* забота — наша работа

Бактериофаг синегнойный жидкий раствор 100мл

Раствор содержит:

Активное вещество:  стерильный фильтрат фаголизатов бактерий Pseudomonas aeroginosa.

Вспомогательные вещества:  хинозол 0,0001 г/мл (консервант).

Препарат обладает способностью специфически лизировать бактерии синегнойной палочки.

Предназначен для лечения и профилактики заболеваний, вызванных бактериями Pseudomonas aeruginosa.

Важным условием эффективной фаготерапии является предварительное определение фагочувствительности возбудителя.

Применение при беременности и кормлении грудью

Инструкция не запрещает использование препарата в указанные периоды, при условии контроля со стороны лечащего врача.

Препарат используют для приема внутрь (через рот), ректального введения, аппликаций, орошений, введения в полости ран, вагины, матки, носа, пазух носа и дренированные полости.

Рекомендуемые дозировки препарата:

• Возраст пациента 0-6 мес — 5 мл (внутрь; доза на 1 прием) — 5-10 мл (в клизме; доза на 1 прием).
• Возраст пациента 6-12 мес — 10 мл (внутрь; доза на 1 прием) — 10-20 мл (в клизме; доза на 1 прием).
• Возраст пациента от года до З лет — 15 мл (внутрь; доза на 1 прием) — 20-30 мл (в клизме; доза на 1 прием).
• Возраст пациента от 3 до 8 лет — 15-20 мл (внутрь; доза на 1 прием) — 30-40мл  (в клизме; доза на 1 прием).
• Возраст пациента от 8 лет и старше — 20-30 мл (внутрь; доза на 1 прием) — 40-50 мл (в клизме; доза на 1 прием).

Лечение гнойно-воспалительных заболеваний с локализованными поражениями должно проводиться одновременно как местно, так и приемом препарата внутрь в течение 7-20 дней (по клиническим показаниям).

В случае, если до применения бактериофага для лечения ран применялись химические антисептики, рана должна быть тщательно промыта стерильным 0,9 % раствором Натрия хлорида .

В зависимости от очага инфекции бактериофаг применяют:

Применение в виде орошения, примочек и тампонирования

О существляется в объеме до 200 мл в зависимости от размеров пораженного участка.

 При абсцессе  после удаления гнойного содержимого с помощью пункции препарат вводят в количестве меньшем, чем объем удаленного гноя. 

При остеомиелите  после соответствующей хирургической обработки в рану вливают бактериофаг по 10-20 мл.

Применение путем введения в полости

При введении в полости (плевральную, суставную и другие ограниченные полости) до 100 мл, после чего оставляют капиллярный дренаж, через который бактериофаг вводят в течение нескольких дней.

Применение при циститах, пиелонефритах, уретритах

Препарат принимают внутрь. В случае если полость мочевого пузыря или почечной лоханки дренированы, бактериофаг вводят через цистостому или нефростому 1-2 раза в день по 20-50 мл в мочевой пузырь и по 5-7 мл в почечную лоханку.

Применение при гнойно-воспалительных гинекологических заболеваниях

Препарат вводят в полость вагины, матки в дозе 5-10 мл ежедневно однократно.

Применение при гнойно-воспалительных заболеваниях уха, горла, носа

Препарат вводят в дозе 2-10 мл 1-З раза в день. Бактериофаг используют для полоскания, промывания, закапывания, введения смоченных турунд (оставляя их на 1 час).

Применение при энтеральных инфекциях, дисбактериозе кишечника

Препарат принимают внутрь 3 раза в день за 1 ч до приема пищи. Возможно сочетание двукратного приема внутрь с однократным ректальным введением разовой возрастной дозы бактериофага в виде клизмы после опорожнения кишечника.

Применение бактериофага у детей (до 6 месяцев)

Применение при сепсисе, энтероколите новорожденных, включая недоношенных детей

Бактериофаг применяют в виде высоких клизм (через газоотводную трубку или катетер) 2-3 раза в сутки в дозе 5-10 мл.

При отсутствии рвоты и срыгивания возможно применение препарата через рот. В этом случае он смешивается с грудным молоком.

Возможно сочетание ректального (в виде высоких клизм) и перорального (через рот) применения препарата.

Курс лечения 5-15 дней. При рецидивирующем течении заболевания возможно проведение повторных курсов лечения. С целью профилактики сепсиса и энтероколита при внутриутробном инфицировании или опасности возникновения внутрибольничной инфекции у новорожденных детей бактериофаг применяют в виде клизм 2 раза в день в течение 5-7 дней.

При лечении омфалита, пиодермии, инфицированных ран

Препарат применяют в виде аппликаций ежедневно двукратно (марлевую салфетку смачивают бактериофагом и накладывают на пупочную ранку или пораженный участок кожи).

Не установлено.

Подобные случаи не описаны.

Применение бактериофага не исключает использования других антибактериальных препаратов.

