CHƯƠNG 7 DUNG DỊCH

Dung dịch lỏng phân tử, chất tan không điện li, không bay hơi Nhắc lại: Dung dịch lý tưởng: khi hoà tan chất tan: không xảy ra sự thay đổi thể tích DVht = 0 không kèm theo hiệu ứng

7.1 Một số khái niệm

7.2 Dung dịch lỏng phân tử, chất tan

không điện li, không bay hơi

7.3 Dung dịch điện li

7.4 Cân bằng ion trong dung dịch axit – baz

7.5 Cân bằng ion của chất điện li khó tan

CHƯƠNG 7 DUNG DỊCH

7.1 Một số khái niệm

7.1.1 Hệ phân tán

là những hệ trong đó có chất phân tán và môi trường phân tán dưới dạng những hạt có kích thước nhỏ bé

Có tính chất phụ thuộc chủ yếu vào kích thước của chất phân tán

không bền nhiệt động

(R vào L) Huyền phù (đất sét trong nước…)

(L vào L) Nhũ tương(sữa…)

(R vào K) Khói, mây…

Hệ keo 10 -7 <d< 10 -5 cm

Có thể quan sát dưới kính hiển vi điện tử

Khá bền nhiệt động

sương mù, keo dán, Al(OH)3…

Hệ phân

tán

phân tử

d ≈ 10 -8 cm (kích thước của phân tử hay ion)

rất bền

dung dịch thực (gọi tắt là dung dịch)

7.1.1 Hệ phân tán

là hệ phân tán đồng thể gồm hai hay nhiều chất

mà thành phần của chúng có thể thay đổi trong giới hạn rộng

o Chất có hàm lượng nhỏ hơn gọi là chất tan (chất phân tán)

o Chất có hàm lượng lớn hơn gọi là dung môi (môi trường phân tán, có trạng thái không thay đổi khi tạo thành dung dịch)

o Mỗi chất gọi là cấu tử

7.1.2 Dung dịch

7.1 Một số khái niệm

khí

nước biển

7.1.2 Dung dịch

7.1 Một số khái niệm

Quá trình tạo thành dung dịch

Xét sự hòa tan chất rắn A vào dung môi nước

Có hai quá trình ngược nhau đồng thời xảy ra:

Chất A (tinh thể) Hoà tan Chất A (dung dịch)

Kết tinh

1 Quá trình hòa tan:

Giai đoạn chuyển pha

Giai đoạn hydrat hóa

2 Quá trình kết tinh:

xảy ra đồng thời với quá trình hòa tan

-> Cân bằng hòa tan kết tinh là một cân

7.1.2 Dung dịch

1 Quá trình hoà tan: gồm 2 giai đoạn

Giai đoạn chuyển pha

Các tiểu phân ở bề mặt tinh thể dưới tác dụng chuyển động nhiệt và tương tác của các phân tử dung môi sẽ bị tách ra khỏi bề mặt tinh thể  quá trình phá vỡ mạng tinh thể chất tan để tạo thành các nguyên tử, phân tử hay ion

 QT vật lý, thu nhiệt, tăng độ hỗn loạn:

Quá trình tạo thành dung dịch

7.1.2 Dung dịch

1 Quá trình hoà tan: gồm 2 giai đoạn

Giai đoạn hydrat hóa (hay solvat hóa)

Các tiểu phân chất tan sau khi tách khỏi bề mặt tinh thể sẽ không tồn tại độc lập mà bị các phân tử dung môi bao quanh tạo các

tương tác tĩnh điện  quá trình solvat hóa

(dung môi hóa; nếu dung môi là nước gọi là

1 Quá trình hoà tan: gồm 2 giai đoạn

 Gđ chuyển pha: ΔHchuyển pha > 0 ; ΔSchuyển pha > 0

 Gđ hydrat hóa (solvat hóa): ΔHsolvat hóa < 0 ; ΔS solvat hóa< 0

Tương tác giữa tiểu

phân dung môi và

chất tan là yếu tố

hàng đầu quyết định

sự tạo thành dd

2 Quá trình kết tinh

Đồng thời với QT hoà tan, tồn tại một QT ngược chiều:

Quá trình tạo thành dung dịch

7.1.2 Dung dịch

Chất tan (r) + dung môi Dung dịch Hoà tan

Kết tinh

Dd bão hoà DG=0 C = Cbh = độ tan

Dd chưa bão hòa DG < 0 C < Cbh

Dd quá bão hoà DG > 0 C > Cbh

Cân bằng

Độ tan của các chất và các yếu tố ảnh hưởng

-> Khi cân bằng hoà tan được thiết lập, nồng độ

Khái niệm về độ tan S

7.1.2 Dung dịch

CM)

Độ tan của các chất và các yếu tố ảnh hưởng

Khái niệm về độ tan S

7.1.2 Dung dịch

Độ tan = nồng độ của chất tan trong dd bão hòa

Độ TAN

CÁC DUNG DỊCH BÃO HOÀ Ở 200C và 500C

CHẤT TAN

Độ tan của các chất và các yếu tố ảnh hưởng

Khái niệm về độ tan S

7.1.2 Dung dịch

• S > 10g : chất dễ tan

• S < 1g : chất khó tan

• S < 0,01g: chất gần như không tan

Độ tan của các chất và các yếu tố ảnh hưởng

Khái niệm về độ tan S

7.1.2 Dung dịch

ĐỘ TAN CỦA CÁC HALOGENUA KIM LOẠI KIỀM TRONG H2O

Độ TAN (số gam muối/100g dung môi)

15

Độ tan của các chất và các yếu tố ảnh hưởng

Khái niệm về độ tan S

7.1.2 Dung dịch

Tính tan của một số ion thông dụng trong nước

Ngọai trừ

Ngọai trừ

7.1.2 Dung dịch

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan

 Bản chất của chất tan và dung môi

 Nhiệt độ

 Áp suất

7.1.2 Dung dịch

 Các chất có tính chất tương tự nhau thì hòa tan tốt vào

nhau

o Chất có cực tan tốt trong dung môi có cực

Vd: NH3 tan tốt trong nước

> do chúng đều có cực mạnh

o Chất không cực tan tốt trong dung môi không cực Vd: Br2/ CCl4

 Tương tác giữa dung môi và chất tan làm tăng độ tan

Vd: C2H5OH tan trong H2O theo mọi tỉ lệ

> do tạo liên kết hidro

Bản chất của chất tan và dung môi

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan 7.1.2 Dung dịch

Độ phân cực

của dung môi

tăng dần

Ví dụ: NaCl

•Tan tốt trong nước

•Tan ít trong rượu etylic

•Không tan trong ete và benzen

Bản chất của chất tan và dung môi

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan 7.1.2 Dung dịch

 Hòa tan chất khí vào chất lỏng: A(k) + D(l)  A(dd)

o Ảnh hưởng của nhiệt độ: DHht < 0, nên nhiệt độ tăng sẽ làm độ

tan S giảm (nguyên lý chuyển dịch cân bằng Le Chatelier)

 Nhiệt độ và áp suất

 Hòa tan chất rắn vào chất lỏng

o Ảnh hưởng của nhiệt độ:

Tùy thuộc vào dấu của DHht, độ tan

có thể tăng hoặc giảm theo nhiệt độ

• Nếu DHht>0 thì T↑→ S↑

(Thông thường)

• Nếu DHht < 0 thì T↑→ S 

o Ảnh hưởng của áp suất:

Áp suất hầu như không ảnh hưởng

đến độ tan của chất rắn

Hòa tan chất rắn vào chất lỏng

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan 7.1.2 Dung dịch

 Hòa tan chất lỏng vào chất lỏng

Ba trường hợp: hòa tan vô hạn, hòa tan hữu hạn và không hòa tan

o Ảnh hưởng của nhiệt độ: : DHht > 0, nên nhiệt độ tăng sẽ làm độ

n N

dd ml 1000

n

CM = ctCác loại nồng độ dung dịch

7.1.2 Dung dịch

BT 1 Xác định nồng độ phần mol của các cấu tử ZnI2 và H2O trong dung dịch ZnI2 bão hòa ở 20oC, biết độ tan của ZnI2 ở nhiệt độ này là 432.0 g/100

ml H2O

BT 2 Xác định nồng độ molan của các cấu tử

C6H12O6 và H2O trong dung dịch C6H12O6 bão hòa

ở 20oC, biết độ tan của C6H12O6 ở nhiệt độ này là

Các loại nồng độ dung dịch

7.1.2 Dung dịch

7.2 Dung dịch lỏng phân tử, chất tan không điện li,

không bay hơi

7.2 Dung dịch lỏng phân tử, chất tan không điện li, không bay hơi

Nhắc lại:

Dung dịch lý tưởng: khi hoà tan chất tan:

không xảy ra sự thay đổi thể tích (DVht = 0)

không kèm theo hiệu ứng nhiệt (DHht = 0)

Có thể xem dung dịch lý tưởng là dung dịch có nồng độ chất tan thật loãng để tính chất của dung môi thay đổi không đáng kể so với dung môi nguyên chất

Dung dịch lỏng phân tử, chất tan không điện li, không bay hơi: Giả sử khi tạo thành loại dung dịch này không xảy ra hiệu ứng thể tích và hiệu ứng nhiệt (DH ≈ 0, DV ≈ 0)

 xem như dung dịch lý tưởng

Khảo sát tính chất của dung dịch chính là khảo sát tính chất của dung môi trong dung dịch chứ không phải của chất tan trong dung dịch

7.2 Dung dịch lỏng phân tử, chất tan không điện li, không bay hơi

7.2.1 Độ giảm áp suất hơi bão hòa- Định luật Raoult I

o Trên mặt thoáng của một chất lỏng có cân bằng lỏng- hơi:

Bay hơi, DH > 0

Lỏng Hơi

Ngưng tụ, DH < 0

o Các phân tử hơi khi chuyển động nhiệt phân tử va

chạm vào thành bình chứa tạo ra một áp suất hơi

o Khi quá trình thuận nghịch trên đạt cân bằng thì áp

suất hơi đó gọi là áp suất hơi bão hòa P0

o Áp suất hơi bão hoà là đại lượng đặc trưng cho sự bay hơi của chất lỏng

o Khi nhiệt độ tăng thì áp suất hơi bão hòa tăng do cân

7.2 Dung dịch lỏng phân tử, chất tan không điện li, không bay hơi

o Khi cho chất tan không bay hơi vào dung môi nguyên chất để tạo thành dung dịch thì:

áp suất hơi bão hoà của dung môi trên dung dịch (gọi tắt là áp suất hơi bão hoà của dung dịch

7.2.1 Độ giảm áp suất hơi bão hòa- Định luật Raoult I

7.2 Dung dịch lỏng phân tử, chất tan không điện li, không bay hơi

Định luật Raoult I:

bằng áp suất hơi bão hòa của dung môi nguyên chất nhân với nồng độ phần mol của dung môi trong dung dịch

1 0

1 P N

P =

Với : P 0 : P hơi bão hòa dung môi nguyên chất

P 1 : P hơi bão hòa của dung dịch

N : nồng độ phần mol của dung môi trong dd

7.2.1 Độ giảm áp suất hơi bão hòa- Định luật Raoult I

7.2 Dung dịch lỏng phân tử, chất tan không điện li, không bay hơi

 Định luật Raoult I:

1 0

1 0

2

P

P P

7.2.1 Độ giảm áp suất hơi bão hòa- Định luật Raoult I

7.2 Dung dịch lỏng phân tử, chất tan không điện li, không bay hơi

BT4 Xác định độ giảm áp suất hơi bão hòa của dung dịch C6H12O6 bão hòa ở 20 o C, biết độ tan của C6H12O6 ở nhiệt độ này là 200.0 g/100 ml

H2O và nước tinh khiết có áp suất hơi bão hòa bằng 23,76mmHg

BT3 Tính áp suất hơi bão hòa của nước trong dung dịch chứa 5g chất tan không điện ly trong 100g nước ở nhiệt độ 25 o C Cho biết ở nhiệt độ này nước tinh khiết có áp suất hơi bão hòa bằng 23.76mmHg và khối lượng phân tử chất tan bằng 62.5g

