hóa đại cương chuong 11 dung dich phân tử

Chương XI: Dung dịch phân tử CHƯƠNG 11: Nguyễn sơn Bạch DUNG DỊCH PHÂN TỬ HỆ PHÂN TÁN VÀ DUNG DỊCH I Hệ phân tán: • Định nghĩa: Là hệ có chất phân tán mơi trường phân tán dạng hạt có kích thước nhỏ bé • Tính chất: Tính chất hệ phân tán phụ thuộc vào trạng thái tập hợp chất phân tán mơi trường phân tán Tuy nhiên, tính chất hệ phụ thuộc chủ yếu vào kích thước chất phân tán Theo tiêu chí này, hệ phân tán chia thành loại: o Hệ phân tán thơ: - Kích thước hạt d >10-5 cm (có thể nhìn thấy mắt thường hay kính hiển vi) - Hệ phân tán thô không bền nhiệt động - Hai loại hệ phân tán thô thông dụng: Hệ phân tán Tên gọi Rắn phân tán vào lỏng Huyền phù (đất sét nước…) Lỏng phân tán vào lỏng Nhũ tương(sữa…) Rắn phân tán vào khí Khói, mây… o Hệ keo: - Kích thước hạt phân tán khoảng [10-7 < d < 10-5] cm - Có thể quan sát hạt keo kính hiển vi điện tử - Hệ keo bền nhiệt động - Ví dụ hệ keo: sương mù, keo dán, Al(OH)3… o Hệ phân tán phân tử - ion (dung dịch thực hay gọi tắt dung dịch ): chất phân tán có kích thước phân tử hay ion (d ≈ 10-8 cm) Hệ bền Dung dịch: a Định nghĩa: Dung dịch hệ phân tán đồng thể gồm hai hay nhiều cấu tử mà thành phần chúng thay đổi giới hạn rộng 67 Chương XI: Dung dịch phân tử • Nguyễn sơn Bạch Dung dịch gồm: o chất tan – chất phân tán o dung môi – môi trường phân tán (dung môi cấu tử có lượng nhiều phải có trạng thái khơng thay đổi tạo thành dung dịch) • Tùy thuộc vào trạng thái tập hợp, dung dịch rắn, lỏng hay khí • Có thể tạo thành dung dịch lỏng cách hòa tan chất rắn, lỏng, khí vào dung mơi lỏng b Q trình tạo thành dung dịch Khảo sát trường hợp tổng quát: hòa tan chất rắn A vào dung mơi nước Có hai q trình ngược đồng thời xảy ra: Hịa tan Chất A(tinh thể) Chất A(dung dịch) Kết tinh • Q trình hoà tan: gồm hai giai đoạn chuyển pha hydrat hóa - Giai đoạn chuyển pha: Các tiểu phân bề mặt tinh thể tác dụng chuyển động nhiệt tương tác phân tử dung môi bị tách khỏi bề mặt tinh thể Đó trình phá vỡ mạng tinh thể chất tan để tạo thành nguyên tử, phân tử hay ion Đây trình vật lý, thu nhiệt, tăng độ hỗn loạn nên: ΔHchuyển pha > ; ΔSchuyển pha > - Giai đoạn hydrat hóa (hay solvat hóa): tiểu phân chất tan sau tách khỏi bề mặt tinh thể không tồn độc lập mà bị phân tử dung môi bao quanh tạo tương tác tĩnh điện Quá trình gọi trình solvat hóa (dung mơi hóa; dung mơi nước gọi hydrat hóa) Đây q trình hóa học, phát nhiệt, giảm độ hỗn loạn nên: ΔHsolvat hóa < ; ΔS solvat hóa< Hai giai đoạn làm chất tan bị tan • Q trình kết tinh: đồng thời với q trình hồ tan, tồn trình ngược chiều: tiểu phân chất tan dung dịch va