Перед использованием флакон с бактериофагом необходимо взболтать и просмотреть. Препарат должен быть прозрачным и не содержать осадка.

Внимание! При помутнении препарат не применять!

Вследствие содержания в препарате питательной среды, в которой могут развиваться бактерии из окружающей среды, вызывая помутнение препарата, необходимо при вскрытии флакона соблюдать следующие правила:

• Тщательно мыть руки.
• Обработать колпачок спиртсодержащим раствором.
• Снять колпачок, не открывая пробки.
• Не класть пробку внутренней поверхностью на стол и другие предметы.
• Не оставлять флакон открытым.
• Вскрытый флакон хранить только в холодильнике.

Вскрытие флакона и извлечение необходимого объема препарата может проводиться стерильным шприцем путем прокола пробки.

Препарат из вскрытого флакона при соблюдении условий хранения, вышеперечисленных правил и отсутствии помутнения может быть использован в течение всего срока годности.

Хранить при температуре от 2 до 8°С. Вскрытый флакон хранить только в холодильнике.

Жидкие растворы

Чтений для этого раздела

Петруччи: Глава 13 (разделы 1-6)

Введение

Растворы представляют собой однородные смеси более чем одного вещества. Слово гомогенный означает, что смесь является единственной фазой, свойства которой будут быть одинаковым независимо от того, где берется проба.

Мы можем подтвердить, что смесь более чем одного компонента является наиболее подходящим решением. раз просто глядя на нашу смесь.Если мы сможем увидеть сквозь смесь (Ясно), то, скорее всего, это одна фаза, что означает решение. Если смесь непрозрачная, то, вероятно, есть две или более фаз, которые не смешиваются друг с другом и, следовательно, рассеивают свет, делая его мутным. Таким образом, яблочный сок — это раствор, тогда как в молоке есть вода, капли масла и немного молока твердые вещества, все в суспензии, но не растворяющиеся друг в друге. Мы можем увидеть это лучше, если мы оставим негомогонизированное молоко на некоторое время.Крем (масла) будет подняться наверх, оставляя более полупрозрачную жидкость (в основном вода с некоторым количеством взвешенные твердые частицы, называемые пахтой) ниже. С дальнейшим физическим обработки (например, центрифугирование), мы можем разделить компоненты молока даже дальше. Ясно, что смесь, которую мы называли «молоком», не была решением, хотя могли быть некоторые его компоненты (например, более одного типа масла растворяются друг в друге, чтобы масло входило в состав крема.

Когда вы проводите наблюдения за жидкими смесями в лаборатории, важно поэтому указать цвет (красный, синий, розовый…) но и ясность (прозрачный, непрозрачный, мутный, молочный …) жидкого образца, который вы описываете. Таким образом, яблочный сок — это прозрачный и желтый раствор, тогда как молоко — непрозрачный, белая смесь. Наблюдение за ясностью позволяет с уверенностью сказать что яблочный сок — однофазный и, следовательно, решение, тогда как молоко не является однофазным и, следовательно, не является единственным решением.

Растворы могут быть твердыми, жидкими или газовыми (наиболее интересны жидкие растворы. химикам).

Газовая фаза

Газофазные растворы легко образуются из любой смеси газы, поскольку молекулы газа так редко взаимодействуют друг с другом. Если смесь газов фактически не реагирует, тогда раствор газовой фазы будет почти наверняка образует (по крайней мере, при комнатной температуре и давлении)

Жидкая фаза

В жидкой фазе молекулы расположены достаточно близко, чтобы межмолекулярные силы становятся важными. На этом этапе решение будет только образуются между (скажем) двумя видами A и B, если A — A, B — B и A — B межмолекулярные силы примерно одинаковы.

Например, гексан и гептан — две неполярные жидкости. Межмолекулярные силы в каждой из этих чистых жидкостей равны в первую очередь силы дисперсии, обусловленные временными диполями. Эти довольно слабые силы. Однако существующие межмолекулярные силы между гексаном и гептаном также будет главным образом дисперсия по природе. Следовательно, образуется жидкий раствор. Говорят, что две жидкости полностью смешивающийся друг в друге.

Если силы одной из молекул для ее собственного вида равны гораздо большее, чем для другого, решение не может образоваться. Возьмем, например, Вода и гексан. Вода — это полярная молекула, и, кроме того, она связывается с другими молекулы воды с водородными связями. Это два более сильных (и самых сильных) из межмолекулярные силы (по сравнению с дисперсионными силами). Гексан, на другая рука не может участвовать ни в одном из этих двух типов взаимодействий и поэтому не будет смешиваться с водой.Эти две жидкости называются несмешиваемый друг в друге.

Твердая фаза (кристаллы)

В твердой фазе действуют не только межмолекулярные силы. очень хорошо определены, но твердые кристаллы образуют жесткие конфигурации атомов чьи интервалы вполне регулярны. Чтобы подошел второй тип молекулы, он должен быть такого же размера и формы, что и молекулы-хозяева (или атомы).

