I – Mục đích: Nắm được các khái niệm cơ bản về dung dịch:
- Các hệ phân tán về dung dịch.
- Định nghĩa và phân loại dung dịch.
- Quá trình hòa tan và độ tan.
II – Nội dung:
5.1. Các khái niệm cơ bản về dung dịch.
5.1.1. Các hệ phân tán và dung dịch.
Hệ phân tán là những hệ trong đó có ít nhất một chất phân bố (gọi là chất phân tán) vào một chất khác (gọi là môi trường phân tán) dưới dạng những hạt có kích thước nhỏ bé.
Dựa vào kích thước hạt, người ta chia thành 3 loại:
- Hệ phân tán phân tử - ion hay còn gọi là dung dịch thực.
Ví dụ: dung dịch muối axit, bazơ... Kích thước hạt ở đây < 1nm.
- Hệ phân tán keo hay còn gọi là dung dịch keo.
Ví dụ: gelatin, hồ tinh bột, keo axit silicxic... có kích thước hạt từ 1 - 100 nm.
- Hệ phân tán thô có hai dạng là huyền phù và nhũ tương.
Ví dụ: nước sông chứa những hạt phù sa: sữa... Kích thước hạt của những hệ này > 100 nm.
Trong chương này chúng ta đề cập đến dung dịch phân tử và những tính chất chung của chúng.
5.1.2. Định nghĩa và phân loại dung dịch.
- Dung dịch là một hệ đồng nhất của hai hay nhiều chất có tỉ lệ khác nhau thay đổi trong một phạm vi rộng.
- Từ định nghĩa đó có thể có:
+ Dung dịch rắn: Ví dụ các hợp kim: H2 (khí) tan trong bạch kim, thủy ngân (lỏng) tan trong bạc, vàng (rắn) tan trong bạc, ……
+ Dung dịch khí: Ví dụ: không khí là một dung dịch khí tạo bởi N2, O2, khí CO2, ...
+ Dung dịch lỏng. Ví dụ: dung dịch của các chất rắn (đường, NaCl...), khí (O2, NH3...), lỏng (C2H5OH, benzen...) trong nước được gọi là dung môi.
- Các nhà hoá học và sinh học thường tiếp xúc với các dung dịch lỏng mà chất lỏng ở đây thường là nước. Trong các dung dịch này, nước là môi trường phân tán được gọi là dung môi, các chất phân tán gọi là các chất tan.
71
- Theo bản chất của chất tan, người ta chia thành:
+ Dung dịch không điện li: Chất tan có mặt trong dung dịch dưới dạng phân tử.
Ví dụ: Dung dịch đường, C2H5OH, O2 trong nước.
+ Dung dịch điện li: Trong dung dịch có mặt cả phân tử và ion.
Ví dụ: Dung dịch của các muối, axit, bazơ... trong nước.
5.1.3. Quá trình hoà tan, độ tan.
5.1.3.1. Hiệu ứng nhiệt của quá trình hoà tan.
Quá trình hoà tan chất rắn vào chất lỏng qua 3 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: + Các phân tử dung môi tương tác với các phân tử chất tan.
+ Nếu lực hút này mạnh hơn lực liên kết của các phân tử chất tan, các phân tử chất tan sẽ tách ra khỏi bề mặt chất rắn.
+ Quá trình này là quá trình phá vỡ mạng lưới tinh thể của chất rắn và thường tiêu tốn năng lượng H 0.
- Giai đoạn 2: + Các phân tử chất tan tương tác với các phân tử dung môi gọi là quá trình solvat hoá.
+ Quá trình này thường giải phóng năng lượng H0.
+ Dung môi là nước gọi là các hydrat.
+ Dung môi là ancol gọi là ancolvat.
- Giai đoạn 3: + Các phân tử solvat hay ancolvat khuyếch tán vào dung dịch quá trình này thường tiêu tốn năng lượng H0.
+ Năng lượng chung của quá trình hoà tan là:Hht =Hml +Hsol +Hkt + Hkt thường nhỏ nên Hht = Hml + Hsol .