đập lên bề mặt tinh thể kết tinh lên *Như tồn cân cho q trình hồ tan kết tinh Cân cân Hình 11.1 Quá trình hịa tan động 68 Chương XI: Dung dịch phân tử Nguyễn sơn Bạch c Sự thay đổi tính chất nhiệt động tạo thành dung dịch • Động lực q trình hồ tan giảm đẳng áp (quá trình bất thuận nghịch): ∆Ght = Σ∆Gsp - Σ∆Gcđ < Mà • ∆Ght = ∆Hht - T∆Sht Xét thay đổi ∆Hht trình hồ tan: ∆Hht = ∆Hcp + ∆H sol ∆Hcp • ∆H sol ∆Hht Khí / lỏng - - - Rắn / lỏng + - +/- Xét thay đổi ∆Sht q trình hồ tan: ∆Sht = ∆Scp + ∆S sol ∆Scp ∆S sol ∆Sht Khí / lỏng - - - Rắn / lỏng + - +/- * Như vậy, tuỳ thuộc giá trị ∆Hht ∆Sht mà ∆Ght âm dương Có nghĩa chất khí rắn tan khơng tan dung mơi lỏng tuỳ thuộc vào chất * Dung dịch lý tưởng dung dịch hoà tan chất tan không xảy thay đổi thể tích khơng kèm theo hiệu ứng nhiệt (∆Hht = ∆Vht = 0).Có thể xem dung dịch lý tưởng dung dịch có nồng độ chất tan thật lỗng để tính chất dung mơi thay đổi khơng đáng kể so với dung môi nguyên chất Cần khẳng định khảo sát tính chất dung dịch khảo sát tính chất dung mơi dung dịch chất tan dung dịch d Khái niệm độ tan S • Định nghĩa: cân hoà tan thiết lập, nồng độ chất tan dung dịch gọi độ tan Nói cách khác, nồng độ chất tan dung dịch bão hịa • Kí hiệu: S • Thứ nguyên: Độ tan S thường biểu biễn số g chất tan tan tối đa 100g dung mơi nhiệt độ xác định Cũng biểu diễn nồng độ C% CM dung dịch bão hòa nhiệt độ xác định • Độ tan phụ thuộc vào: 69 Chương XI: Dung dịch phân tử Nguyễn sơn Bạch + Bản chất chất tan dung mơi: Các chất có tính chất tương tự hịa tan tốt vào : chất có cực tan tốt dung mơi có cực (H 2O, rượu êtylic, axit axetic, diêtyl ête, axeton…)(NH3 tan tốt nước chúng có cực mạnh) Chất không cực tan tốt dung môi không cực ( CS2, CCl4, benzene, n-heptan…) ( Br2/ CCl4…) Tương tác dung mơi chất tan có làm tăng độ tan (C 2H5OH tan H2O theo tỉ lệ tạo liên kết hidro) + Nhiệt độ áp suất: • Hịa tan chất khí chất lỏng: A(k) + D(l) ↔ A(dd) o Ảnh hưởng t : Các q trình thường có ∆Hht < 0, nên t tăng làm độ tan S giảm (nguyên lý chuyển dịch cân Le Chatelier) o Ảnh hưởng P: theo nguyên lý Le Chatelier P tăng, S tăng Hình 11.2 Hịa tan chất khí lỏng • Hịa tan chất rắn chất lỏng: o Ảnh hưởng nhiệt độ: Tùy thuộc vào dấu ∆Hht, mà độ tan tăng giảm theo nhiệt độ - Nếu ∆Hht > T↑→ S↑ (Thơng thường) - Nếu ∆Hht < T↑→ S ↓ o Ảnh hưởng áp suất: P khơng ảnh hưởng đến S chất rắn • Hịa tan chất lỏng chất lỏng: Hình 11.3 Hịa tan chất rắn lỏng Ba trường hợp: hòa tan vơ hạn, hịa tan hữu hạn khơng hịa tan o Ảnh hưởng nhiệt độ: Vì q trình hồ tan thường kèm theo hiệu ứng thu nhiệt nên tăng nhiệt độ, độ tan tương hỗ thường tăng o Ảnh hưởng