Common Solid «решения» этого типа можно найти в gem камни и металлические сплавы, среди прочего.

Молярность

Существует несколько распространенных методов сообщения о составе решения, с которыми мы имеем дело. Конкретный метод, который мы используем во многом зависит от того, для чего мы его будем использовать. В большинстве относительно разбавленные растворы там, где нам нужны быстрые и простые расчеты, относящиеся к количество молей в растворе к объему, мы используем молярность. Концентрация, в Молярность можно рассчитать как:

\ [C_M \; = \; \ frac {n} {V} \]

, где n = количество молей растворенного вещества, а V = объем решение.Это дает нам концентрацию в единицах:
M ≡ моль литров ^-1 или моль л ^-1 .

Будьте осторожны с уравнениями. Студенты часто путают символы переменных, используемые в уравнениях. с обозначениями единиц измерения, используемыми в расчетах. Это показательный пример. Уравнение здесь не имеет буквы M в качестве переменной. Верхний регистр M используется как переменная в другом месте для представления молярной массы, поэтому ее не следует использовать в это уравнение для представления концентрации.Используется переменная C для представления концентрации каких-либо единиц и здесь стоит C _M для концентрации по молярности. Условное обозначение шт. шт. концентрация молярность — верхний регистр, выделенный курсивом M , который мы используем как ярлык для полностью выписанных единиц моль растворенного вещества на литр раствора (или просто моль / л),

Например:

Образец 0.243 моля сухого порошкообразного соединения растворяют в 1,45 л. жидкого растворителя. Какая молярная концентрация раствора?

Мы можем использовать приведенное выше уравнение, чтобы решить эту проблему с одним предостережение. Объем в уравнении должен составлять л. раствора , но объем, указанный в этом примере, составляет литров Растворитель . Мы не можем просто использовать один том вместо другого в качестве главное правило. Однако в этом случае мы добавляем небольшое количество соединение с большим объемом жидкости, поэтому, хотя объем жидкости должен иметь изменилось, мало что изменилось.Если предположить, что изменение незначительно, т.е. , объем раствора равен объем растворителя, тогда мы можем приступить.

\ [C_M \; = \; \ frac {n} {V} \]

\ [C_M \; = \; \ frac {0,243 моль} {1,45 л} \; = \; 0,168 М \]

В качестве альтернативы мы могли бы (мои предпочтения) просто выяснить, как сделайте это с помощью анализа размеров. Поскольку мы знаем конечные единицы требуемая концентрация — моль на литр, мы просто делим количество молей растворенного вещества по объему раствора в литрах и presto! тот же ответ без уравнения для запоминания.

Единственным недостатком использования молярности является то, что объем растворителя не обязательно объем раствора и, следовательно, мы должны измерить количество растворенного вещества перед смешиванием, но измерьте объем раствора после смешивания, а затем вычислить. Концентрации молярности очень полезны для экспериментов, где делаем объемные замеры. Титрование — яркий пример эксперимент, в котором молярность является наиболее удобной единицей измерения. В титрования, мы измеряем объем добавляемого из бюретки раствора и можем быстро подсчитайте количество добавленных моль.

\ [n \; = \; C_M \ times V \]

В заключение повторю: используйте анализ размеров, чтобы понять, как сделайте это вместо того, чтобы запоминать эти уравнения. Как только вы поймете фактические числа, которые вам нужно использовать для n и для V , вам не нужно уравнение больше.

Моляльность

В некоторых случаях непросто измерить объемы растворов после смешивания или возможно, это просто не важно. В таких случаях молярность может не соответствовать полезная единица, установленная для использования.Альтернативная единица измерения концентрации: моляльность. Моляльность — это не объемная единица измерения и не будет полезен в ситуациях, когда нам нужно измерить объемы жидких растворов. Однако это очень полезно в ситуациях, когда где нам просто нужно создать растворы с известными концентрациями. В единицы моляльности — моль растворенного вещества на килограмм растворителя. Мы используйте сокращенное обозначение курсивом нижнего регистра м для моляла. Этот набор единиц означает, что мы можем быстро измерить гравиметрически как растворенное вещество, так и растворителя, смешайте их вместе и получите раствор с легко рассчитываемым концентрация в единицах моляльности.

\ [C_m \; = \; \ frac {n} {m} \]

Здесь C _m — переменная, представляющая концентрацию в моляльности (нижний регистр m ) n — моли растворенного вещества, как это было в определении молярность и переменная m — масса растворителя (в кг) .

Обратите внимание, что буква m используется здесь двояко. Как переменная, м представляет собой массу растворителя в кг, но как блок, м является символом моляльности.Единица, связанная с переменной концентрации C _м составляет м , что это ярлык, представляющий моль растворенного вещества на килограмм растворенного вещества (или просто моль / кг).

Пример:

Какова молярная концентрация раствора, полученного при добавлении 0,213 г щавелевой кислоты? кислота (COOH) ₂ до 1200 г воды?