23,4mmHg

7.2.1 Độ giảm áp suất hơi bão hòa- Định luật Raoult I

7.2 Dung dịch lỏng phân tử, chất tan không điện li, không bay hơi

7.2.2 Độ tăng nhiệt độ sôi và độ giảm nhiệt độ đông đặc

Định luật Raoult II

1 Nhiệt độ sôi của dung dịch

 Nhiệt độ sôi của một chất lỏng (nguyên chất

hoặc dung dịch) là nhiệt độ tại đó áp suất hơi bão hòa của nó bằng áp suất môi trường bên ngoài

1 Nhiệt độ sôi của dung dịch:

được áp suất hơi bão hòa = Áp suất môi trường ngoài

7.2.2 Độ tăng nhiệt độ sôi và độ giảm nhiệt độ đông đặc

Định luật Raoult II

7.2 Dung dịch lỏng phân tử, chất tan không điện li, không bay hơi

1 Nhiệt độ sôi của dung dịch:

Dung dịch có nồng độ chất tan càng cao thì nhiệt độ sôi sẽ càng cao  trong quá trình sôi nhiệt độ sôi sẽ tăng dần

Dung dịch có nhiệt độ sôi cao hơn dung môi nguyên chất

7.2.2 Độ tăng nhiệt độ sôi và độ giảm nhiệt độ đông đặc

Định luật Raoult II

7.2 Dung dịch lỏng phân tử, chất tan không điện li, không bay hơi

2 Nhiệt độ đông đặc của dung dịch

Chất lỏng đông đặc ở nhiệt độ tại đó áp suất hơi của pha lỏng bằng áp suất hơi của pha rắn

Dung dịch có nhiệt độ đông đặc thấp hơn

nhiệt độ đông đặc của dung môi nguyên chất ở cùng điều kiện do độ giảm áp suất hơi bão hòa

7.2.2 Độ tăng nhiệt độ sôi và độ giảm nhiệt độ đông đặc

Định luật Raoult II

7.2 Dung dịch lỏng phân tử, chất tan không điện li, không bay hơi

2 Nhiệt độ đông đặc của dung dịch

Dung dịch có nồng độ chất tan càng lớn sẽ đông đặc ở nhiệt độ càng thấp

Nhiệt độ đông đặc của dung dịch là nhiệt

độ bắt đầu xuất hiện tinh thể đầu tiên của dung môi

Khi dung môi càng kết tinh > nồng độ chất tan càng tăng, áp suất hơi bão hòa càng giảm > nhiệt độ kết tinh của dung

7.2.2 Độ tăng nhiệt độ sôi và độ giảm nhiệt độ đông đặc

Định luật Raoult II

7.2 Dung dịch lỏng phân tử, chất tan không điện li, không bay hơi

“ Độ tăng nhiệt độ sôi và độ giảm nhiệt độ đông

đặc của dung dịch so với dung môi nguyên chất:

- Phụ thuộc bản chất dung môi

- Tỉ lệ thuận với nồng độ molan của chất tan”

DTs = KsCm

DT s và DT đ : Độ tăng nhiệt độ sôi và độ giảm nhiệt độ đông đặc

K và K : hằng số nghiệm sôi và hằng số nghiệm đông của dung môi

Định luật Raoult II:

Hằng số nghiệm sôi và hằng số nghiệm đông

của một số dung môi

7.2.3 Áp suất thẩm thấu - Định luật Van’t Hoff

Hiện tượng thẩm thấu

o Sự khuếch tán các phân tử dung môi vào dung dịch qua

màng bán thẩm được gọi là hiện tượng thẩm thấu

o Lực tác dụng lên màng bán thẩm để ngăn không cho

7.2 Dung dịch lỏng phân tử, chất tan không điện li, không bay hơi

Định luật Van’t Hoff:

Với: p : áp suất thẩm thấu

CM : nồng độ mol của dung dịch

Nhận xét: Dạng của phương trình này rất giống với phương trình trạng thái khí lý tưởng:

