(Hóa đại cương) DUNG DỊCH LỎNG 2015 BKHCM

CHƯƠNG 8: DUNG DỊCH LỎNG I KHÁI NIỆM VỀ DUNG DỊCH Khái niệm hệ phân tán dung dịch - Hệ phân tán: + Định nghĩa: hệ gồm hai hay nhiều chất chất dạng hạt nhỏ phân bố vào chất Chất phân bố - chất phân tán, chất có chất phân tán - mơi trường phân tán + Tính chất hệ phân tán phụ thuộc vào kích thước chất phân tán Chất phân tán có kích thước hạt lớn chúng dễ lắng xuống hệ bền + Phân loại: theo kích thước hạt d chất phân tán :  Hệ phân tán thơ (hệ lơ lửng): d >100m (có thể nhìn thấy mắt thường hay kính hiển vi thường) Hệ khơng bền Chất phân tán - chất rắn: hệ lơ lửng gọi huyền phù - chất lỏng - nhũ tương  Hệ phân tán cao (hệ keo): 1m < d < 100m (chỉ nhìn thấy kính siêu hiển vi) Hệ bền  Hệ phân tán phân tử - ion (dung dịch thực): d < 1m (kích thước phân tử) Hệ bền - Dung dịch: hệ đồng thể (khí, lỏng hay rắn) gồm hai hay nhiều chất mà thành phần chúng biến đổi phạm vi tương đối rộng Trong chất phân bố - chất tan, mơi trường phân tán - dung mơi - Tùy thuộc vào trạng thái tập hợp, dung dịch rắn, lỏng hay khí Khái niệm độ tan S - Độ tan chất nồng độ chất tan nhiều dung dịch bão hòa điều kiện xác định - Độ tan thường biểu biễn số g (rắn) số ml (khí) chất tan 100g dung mơi S > 10 - chất dễ tan S < - chất khó tan S < 10-3 - chất khơng tan - Độ tan phụ thuộc vào: + Bản chất dung mơi chất tan: chất tan tương tự tan tốt dung mơi tương tự + Nhiệt độ:  Hòa tan chất khí chất lỏng: Hht < → T↑→ S↓  Hòa tan chất rắn chất lỏng: đa số hợp chất ion có Hht > → T↑→ S↑  Hòa tan chất lỏng chất lỏng: tùy thuộc vào lực tương tác phân tử hai chất lỏng mà xảy ba trường hợp: hòa tan vơ hạn, hòa tan có hạn (phổ biến nhất) khơng hòa tan vào Vì q trình hồ tan tương hỗ thường kèm theo hiệu ứng thu nhiệt nên tăng nhiệt độ, độ tan tương hỗ thường tăng + Áp suất:  Hòa tan chất khí chất lỏng: ↑P: S↑  Hòa tan chất lỏng chất rắn chất lỏng: khơng chịu ảnh hưởng áp suất + Trạng thái tập hợp chất + Sự có mặt chất lạ… Q trình hồ tan a Q trình hòa tan cân hòa tan Sự hòa tan bao gồm hai q trình: - Q trình vật lý: q trình phá vỡ cấu trúc chất tan, đặc biệt chất rắn, để tạo thành ngun tử, phân tử hay ion → Nếu chất tan chất rắn : Hcp > → Nếu chất tan chất khí: Hcp < - Q trình solvat hóa : q trình tương tác hạt chất tan với phân tử dung mơi, dung mơi nước gọi q trình hydrat hóa → Hsol Cbh G = RTln(CA/Cbh ) b Sự thay đổi tính chất nhiệt động tạo thành dd - Q trình hòa tan tự diễn khi: Ght = Gsp - Gcđ < Ght = Hht - TSht Hht = Hcp + H sol Chất khí tan chất lỏng 0 <  Hht < / Hht > Sht = Scp + S sol Chất khí tan chất lỏng < < 0 Sht < Chất rắn tan chất lỏng > < 0 Sht > 0; (Scp>S sol) Dung dịch lý tưởng: dung dịch có Hht = Vht = Nồng độ dung dịch a Nồng độ phần trăm C%: số g chất tan 100g dung dịch: C%  mi  100%  mi b Nồng độ phân tử gam (nồng độ mol) CM (mol/l; M): số mol chất CM  tan lit dung dịch: n2 V (V tính lit) c Nồng độ molan Cm (m): số mol chất tan 1000g dung mơi ngun chất: Cm  n  1000 m1 (m1 tính gam) d Nồng độ phần mol N: tỷ số số mol chất tan tổng số mol chất tan dung mơi: N i  ni ni  N i 1 II DUNG DỊCH RẤT LỖNG CHẤT TAN KHƠNG ĐIỆN LY, KHƠNG BAY HƠI VÀ CÁC TÍNH CHẤT Khi tạo thành dung dịch lỗng: H ≈ 0, V ≈ Trong dung dịch, hạt chất tan cách xa nhau, tương tác chúng khơng đáng kể dung mơi thực tế khơng biến đổi tính chất → dung dịch lỗng ≈ dung dịch lý tưởng 1.Áp suất bão hòa: Trong tự nhiên pha lỏng khí có q trình thuận nghịch: Bay hơi, H > Lỏng Hơi (p) Ngưng tụ, H < Khi q trình đạt trạng thái cân (Gbh = 0), áp suất – áp suất bão hòa chất lỏng → đặc trưng cho bay chất lỏng Sp SN pN p1  N1 p1 = kN1 k - hệ số tỷ lệ Trong dung mơi ngun chất: N1 = N = → k = p → Phân tử dung môi p1  p N Phân tử chất tan không bay Định luật Raoult I (F Raoult, 1830 – 1901, giáo sư hóa học người Pháp, đưa năm 1886): áp suất bão hòa dung dịch áp suất bão hòa dung mơi ngun chất nhân với nồng độ phần mol dung mơi dung dịch Thay: N1 = – N2 Ta được: p1 = p0(1 – N2) = p0 – p0N2 → N2   p0  p1  p0  p p0 Cách phát biểu khác định luật Raoult I: Độ giảm tương đối áp suất bão hòa dung dịch nồng độ phần mol chất tan dung dịch 2.Nhiệt độ sơi nhiệt độ kết tinh a.Định luật Raoult II: Vì độ giảm áp suất bão hòa dung dòch loãng tỷ lệ với nồng độ chất tan dung dòch nên: “độ tăng nhiệt độ sôi độ giảm nhiệt độ đông đặc dung dòch loãng tỷ lệ với nồng độ molan dung dòch” Ts  k s C m Tkt  k kt C m Ts Tkt – độ tăng nhiệt độ sôi độ giảm nhiệt độ đông đặc ks kkt – số nghiệm sôi số nghiệm đông, phụ thuộc vào chất dung môi, khơng phụ thuộc chất chất tan Cm – nồng độ molan dung dòch Hằng số nghiệm sôi số nghiệm đông số dung môi: Dung môi ks kkt Nước (H2O) 0.516 1.86 Benzen (C6H6) 2.67 5.12 Axit axetic (CH3COOH) 3.1 3.9 Nitro benzen (C6H5) 5.27 6.9 b.Nhiệt độ sơi dd: - Nhiệt độ sơi chất lỏng nhiệt độ áp suất bão hòa áp suất mơi trường xung quanh s → Tdds  Tdm - Dung dịch có nồng độ chất tan cao sơi nhiệt độ cao Nhiệt độ sơi dung dịch nhiệt độ bắt đầu sơi Vì dung dịch sơi nồng độ chất tan dung dịch tăng, áp suất bão hòa giảm xuống nên nhiệt độ sơi dung dịch tăng Khi nồng độ chất tan đạt đến nồng độ bão hòa nhiệt độ sơi dung dịch số c Nhiệt độ kết tinh dd: - Chất lỏng kết tinh nhiệt độ, áp suất pha lỏng áp suất pha rắn kt → Tddkt  Tdm - Dung dịch có nồng độ chất tan lớn kết tinh nhiệt độ thấp - Nhiệt độ kết tinh dung dịch nhiệt độ bắt đầu kết tinh Vì dung mơi kết tinh nồng độ chất tan dung dịch tăng, áp suất bão hòa giảm xuống nên nhiệt độ kết tinh dung dịch thấp Khi nồng độ chất tan đạt đến nồng độ bão hòa nhiệt độ đơng đặc dung dịch số 3.