Нам нужно уравнение:

\ [C_m \; = \; \ frac {n} {m} \]

Нам нужно количество молей n растворенного вещества, Щавелевая кислота.Мы можем использовать молярную массу щавелевой кислоты, чтобы преобразовать г в моль щавелевой кислоты.

\ [n \; = \; 0,213 г \ left | \ frac {1 \, mol} {90,035 g} \ right | \; = \; 0,00237 моль \]

Теперь мы можем рассчитать концентрацию раствора

\ [C_m \; = \; \ frac {0,00237 моль} {1,2 кг} \; = \; 0,00197 м \]

Молярная доля

Шкалы, такие как молярность и молярность, полезны только в случае относительно разбавленные растворы, в которых один из видов явно является наиболее распространенным (так называемый растворитель), а другой находится в относительно небольших пропорциях (растворенное вещество).Наиболее диапазона концентраций растворов недоступны при использовании этого типа Теминология. что, если у нас есть раствор, состоящий из равного количества молей A и B? Что такое растворенное вещество? Какой растворитель?

Мера, которая работает для любого диапазона концентраций и не требует растворенных веществ / растворителей. различие — мольная доля $ \ chi $, когда мы обсуждаем решения, которые образуются над широкий диапазон концентраций. Для этой переменной концентрации мы используем греческий буква чи ($ \ chi $, а не заглавная X), что эквивалентно нашей букве C.Я \ chi_i \; = \; 1 $.

К началу

В идеальном растворе двух компонентов A и B межмолекулярные силы между молекулами A — A, B — B и A — B все идентичны. На самом деле мы никогда не сможем этого добиться, но мы можем найти решения, в которых силы очень близко к равному. Одним из примеров смеси, которая образует почти идеальные растворы, является гексан и гептан. Эти два углеводорода с «прямой цепью» имеют одинаковые молекулярная масса (их длина составляет шесть и семь атомов углерода соответственно).Они оба неполярны и поэтому могут взаимодействовать только с использованием дисперсионного типа. межмолекулярные силы.

Рассмотрим смесь гексана (A) и гептана (B). Поскольку обе эти жидкости летучие, мы ожидаем, что раствор тоже будет иметь давление пара. В пар будет состоять из смеси двух газов. Общее давление этого смесь, согласно закону Дальтона, составляет:

P ^* _Солнце = p _A + P _B {сумма парциальных давлений}

Для идеальных решений мы можем определить составляющую парциального давления в пара в равновесии с раствором как функция мольной доли жидкость в растворе.Это закон Рауля:

p _A = x _A P * _A и p _B = x _B P * _B

Подставляя в первое уравнение, получаем

P ^* _Soln = x _A P * _A + x _B P * _B или
P ^* _Soln = x _A P * _A + ( 1-x _A ) P * _B
знак равно P * _B + x _A ( P * _A — П * _В )

Из этого соотношения мы видим, что давление пара раствора A и B является линейной функцией мольной доли A (или B), где P * _B — это перехват, а P * _A — П * _Б это наклон.

Пар, который собирается над раствором, будет иметь состав не обязательно такой же, как у жидкости. Более летучий компонент легче испаряется и поэтому имеет более высокую мольную долю в паровой фазе чем в жидкой фазе.
Мы можем написать

Мольная доля A в паровой фазе = y _A

Молярная доля B в паровой фазе = y _B

Мы можем рассчитать эти значения из концентраций растворов, используя Закон Долтона следующий.

Кривую состава пара можно построить, как показано на рисунок ниже. На самом деле это два сюжета, один (прямая линия) — это Давление паров раствора в зависимости от состава жидкости x _A и другой, (изогнутая линия) такое же давление пара раствора, но построенная как функция от состава пара у _А . Это можно рассматривать как протягивание линии жидкости к вправо (в сторону более летучей жидкости A).Горизонтальный соединительные линии соединяют две кривые таким образом, чтобы для любого заданного давления пара жидкий состав х _А и соответствующий состав пара y _A может быть определяется стрелками на рисунках.

Обычно мы не проводим эксперименты с постоянной температурой, как казалось. должны быть указаны на двух предыдущих рисунках и в соответствующем обсуждении.Сделать поэтому потребуются сложные устройства для измерения давления, герметичные жесткие контейнеры и устройства постоянной температуры. Нам намного проще провести измерение температуры при фиксированном давлении (скажем, один бар) как функция мольной доли. Таким образом, мы получили бы график зависимости температуры кипения раствора от мол. фракция раствора. К этому мы можем добавить график пара сочинение. Эту кривую можно рассчитать, используя концепции, похожие на те, что обсуждалось выше для случая постоянной температуры.Полученная кривая (см. ниже) смещается в сторону более высокой составляющей давления пара, как это было в диаграмму выше.

В этом случае, поскольку мы уже знаем, что давление пара не является линейным функции температуры ( ср. уравнение Клаузиуса-Клапейрона), мы не ожидайте прямолинейного графика зависимости температуры кипения от состава. Однако для идеального решения кривизна линии незначительна.

