 53Các yếu tố ảnh hưởng đến độ điện ly
Bản chất chất tan và dung môi
Dung môi có cực yếu nhỏ
Trang 54Quy ước đánh giá độ điện ly
Trong dd nước 0,1N ở 250C.
> 30% chất điện ly mạnh
3%< < 30% chất điện ly trung bình
< 30% chất điện ly yếu
Trang 55B A
B
A K
Axit – hsđly ký hiệu Ka
Baz – hsđly ký hiệu Kb
Đặc trưng cho cường độ Axit - base
Trong dd nước: Ka,Kb < 10-4 axit yếu, base yếu
Biểu thức của
đl tác dụng khối lượng
Trang 56QUAN HỆ GIỮA K và
AB (dd) A+ (dd) + B-(dd)Ban đầu C0
C
C K
2 0 AB
B A
Trang 57AXIT - BASE YẾU ĐA BẬC
Hằng số điện ly các bậc giảm dần theo trật tự sau:
K1>K2 >K3 >K4…
Hằng số điện ly chung : K=K1.K2.K3.K4…
Trong thực tế thường chỉ chú ý đến sự phân ly bậc thứ nhất
Muối
Đa số muối thuộc loại điện ly mạnh: KCl, NaF…
Các muối điện ly kém : muối axit (H+),muối baz(OH-),muối phức
Trang 58HẰNG SỐ ĐIỆN LY CỦA CÁC AXIT ĐA BẬC
Trang 59)CN(
Fe
CN
FeK
Hằng số không bền của phức
3 6
3 6 kb
b
CN Fe
) CN (
Fe K
1 K
Trang 60 Lập luận: thực nghiệm cho thấy trong dd không có phân tử trung hòa điện Chất điện ly mạnh: điện ly hoàn toàn = 1
CÂN BẰNG TRONG DD CHẤT ĐIỆN LY MẠNH
Lập luận Thực tế
Độ điện ly = 1 < 1
Hệ số đẳng trương i Là số nguyên Không nguyên
Độ dẫn điện khi pha
loãng dung dịch Không đổi Tăng lên
Trang 61Giá trị giới hạn của i
Nồng độ molan
Trang 62Lý thuyết chất điện ly mạnh
Trong dung dịch xuất hiện lực hút tương hỗ giữa các ion → bầu khí quyển ion Khi pha loãng, lực hút tương
hỗ giảm, độ dẫn điện tăng.
Trong dd chất điện ly mạnh có liên hiệp ion, khi pha loãng các liên hiệp ion phân ly thành các ion đơn giản.
→ dùng hoạt độ a thay cho nồng độ: a = fC
→ độ điện ly trên thực tế : độ điện ly biểu kiến.
Trang 64I
I z
z
A
n m
B
A B
Đối với dung dịch nước và ở 250C: A = 0,5
Khi I 0,01 phương trình trên có dạng đơn giản như sau:
I z
fi 0 , 5 i2
lg
I z
z
f A B 0 , 5 A n B m
lg
Trang 65 Bản chất của dung môi và chất tan
Nhiệt độ
Trang 66B A
n m
n m
n B
m A B
A
S n
m
nS mS
C C
n m
Trang 67Ảnh hưởng của các ion trong dung dịch đến
độ tan của chất điện ly khó tan.
Thêm ion cùng loại: S Am Bn r mA n dd nB m dd
Thêm ion khác loại: S
) n m
( B A
) n m ( n m )
n m
( B A
n m
n B
n B
m A
m A
n B
m A B
A
n m n
m
m m
n n
m n
n m
f S
n m
f ) nS (
) mS (
f C
f C
a a
n
m
n
m B A
n m
B A
n m
n m
f n
Trang 68Điều kiện hoà tan và kết tủa của chất đ ly khó tan.
Chất điện ly sẽ kết tủa khi
n m m
n B
n B
RT
G
Trang 71Solutions
Trang 72Khái niệm về axit, baz
b Thuyết proton Bronsted
c Thuyết electron của Lewis
Trang 73Axit: chất điện ly cho ion H3O+ trong nước
Baz: chất điện ly cho ion OH- trong nước
HCl(aq) +H2O(l) H3O+(aq) + Cl-(aq) HNO 3(aq)+H2O(l) H3O+(aq) + NO3-(aq)
NH 3(aq) + H2O (l) NH4+(aq) + OH-(aq)
Trang 74Thuyết proton Bronsted
Axit :cho proton HA H+ + A
Trang 75Phản ứng giữa các cặp axit baz liên hợp
Acid + Base Base + Acid
Cặp liên hợp
Cặp liên hợpReaction 1 HF + H 2 O F – + H 3 O +
Reaction 2 HCOOH + CN – HCOO – + HCN
Trang 76Dự đoán axit, baz Bronsted
Axit – là chất phải chứa H+
Cation có chứa H+ : NH4+
Cation kim loại trong nước : Fe2+(aq) ; Al3+(aq)
Cation cấu hình khí trơ có q2/ r càng lớn tính axit càng mạnh
Cation có điện tích và bán kính tương đương, cấu hình: 18e – (18e +2e) – (18e> >8e ) tính axit mạnh hơn cấu hình 8e
Anion có chứa H : HSO4- , H2PO4- ….