Áp suất thẩm thấu  a Sự thẩm thấu áp suất thẩm thấu Hiện tượng thẩm thấu- di chuyển dung mơi vào dd qua màng bán thấm Lực tác dụng lên 1cm2 màng bán thấm để ngăn không cho dung môi qua nó, nghóa ngăn không cho tượng thẩm thấu xảy ra, gọi áp suất thẩm thấu b Định luật Van’t Hoff: Van’t Hoff: dd lỗng, áp suất thẩm thấu không phụ thuộc vào chất chất tan mà tỷ lệ với nồng độ dd nhiệt độ   C M RT đó:  - áp suất thẩm thấu CM – nồng độ mol dung dòch Khi thay C M  n , n – số mol chất tan thể tích V, ta có: V = nRT V Van’t Hoff (1887): Áp suất thẩm thấu dung dòch loãng áp suất gây chất tan trạng thái khí nhiệt độ chiếm thể tích dung dòch VIII DUNG DỊCH CHẤT ĐIỆN LY Tính chất bất thường dung dịch axit, baz muối a Khơng tn theo định luật Raoult Van’t Hoff - Các đại lượng , p, Ts, Tkt dung dòch axit, baz muối xác đònh thực nghiệm luôn lớn so với tính toán lý thuyết p' T '  ' i   p T  - Van’t Hoff: dung dòch axit, baz muối: phải bổ xung thêm hệ số i vào cơng thức định luật Raoult Van’t Hoff: p '  ip  ip0 N T '  iT  ikCm  '  i  iRTC M p, T,  - tính theo đònh luật Raoult Van’t Hoff p’, T’, ’ - đo thực nghiệm i - hệ số đẳng trương hay hệ số Van’t Hoff b Dung dịch điện ly có tính dẫn điện Nước nguyên chất không dẫn điện Các dung dòch nước axit, baz muối dẫn điện Sự điện ly thuyết điện ly a) Sự điện ly Các tính chất bất thường Arrhenius giải thích: - Sự tăng số hạt chất tan phân tử chất tan phân ly thành hai hay nhiều hạt bé - Tính dẫn điện dung dòch axit, baz muối giải thích dòch chuyển đến điện cực hạt mang điện gọi ion Ion mang điện dương đến cực âm (catod) gọi cation, ion mang điện âm đến cực dương (anod) gọi anion b) Thuyết điện ly cổ điển Arrhenius - Các axit, baz muối tan nước phân ly thành ion - Các chất dung dòch phân ly thành ion gọi chất điện ly Ưu điểm: giải thích t/c bất thường dd điện ly Nhược điểm: không ý đến tương tác chất tan dung môi, thuyết điện ly Arrhenius coi phân tử phân ly thành ion tự c) Thuyết điện ly đại Kablukov -Trong dd nước ion tự do, có ion bò hydrat hóa hydrat hóa nguyên nhân phân ly phân tử thành ion Khi bỏ hợp chất ion vào nước, ion bề mặt tinh thể làm cho phân tử nước xoay hướng cho đầu lưỡng cực nước gần ion trái dấu Kết có phân tử nước bao