Давайте рассмотрим связующую линию более подробно. График зависимости Т от моля фракция A «выше имеет три области.

1. Над кривыми — одна фаза. При любой температуре и родинке фракционное состояние, все компоненты находятся в паровой фазе.
2. Под кривой — одна фаза. При любой температуре и родинке состояние фракции ниже кривых, все компоненты находятся в жидкой фазе.
3. Любая ситуация температуры / состава между двумя строками, там две фазы, находящиеся в равновесии друг с другом.Один — газовая фаза с мольные доли компонентов y _i . Другой — жидкость фаза с мольными долями компонентов x _и .

Для любой экспериментальной установки, имеющей точку температуры / состава, которая находится между двумя фазами, мы можем вычислить относительные количества (всего число молей) двух фаз с использованием относительной длины соединительной линии сегменты по обе стороны от точки.Диаграмма ниже — это увеличенное изображение область связки предыдущего рисунка; синяя линия представляет жидкость состав раствора, зеленая линия — состав пара. В вертикальная ось — температура, а горизонтальная ось — мол. фракт. компонент A в двухкомпонентной смеси A и B. Вертикальный фиолетовый линия представляет общую мольную долю системы (как жидкой, так и паровой). фаза). Вертикальное положение соединительной линии представляет собой температура системы.

Согласно правилу рычага (которое впервые было разработано для настоящих рычагов, но работает и здесь), длина сегмента умножается на количество молей отрезок для одной стороны равен длине, умноженной на моли другой стороны.

n ₁ × L ₁ = n ₂ × L ₂

, немного изменив это, мы можем определить соотношение молей жидкости n ₁ в моль пара n ₂ с использованием длины L ₁ и L ₂ следующим образом:

\ [\ frac {n_1} {n_2} \; = \; \ frac {L_2} {L_1} \]

Это имеет смысл, если мы посмотрим на график.Если L ₁ — это короче чем L ₂ (как показано), затем общий состав Система ближе к жидкостной, чем к паровой. Это означает, что большая часть молей материала находится в жидкой фазе.

Пример: замкнутая система, содержащая две летучие смешивающиеся жидкости A и B позволено достичь равновесия. Общее количество родинок системы составляет 1,32 моль. В состоянии равновесия 0.36 моль находится в паре фаза. Какое соотношение длин отрезков прямых L ₁ и L ₂ в соединительной схеме, как показано выше?

моль жидкости ( n ₁ ) = общее количество моль ( n _T ) — моль пара ( n ₂ )

n ₁ = 1,32 моль — 0,36 моль = 0,96 моль.

\ [\ frac {n_1} {n_2} \; = \; \ frac {L_2} {L_1} \]

\ [\ frac {0.96} {0.36} \; = \; \ frac {L2} {L_1} \; = \; 2.66 \]

Таким образом, отношение длин двух отрезков линии будет 2,66. Или L ₂ в 2,66 раза длиннее, чем L ₁ .

К началу

Если бы мы собирали весь пар над жидкостью при температуре кипения а затем сконденсировать, мы получили бы жидкость с более высоким содержанием летучих веществ. компонент, чем исходный материал. Если затем снова вскипятить эту жидкость, мы снова увеличить содержание более летучих компонентов в полученном дистилляте.С повторяющиеся шаги кипения, конденсации, повторного кипения, в конечном итоге мы можем полностью разделить два компонента. Однако для этого потребуется бесконечное количество шагов.

К началу

Азеотропы

У нас более сложная ситуация в случае двух жидкостей, A и B, которые смешиваются полностью, но где силы межмолекулярных сил различаются существенно. Есть две возможности:

1. Средние межмолекулярные силы в растворе больше, чем в отдельные жидкости
2. Средние межмолекулярные силы в растворе меньше, чем в растворе. отдельные жидкости.

Поскольку межмолекулярные силы, удерживающие жидкость вместе, определяют давление пара (и, следовательно, точка кипения жидкости), мы можем предсказать, что в первом случае (1) ожидаемая температура кипения раствора должна быть выше, чем у любой чистой жидкости, а в последнем случае (2) раствор будет кипеть при более низкой температуре, чем точка кипения любого из две чистые жидкости.

Рассмотрим раствор бензола и этанола.Бензол и этанол являются полностью смешивается, но межмолекулярные силы в растворе меньше, чем в отдельных жидкостях. Поскольку силы, удерживающие молекулы, меньше, энергия (температура), необходимая для разрушения этих сил, меньше. Таким образом, мы ожидать, что на кривой точки кипения будет минимум (см. рисунок ниже). при минимальной температуре кипения раствора (мольная доля этанола = 0,46) мы также находим, что состав пара идентичен составу пара жидкость.Это называется азеотропной смесью и, в частности, точка на кривой точки кипения называется азеотроп.