Trang 78Baz Bronsted - chất có dư mật độ điện tích âm
21 , 7 )
PO H
(
pKa 3 4
Anion : Cl-, NO3-, SO42-, PO43-….
Phân tử cộng hoá trị phân cực : NH3
CO H
(
pKa 2 3
Trang 79Dung môi proton hoá
Là hợp chất cộng hoá trị phân cực có chứa H nên có khả năng trao đổi proton (chất lưỡng tính)
Thường tạo lk H2 nên Tsvà Tnc cao.
Có tính phân cực mạnh nên có khả năng hoà tan
nhiều chất (có cực).
Có thể tự ion hoá một phần khi ở trạng thái lỏng.
Hằng số cân bằng gọi là hằng số tự proton hoá Kd
Trang 80
H2O + H2O H3O + OH- kn= [ OH-][ H3O+]
NH3 + NH3 NH2 - + NH4+ kd= [NH2-][NH4+]
HD + HD D- + H2D+ Kd = [Fe(CN) D-][Fe(CN)H2D+]
Trang 81Sự điện ly của axit và baz là kết quả của pư trao
đổi proton giữa axit và baz với dung môi.
NH3(aq) + H2O (l) NH4 +( aq) + OH-(aq)
axit
Trang 82Sự điện ly của axit và baz trong nước
Axit : HA + H2O A- + H3O+
HA
A O
Kb càng lớn thì tính baz càng mạnh
Trang 83 Đối với cặp axit – baz liên hợp:
HA + H2O A - + H3O+ [ ]
] ][
[ 3
) (
HA
A O
] ][
K b A
n A
b HA
A
OH HA
x HA
A O
H K
] ][
[ ]
[
] ][
[
3
3 )
( )
(
pKa + pKb = pKn = 14
Ka.Kb = Kd pKa + pKb = pKd
Axit càng mạnh (Ka↑) thì baz liên hợp là baz yếu(Kb↓)
Axit càng yếu (Ka↓) thì baz liên hợp là baz mạnh (Kb↑)
Ka.Kb = Kn
Trang 84HẰNG SỐ ĐIỆN LY CỦA CÁC BASE YẾU
Trang 85HẰNG SỐ ĐIỆN LY CỦA CÁC AXIT YẾU VÀ BASE LIÊN HỢP
ở 25 0 C
Trang 86Hiệu ứng san bằng dung môi
Trang 87Ảnh hưởng của dung môi đến
cường độ axit baz
Hằng số tự proton hoá (Kd )
HD + HD D- + H2D+ Kd = [ D-][H2D+]
Kd càng lớn thì tính axit của dung môi càng mạnh.
Ái lực proton (AP) HD + H+ =H2D+ H = -AP
AP càng lớn thì dung môi có tính baz càng mạnh
Trang 88Dung môi có AP↑ thì tính axit của chất tan tăng
tính baz của chất tan giảm
• Trong nước, CH3COOH là axit yếu
• Trong NH3 , CH3COOH là axit mạnh
Dung môi có AP↓ thì tính axit của chất tan giảm
tính baz của chất tan tăng
Trong dung môi HF,HClO4 không chất nào thể hiện tính axit
HNO 3 + HF (dm) H 2 NO 3 + + F
Trang 89Axit Lewis: là tiểu phân có dư mật độ điện tích dương và
orbital hoá trị trống để nhận cặp electron liên kết từ baz
Dự đoán axit Lewis:
Hầu hết các cation kim loại (Ag + , Co 3+ , Cr 3+ , Mg 2+ )
Các halogenua của B, Al, Si, Sn
Các hydrua của B,Al
Các hợp chất có lk đôi trong những đk thích hợp cũng thể hiện tính axit
Thuyết Lewis dùng giải thích quá trình tạo phức và tính bền của phức
Trang 90Dự đoán baz Lewis:
Các anion : Cl - , Br - , OH
- Phân tử trung hoà hay ion có chứa nguyên tử (N,O )
còn cặp e hoá trị tự do như : NH3, amin , rượu, xeton
Base Lewis: chất cho cặp electron
N H••
HH
acid base
F B
FF
FF
N HH
H
Ag+ + 2NH3 [Fe(CN)Ag(NH3)2]+
□
Trang 92HCl, axit mạnh HF, axit yếu
[Fe(CN)H+] = [Fe(CN)HCl] [Fe(CN)H+] < [Fe(CN)HF]