quanh ion Do lực tương tác ion bò suy yếu đến mức lượng chuyển động phân tử dung dòch đủ làm cho ion tách rời vào dung dòch Đó tượng điện ly - Khi chất tan phân tử cộng hóa trị phân cực mạnh, ví dụ HCl, giai đoạn trước phân ly tác dụng phân tử nước, kiến trúc có cực chuyển thành kiến trúc ion Đó tượng ion hóa - Trong trường hợp trường hợp phân tử dung mơi phân cực, xoay hướng lưỡng cực xung quanh ion xảy với mức độ Do lực tương tác ion khơng bị suy yếu nhiều nên lượng chuyển động phân tử dung dịch khơng đủ làm cho ion tách rời Bởi ion hóa khơng xảy Trong dung mơi thường dùng, có tác dụng ion hóa lớn nhật nước, benzen -Nếu phân tử chất tan có nhiều kiểu liên kết hóa học khác phân ly xảy trước hết liên kết ion, đến liên kết cộng hóa trị phân cực mạnh khơng xảy liên kết cộng hóa trị phân cực yếu khơng phân cực Ví dụ: NaHSO4 ↔ Na+ + HSO4NaHSO4- ↔ H+ + SO42d) Độ điện ly : đặc trưng cho khả phân ly chất điện ly dung dịch - Cân điện ly: Q trình ion hóa AmBn mAn+ + nBmQ trình phân tử hóa Số phân tử phân ly thành ion = Tổng số phân tử hòa tan dung dịch  = phân ly hồn tồn khơng xảy ra: dung dịch phân tử  = phân ly xảy hồn tồn - Phân loại: + Chất điện ly mạnh:  = (HCl, HNO3, NaOH, Ca(OH)2, KCl…) + Chất điện ly yếu:  < (HCN, H2CO3, CH3COOH, NH4OH…) - Độ phân ly phụ thuộc vào: + Bản chất chất tan dung mơi + Nồng độ dung dịch + Nhiệt độ (ít) - Mối liên hệ độ phân ly  hệ số Van’t Hoff i:   i 1 q 1 Sự phân ly: AmBn  mAn+ + nBmBan đầu n0 Phân ly n0 mn0 nn0 Cân n0(1-) mn0 nn0 ∑ số hạt có dd là: n0(1-) + mn0 + nn0 = n0(1-) + n0(m+ n) q - số ion ptử đly = n0(1-) + n0q = n0(1- + n0q) n0 n0 (1    n0 q )  ' RTC M i        n0 q  RTC M n0 n0  i 1 q 1 - độ điện ly biểu kiến - Quy ước theo độ điện ly biểu kiến: dung dịch nước 0.1N, 250C + Chất điện ly mạnh: có  > 30% + Chất điện ly yếu: có  < 3% + Chất điện ly trung bình: có 3% <  < 30% Cân dung dịch chất điện ly yếu AB  A+ + BBan đầu C0 Điện ly C0 C0 C0 Cân C0(1 - ) C0 C0 C C C 2 Hằng số cân điện ly: K  A B  C AB 1  Khi  ... mol chất tan dung mơi: N i  ni ni  N i 1 II DUNG DỊCH RẤT LỖNG CHẤT TAN KHƠNG ĐIỆN LY, KHƠNG BAY HƠI VÀ CÁC TÍNH CHẤT Khi tạo thành dung dịch lỗng: H ≈ 0, V ≈ Trong dung dịch, hạt chất... khơng đáng kể dung mơi thực tế khơng biến đổi tính chất → dung dịch lỗng ≈ dung dịch lý tưởng 1.Áp suất bão hòa: Trong tự nhiên pha lỏng khí có q trình thuận nghịch: Bay hơi, H > Lỏng Hơi (p)... chất lỏng nhiệt độ áp suất bão hòa áp suất mơi trường xung quanh s → Tdds  Tdm - Dung dịch có nồng độ chất tan cao sơi nhiệt độ cao Nhiệt độ sơi dung dịch nhiệt độ bắt đầu sơi Vì dung dịch sơi