Максимальное кипение азеотропа происходит, когда межмолекулярная силы смеси сильнее, чем отдельные жидкости. Это приводит к смесь с более высокой температурой кипения (более низким давлением пара), чем физическое лицо. В этом случае пар в равновесии с жидкостью имеет композиции от состава азеотропной смеси в сторону чистой жидкости.

К началу

Если вы достаточно охладите раствор, он замерзнет. Разрешение чтобы замерзание происходило достаточно медленно и твердое вещество, которое кристаллизовалось, будет чистым. Температура, при которой раствор начинает замерзать, зависит от состав раствора. Возьмем, например, смесь уксусной кислоты и вода. Чистая вода замерзает при 0C, а чистая уксусная кислота замерзает при +16.6C. В целях следующей иллюстрации я хочу пояснить различие между состоянием слова и фазой слова.

• Состояние — это одно из трех состояний: твердое, жидкое или газообразное. Материал в этом состоянии не различается.

• Фаза представляет собой состояние, в котором состав материал в этом состоянии указан.

На приведенной выше фазовой диаграмме показаны четыре области с различной цветовой кодировкой.

• Желтая область — однофазный жидкий раствор.
• Синяя область представляет однофазную, но двухфазную область, в которой твердое лед и твердые кристаллы уксусной кислоты смешиваются (может быть твердый раствор или может и нет, полагаю, что нет).
• Красная область представляет собой двухуровневое равновесие между чистым твердым льдом и раствор, где состав раствора для любой заданной температуры представлен положением линии, отделяющей красный от желтого области.
• Фиолетовая область представляет собой двухуровневое равновесие между чистым твердым веществом. уксусная кислота и раствор, состав которого (для любой заданной температуры) представлен положением линии, разделяющей фиолетовый и желтый области.

Пересечение красно-желтой границы и пурпурно-желтой границы представляет собой эвтектическую точку . Это самый низкий состав температуры плавления для этого раствора. Для уксусной кислоты, воды, эта точка находится при температуре -26,7С. Ниже этой температуры любая смесь льда и уксусная кислота твердая.

Эту диаграмму можно использовать для объяснения нескольких видов явлений.

Предположим, жидкий раствор с мольной долей уксусной кислоты = 0.1 — это медленно охлаждали, начиная с комнатной температуры. Какие фазовые переходы произойдут по мере продвижения процесса охлаждения. Следуйте вертикальной линии (отмеченной значком звездочка) при x = 0,1.

• Первое изменение фазы происходит при температуре, соответствующей температуре точка, где вертикальная линия переходит в красную зону. В этот Температура льда начинает кристаллизоваться из раствора. Это удаляет вода из раствора, делая его более концентрированным в уксусной кислоте.Следовательно, точка замерзания понижается. Этот процесс продолжается, пока температура понижен таким образом, чтобы состав раствора соответствовал красно-желтому цвету. граничит с точкой эвтектики.
• Ниже точки эвтектики кристаллизуются лед и твердая уксусная кислота.

Мы используем эти свойства в повседневной жизни, например, в радиаторы автомобилей, наносим смесь этиленгликоля и воды.В правильные пропорции этих двух соединений могут дать раствор, который замерзает при температура до -50С. Даже если он замерзнет, ​​он будет делать это медленно, опуская точка замерзания и создает густую смесь, а не одну твердая фаза. Таким образом, даже при очень низких температурах, например, в в северной части Канады смесь охлаждающей жидкости радиатора будет проходить через двигатель и не затыкайте его.

Посмотрите на диаграмму еще раз. Если мы сделаем эксперимент при 10 ° C (ниже точки плавления чистой уксусной кислоты), в котором мы начните с чистой воды и медленно добавьте кристаллы уксусной кислоты, мы можем проследить прогресс по синей пунктирной линии.

Сначала уксусная кислота растворяется в воде. В пропорции увеличивается уксусная кислота, мы доходим до точки, где пунктирная линия переходит в пурпурный регион. За пурпурно-желтой каймой мы увидим кристаллы уксусной кислоты. кислота сидит на дне стакана. Раствор был бы насыщенным (при равновесия) и сколько бы еще твердой уксусной кислоты мы ни добавляли в стакан, в дальнейшем чистое увеличение растворяющегося количества не произойдет.Однако, если мы поднимем температуру до комнатной, то увидим остаток уксусной кислоты. кислота растворяется, когда мы возвращаемся в желтую область на фазовой диаграмме. Следовательно, мы можем использовать диаграмму для определения растворимости (концентрации при равновесие) уксусной кислоты в воде для любой конкретной температуры.

Все фазовые диаграммы этого типа имеют одинаковые особенности. Чистые жидкости имеют характерные точки плавления, а точка эвтектики представляет собой самый низкий состав раствора по температуре плавления.Всегда одни и те же четыре регионов, и всегда мы можем объяснить процессы замораживания / растворения, используя эти диаграммы.