áp suất: không chịu ảnh hưởng áp suất * Ngồi ra, độ tan cịn phụ thuộc trạng thái tập hợp chất, có mặt chất lạ… II CÁC LOẠI NỒNG ĐỘ DUNG DỊCH: Loại nồng độ Kýhiệu Ý nghĩa đơn vị Nồng độ phần trăm C% số g chất tan 100g dd (%) khối lượng Cơng thức tính C% = mct 100% mdd 70 Chương XI: Dung dịch phân tử Nồng độ phân tử gam/l (nồng độ mol/l) CM Nồng độ molan Cm Nồng độ phần mol N Nồng độ đương lượng gam/l CN Nguyễn sơn Bạch số mol chất tan lit dung dịch (M = mol/l) số mol chất tan 1000g dung môi nguyên chất (m = mol/kg) tỷ lệ số mol cấu tử tổng số mol tất cấu tử số đương lượng gam chất tan lit dung dịch (N = đlg/l) n V n.1000 Cm = mdm CM = Ni = ni ∑n sôĐ CN = V  Chuyển đổi loại nồng độ: Cho dung dịch NaOH 12% (d = 1,125g/ml) Tính CM, Cm, CN, N ? • a%  CM: nch tan = mdd a% Vdd (ml ).d ( g / ml ).a % Vdd (ml ).CM = = 100%.M 100%.M 1000  10a.d = CM.M  CM = 10ad 10 × 12 × 1,125 = = 3,375M M 40 • a%  Cm: Giả sử lấy 100 g dung dịch NaOH 12% : Cm = nch tan1000 12 × 1000 = = 3,41m mdm 40 ì (100 12) ã CM CN: Vì Đ = M M = n.Đ ( mol có n đương lượng) => CN = n.CM n • a%  N: Giả sử lấy 100 g dung dịch NaOH 12% : N NaOH = nNaOH = nNaOH + nH O 12 12 40 = 0,0578 + 88 40 18 IV.DUNG DỊCH LỖNG, CHẤT TAN KHƠNG ĐIỆN LY - KHÔNG BAY HƠI: Giả sử tạo thành loại dung dịch không xảy hiệu ứng thể tích hiệu ứng nhiệt (∆H ≈ 0, ∆V ≈ 0) Dung dịch lúc xem dung dịch lý tưởng Xét tính chất dung dịch lỏng, lỗng, phân tử, chất tan khơng điện ly không bay Độ giảm áp suất bão hịa- Định luật Raoult I: • Trên mặt thống chất lỏng có cân lỏng hơi: Bay hơi, ∆H > 71 Chương XI: Dung dịch phân tử Nguyễn sơn Bạch Lỏng Hơi Ngưng tụ, ∆H < • Các phân tử chuyển động nhiệt phân tử va chạm vào thành bình chứa tạo áp suất – gọi áp suất bão hòa P Khi nhiệt độ tăng P bão hịa tăng cân chuyển dịch theo chiều thuận • Khi cho chất tan vào dung môi nguyên chất để tạo thành dung dịch, nồng độ dung môi giảm nên áp suất bão hòa giảm P bão hòa dung môi dung dịch (gọi tắt P dung dịch: P1) • P1 tỉ lệ thuận với nồng độ phần mol dung môi: *Định luật Raoult I: Phát biểu 1: áp suất bão hòa dung dịch áp suất bão hịa dung mơi nguyên chất nhân với nồng độ phần mol dung môi dung dịch P1 = P0 N1 Với : P0: P bão hịa dung mơi ngun chất N 1: nồng độ phần mol dung môi dd N 2: nồng độ phần mol chất tan dd Nhận xét: P1 < P0 ( Vì N1 P1 → P0 Thay: N1 = – N2 (Vì N1 + N2 = 1) Ta được: P1 = P0(1 – N2) = P0 – P0N2 => N2 = ( P0 − P1 ) = ∆P P0 P0 Phát biểu 2: Độ giảm tương đối áp suất bão hịa dd so với dung mơi ngun chất nồng độ phần mol chất tan dd a Độ tăng nhiệt độ sôi độ giảm nhiệt độ đông đặc- định luật Raoult II: Nhiệt độ sơi dd: • Nhiệt độ sơi chất lỏng nhiệt độ áp suất bão hịa áp suất mơi trường bên ngồi • Khi đun nóng đồng thời lượng tương đương dung mơi ngun chất dung dịch dung mơi ngun chất sơi trước vì: Khi dung mơi sơi: Pdd < Pdm = Pmt nên dung dịch chưa sơi phải tiếp tục đun dung dịch đạt P bão hịa = P mơi trường ngồi Hình 11.4 Giản đồ pha nước 72 Chương XI: Dung dịch phân tử Nguyễn sơn Bạch dung dịch có nhiệt độ sơi cao dung mơi ngun chất • Dung dịch có nồng độ chất tan cao nhiệt độ sơi cao, nên q trình sơi nhiệt độ sơi tăng dần b Nhiệt độ đơng đặc dd: • Chất lỏng đơng đặc nhiệt độ áp suất pha lỏng áp suất pha rắn • Dung dịch có nhiệt độ đơng đặc thấp nhiệt độ đông đặc dung môi nguyên chất điều kiện độ giảm áp suất bão hịa • Dung dịch có nồng độ chất tan lớn đơng đặc nhiệt độ thấp • Nhiệt độ đông đặc dung dịch nhiệt độ bắt đầu xuất tinh thể dung mơi 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 *Định luật Raoult II: “độ tăng nhiệt độ sôi độ giảm nhiệt độ đông đặc dung dịch so với dung môi nguyên chất thì: - Khơng phụ thuộc chất chất tan - Phụ thuộc chất dung môi - Tỉ lệ thuận với nồng độ molan chất tan” ∆Ts = KsCm & ∆Tđ = KđCm Với: • ∆Ts ∆Tđ – độ tăng nhiệt độ sôi độ giảm nhiệt độ đơng đặc • Ks Kđ –hằng số nghiệm sôi số nghiệm đông dung môi • Cm –nồng độ molan chất tan dung dịch Hằng số nghiệm sôi số nghiệm đông số dung môi: a Dung môi Ks Kđ 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 Áp suất thẩm thấu π Sự thẩm thấu áp suất thẩm thấu 73 Chương XI: Dung dịch phân tử Nguyễn sơn Bạch Hình 11.5 Hiện tượng thẩm thấu Sự khuếch tán phân tử dung môi vào dung dịch qua màng bán thẩm gọi tượng thẩm thấu Lực tác dụng lên màng bán thẩm để ngăn không cho dung mơi qua gọi áp suất thẩm thấu b Định luật Van’t Hoff: π = C M RT π - áp suất thẩm thấu CM – nồng độ mol dung dịch Nhận xét: Dạng phương trình giống với phương trình trạng thái khí lý tưởng: Trong đó: PV = nRT  P= n RT  P = CRT V Van’t Hoff (1887): Áp suất thẩm thấu dung dịch áp suất gây chất khí có nồng độ mol cùngnhiệt độ 74 ... Các tiểu phân bề mặt tinh thể tác dụng chuyển động nhiệt tương tác phân tử dung môi bị tách khỏi bề mặt tinh thể Đó q trình phá vỡ mạng tinh thể chất tan để tạo thành nguyên tử, phân tử hay ion...Chương XI: Dung dịch phân tử • Nguyễn sơn Bạch Dung dịch gồm: o chất tan – chất phân tán o dung môi – môi trường phân tán (dung môi cấu tử có lượng nhiều phải có trạng thái không... chất tan 100g dd (%) khối lượng Công thức tính C% = mct 100% mdd 70 Chương XI: Dung dịch phân tử Nồng độ phân tử gam/l (nồng độ mol/l) CM Nồng độ molan Cm Nồng độ phần mol N Nồng độ đương lượng gam/l