PV = nRT  P = CRT

Áp suất thẩm thấu là áp suất cần thiết để chống lại sự thẩm thấu

7.2.3 Áp suất thẩm thấu - Định luật Van’t Hoff

7.2 Dung dịch lỏng phân tử, chất tan không điện li, không bay hơi

7.3 Dung dịch điện li

7.3.1 Sự khác biệt giữa dung dịch phân tử và

dung dịch điện li

7.3.2 Các thuyết điện li – Độ điện li

7.3.3 Cân bằng trong dung dịch chất điện li yếu – Hằng số điện li

7.3.1 Sự khác biệt giữa dung dịch phân tử và dung dịch điện li

 Dung dịch điện li dẫn điện

 Dung dịch điện li không tuân theo định luật Raoult và định luật Van’t Hoff

• Đối với dung dịch chứa các chất tan điện li (axit, baz, muối), các giá trị p, DP, DT s , DT đ xác định bằng thực nghiệm luôn lớn hơn so với tính toán lý thuyết

• Theo Van’t Hoff, cần phải bổ sung thêm hệ số i vào

các công thức:

2 0

' i P iP N

P = D =

D D 'T = iDT = iKC m p ' = i p = iCM RT

i: hệ số đẳng trương hay hệ số Van’t Hoff

DP, DT, p : Tính theo các định luật Raoult

DP’, DT’, p’ : Đo được bằng thực nghiệm i = DP '

• Dung dịch điện li: 1 < i ≤ q

(q = tổng số ion trong phân tử nếu sự điện li hoàn toàn)

• Dung dịch lỏng phân tử: i = 1

• Ý nghĩa: i chính là số lần tăng lên của tổng nồng

độ các tiểu phân chất tan (phân tử và ion) so với nồng độ phân tử chất tan

Những tính chất khác biệt trên được giải thích

là do các chất tan axit, baz, muối đã điện li,

Hệ số đẳng trương

số tiểu phân chất tan trong dd điện li (số ion, số phân tử không điện li)

số phân tử chất tan hoà tan (số tiểu phân chất tan trong dd phân tử)

i =

7.3.1 Sự khác biệt giữa dung dịch phân tử và dung dịch điện li

7.3.1.Sự khác biệt giữa dung dịch phân tử và dung dịch điện li

 Dung dịch điện li dẫn điện

 Dung dịch điện li không tuân theo định luật Raoult và định luật Van’t Hoff

• Đối với dung dịch chứa các chất tan điện li (axit, baz, muối), các giá trị p, DP, DT s , DT đ xác định bằng thực nghiệm luôn lớn hơn so với tính toán lý thuyết

• Theo Van’t Hoff, cần phải bổ sung thêm hệ số i vào

các công thức:

2 0

' i P iP N

P = D =

D D 'T = iDT = iKC m p ' = i p = iCM RT

i: hệ số đẳng trương hay hệ số Van’t Hoff

DP, DT, p : Tính theo các định luật Raoult

DP’, DT’, p’ : Đo được bằng thực nghiệm i = DP '

7.3.1 Sự khác biệt giữa dung dịch phân tử và dung dịch điện li

• Dung dịch điện li: 1 < i ≤ q

(q = tổng số ion trong phân tử nếu sự điện li hoàn toàn)

• Dung dịch lỏng phân tử: i = 1

• Ý nghĩa: i chính là số lần tăng lên của tổng nồng

độ các tiểu phân chất tan (phân tử và ion) so với nồng độ phân tử chất tan

Những tính chất khác biệt trên được giải thích

là do các chất tan axit, baz, muối đã điện li,

Hệ số đẳng trương

số tiểu phân chất tan trong dd điện li (số ion, số phân tử không điện li)

số phân tử chất tan hoà tan (số tiểu phân chất tan trong dd phân tử)

i =

7.3.2 Các thuyết điện li – Độ điện li

Thuyết điện li cổ điển Arrhenius

hòa tan vào nước hoặc đun nóng

 Các tính chất bất thường của dung dịch điện li

được giải thích do sự tăng số tiểu phân của dung dịch điện li so với dung dịch phân tử

Tính dẫn điện: do sự di chuyển định hướng của các ion dưới tác dụng của điện trường ->Ưu điểm Hạn chế: không kể đến tương tác giữa các tiểu