В органической химии мы часто используем свойства растворов, чтобы определить, правильно выделили желаемое соединение. Например, при синтезе эксперименты, которые вы проводите в лаборатории, вы проверяете чистоту кристаллов, которые вы сделать, измерив их температуру плавления. Если ваши кристаллы плавятся при правильном температура при четко определенной температуре, тогда ваши кристаллы, вероятно, близки к чистому.Если же они плавятся в большом диапазоне температур или хорошо ниже правильной точки плавления, вы можете быть уверены, что ваши кристаллы не очень чистый.

К началу

Иногда компоненты, которые смешиваются с образованием растворов, имеют плавление. точки, которые очень разные. Возьмем, к примеру, смешивание воды и соли. такие как KCl. Соль плавится при очень высокой температуре (770 ° C). Единственная часть интересующей нас фазовой диаграммы является участок, показанный на рисунок выше.Видны те же четыре области, которые мы заметили на Фазовая диаграмма вода / уксусная кислота. Однако в данном случае мы рассматриваем только относительно низкие концентрации KCl в воде.

Проследим (слева направо) горизонтальную линию, представляющую комнату. температура. Когда мы добавляем соль в воду, она сначала растворяется. Соль будет продолжать растворяться, пока концентрация находится в желтой зоне. В конце концов соль больше не растворяется, она просто оседает на дно стакан.Концентрация раствора, находящегося в равновесии с твердым телом. соль представлена ​​пересечением горизонтальной линии с пурпурно-желтая кайма. Это растворимость соли в мольных долях. Обычно мы измеряем растворимость в молях растворенного вещества на литр раствора. Мы можем легко преобразовать мольную долю, определенную здесь в более распространенные единицы, такие как молярность. Легко видеть, что при повышении температуры раствора растворимость тоже повышается.

Мы также можем видеть, что когда соль добавляется в воду, как и в В предыдущем случае температура плавления воды понижена. Следовательно, добавляя соль к лед на тротуарах и дорогах снижает температуру плавления и (надеюсь) лед тает. Во многих частях Канады, например, в Саскачеване, температура зимой часто намного ниже точки, при которой соль будет приносить пользу (~ -20C) и, следовательно, он там редко используется.

К началу

Обычный опыт подсказывает нам, что газы растворяются и в жидкостях.Например, рыба может жить под водой, отделяя растворенный кислород от воды с помощью их жабры. Если вода застаивается, а содержание растворенного кислорода снижается из-за отсутствия аэрации (смешения с воздухом) у многих видов рыб не могу жить в этом. Другие виды разработали специальные механизмы преодоления иметь дело с низким уровнем кислорода … Но это уже другая история.

Мы также видим эффект растворения газа в жидкости всякий раз, когда мы открываем газированный напиток.В напитке растворен углекислый газ, а банка (или баллон) закрыт, давление газа над жидкостью в равновесие с растворенным газовым раствором. Это, конечно, давление паров CO ₂ в растворе. Когда банка открыта, CO ₂ , чей давление пара выше, чем нормальное давление окружающей среды, сбрасывается в атмосфере, и жидкость начинает пузыриться, когда растворенный CO ₂ начинает переходящий обратно в газовую фазу.Если встряхнуть банку перед ее открытием, давление CO ₂ над жидкостью заметно приподнята, почему?

Из этого набора наблюдений видно, что количество растворенного газа в жидкость зависит от двух вещей. Первый — это парциальное давление газ над жидкостью. Второй — это скорость растворения / эволюции газ.

Мы будем рассматривать только первый вариант и предположим, что прошло достаточно времени, чтобы достичь равновесия.

Закон Генри математически выражает то, что мы видели экспериментально,

\ [C \; = \; k \ times P_ {gas} \]

Где Pgas — парциальное давление газа, а C — его молярное концентрация. k — постоянная, которая зависит как от растворителя, так и от растворенное вещество. Это называется параметром закона Генри.

К началу

Фазовые изменения жидких и твердых растворов — Первый год Общая химия

Майкл Момбуркетт

9.1: Введение

Растворы представляют собой однородные смеси более чем одного вещества. Слово «гомогенный» означает, что смесь представляет собой однофазную смесь, свойства которой будут одинаковыми независимо от того, где взят образец.

Мы можем подтвердить, что смесь из более чем одного компонента является решением в большинстве случаев, просто взглянув на нашу смесь.Если мы можем видеть сквозь смесь (Clear), то, скорее всего, это одна фаза, что означает раствор. Если смесь непрозрачная, вероятно, есть две или более фаз, которые не смешиваются друг с другом и, следовательно, рассеивают свет, делая его мутным. Таким образом, яблочный сок — это раствор, тогда как в молоке есть вода, капли масла и некоторые твердые вещества молока, которые находятся во взвешенном состоянии, но не растворяются друг в друге. Мы сможем увидеть это лучше, если оставим негомогенизированное молоко на некоторое время. Сливки (масла) поднимутся наверх, оставив внизу более полупрозрачную жидкость (в основном воду с некоторыми взвешенными твердыми частицами, называемую пахтой).При дальнейшей физической обработке (например, центрифугировании) мы можем еще больше разделить компоненты молока. Ясно, что смесь, которую мы видели как «молоко», не была раствором, хотя в ней могли быть некоторые компоненты (например, более одного типа масла растворялись друг в друге, чтобы масляная часть сливок составляла масляную часть крема.