+ Hht 0 thì quá trình hoà tan phát nhiệt;
+ Hht 0 thì quá trình hoà tan thu nhiệt.
* Nhiệt hòa tan của một số chất: là lượng nhiệt tỏa ra hay thu vào khi hòa tan một mol chất đó vào một lượng dung môi đủ lớn ở nhiệt độ và áp suất xác định.
Ví dụ: Khi hòa tan 1mol CaCl2 vào H2O thoát ra một lượng nhiệt là 72,802 KJ, vậy:
( 2)
72,802 . 1 htCaCl
H KJ mol
5.1.3.2. Độ tan.
- Ở một nhiệt độ xác định, lượng chất tan tối đa có thể hoà tan vào một đơn vị khối lượng hoặc thể tích dung dịch hoặc dung môi gọi là độ tan của chất đó.
72
- Đơn vị: gam/lit; số mol/lit; hoặc số ml/ml; số l/l (cho chất khí).
- Ký hiệu: S. Từ Sbh có thể suy ra Cbh. - Người ta quy ước: + s > 10: dễ tan.
+ s < 1: khó tan.
+ s < 0,01: coi như thực tế không tan.
- Độ hòa tan s của một số chất phụ thuộc vào:
+ Bản chất của dung môi và chất tan.
+ Nhiệt độ.
+ Áp suất (nếu chất tan là chất khí).
- Dung dịch không còn khả năng hoà tan thêm chất tan vào nữa gọi là dung dịch bão hoà. Nồng độ của dung dich bão hoà chính bằng độ tan của chất tan.
- Dung dịch có nồng độ nhỏ hơn độ tan ở cùng nhiệt độ thì dung dịch đó chưa bão hoà.
- Khi dung dịch có nồng độ lớn hơn độ tan ở cùng nhiệt độ thì dung dịch đó gọi là dung dịch quá bão hoà.
5.1.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tan.
* Ảnh hưởng của bản chất của chất tan và bản chất của dung môi:
- Các chất có cấu tạo phân tử tương tự nhau dễ hào tan vào nhau.
- Cùng một chất tan có thể hoà tan nhiều hay ít khác nhau trong những dung môi khác nhau.
- Những chất tan khác nhau nhưng lại có thể hoà tan giống nhau trong cùng một dung môi.
- Hợp chất phân cực hoặc ion tan nhiều trong dung môi phân cực.
- Chất không phân cực tan nhiều trong dung môi không phân cực.
Ví dụ: + Dung môi là H2O là phân tử phân cực => chỉ hòa tan các chất mà phân tử phân cực hoặc hợp chất ion như: HCl, NaCl…
+ H2O ít hòa tan I2 vì I2 không phân cực.
+ Benzen không phân cực => Benzen thực tế không tan trong nước.
+ I2 tan tốt trong benzene => có màu tím.
- có thể ứng dụng tính chất này trong tách, chiết hữu cơ.
* Ảnh hưởng của nhiệt độ tới độ tan:
+ Độ tan tăng khi nhiệt độ tăng nếu quá trình hoà tan thu nhiệt.
+ Độ tan của chất giảm khi nhiệt độ tăng nếu quá trình hoà tan đó phát nhiệt.
Ví dụ: Hoà tan các chất NaOH, KOH, CaO, CaCl2 ….
+ Độ tan của chất khí luôn giảm khi nhiệt độ tăng vì quá trình phát nhiệt.
73
+ Độ tan của chất khí tỉ lệ với áp suất riêng phần (Pi) của nó.
S = K.Pi Trong đó: K là hằng số; Pi là áp suất riêng phần của chất khí i.
- Sự hoà tan của các chất trong dung dịch nhiều cấu tử còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như pH, độ nhớt của dung môi, lực ion của dung dịch.
* Ảnh hưởng của áp suất (P) (đối với chất khí). Định luật Henry.
74
CHƯƠNG 5: DUNG DỊCH CHẤT TAN KHÔNG ĐIỆN LY