Когда вы проводите наблюдения за жидкими смесями в лаборатории, важно указать цвет (красный, синий, розовый …), а также прозрачность (прозрачный, непрозрачный, мутный, молочный …) жидкого образца, который вы описываете. .Таким образом, яблочный сок представляет собой прозрачный желтый раствор, а молоко — непрозрачную белую смесь. Наблюдение за ясностью позволяет нам с уверенностью сказать, что яблочный сок — это однофазный раствор и, следовательно, это раствор, в то время как молоко не является однофазным и, следовательно, это не однофазный раствор.

Растворы могут быть твердыми, жидкими или газовыми (жидкие растворы наиболее интересны химикам).

Газовая фаза

Газофазные растворы легко образуются из любой смеси газов, поскольку молекулы газа так редко взаимодействуют друг с другом.Если смесь газов на самом деле не вступает в реакцию, то почти наверняка образуется раствор в газовой фазе (по крайней мере, при комнатной температуре и давлении)

Жидкая фаза

В жидкой фазе молекулы расположены достаточно близко, поэтому становятся важными межмолекулярные силы. На этой фазе раствор образуется только между (скажем) двумя видами A и B, если межмолекулярные силы A-A, B-B и A-B примерно одинаковы.

Например, гексан и гептан — две неполярные жидкости.Межмолекулярные силы в каждой из этих чистых жидкостей являются в первую очередь дисперсионными силами, обусловленными временными диполями. Это довольно слабые силы. Однако межмолекулярные силы, которые будут существовать между гексаном и гептаном, также будут в основном дисперсными по своей природе. Следовательно, образуется жидкий раствор. Считается, что две жидкости полностью смешиваются друг с другом.

Если силы одной из молекул для ее собственного вида намного больше, чем для другой, раствор может не образоваться.Возьмем, например, воду и гексан. Вода — это полярная молекула, и, кроме того, она связывается с другими молекулами воды с помощью водородных связей. Это две более сильные (и самые сильные) из межмолекулярных сил (по сравнению с дисперсионными силами). С другой стороны, гексан не может участвовать ни в одном из этих двух типов взаимодействий и поэтому не смешивается с водой. Говорят, что эти две жидкости не смешиваются друг с другом.

Твердая фаза (кристаллы)

В твердой фазе не только очень хорошо определены межмолекулярные силы, но и кристаллы твердого тела образуют жесткие группы атомов, расположенные между собой довольно регулярно.Чтобы соответствовать молекуле второго типа, она должна быть такого же размера и формы, что и молекулы-хозяева (или атомы). Обычные твердые «растворы» этого типа можно найти, среди прочего, в драгоценных камнях и металлических сплавах.

9.2: Состав растворов

9.2.1: Молярность

Существует несколько распространенных методов составления отчетов о составе решений, с которыми мы имеем дело. Конкретный метод, который мы используем, во многом зависит от того, для чего мы его используем. В большинстве относительно разбавленных растворов, где нам нужны быстрые и простые вычисления, которые связывают количество молей в растворе с объемом, мы используем молярность.Концентрация в молярности может быть рассчитана как:

, где n = количество молей растворенного вещества и V = объем раствора. Это дает нам концентрацию в единицах: M ≡ моль × литры ^-1 или моль × л ^-1 .
Будьте осторожны с уравнениями. Студенты часто путают символы переменных, используемые в уравнениях, с символами единиц, используемыми в расчетах. Это показательный пример. Уравнение здесь не имеет буквы M в качестве переменной.Верхний регистр M используется как переменная в другом месте для представления молярной массы, поэтому ее не следует использовать в этом уравнении для представления концентрации. Переменная C используется для представления концентрации любых единиц, и здесь C _M обозначает концентрацию в молярности. Обозначение для единиц концентрации, называемой молярностью , — это выделенный курсивом верхний регистр M , который мы используем как ярлык для полностью записанных единиц моль растворенного вещества на литр раствора (или просто моль / л). ,

Например:

Образец 0.243 моля сухого порошкообразного соединения растворяют в 1,45 л жидкого растворителя. Какая молярная концентрация раствора?

Мы можем использовать приведенное выше уравнение, чтобы решить эту проблему, но с одной оговоркой. Предполагается, что объем в уравнении составляет литра раствора , но объем, указанный в этом примере, составляет литра растворителя . Как правило, мы не можем просто использовать один том вместо другого. Однако в этом случае мы добавляем небольшое количество соединения в большой объем жидкости, поэтому, хотя объем жидкости должен был измениться, он не сильно изменился.Если мы сделаем предположение, что изменение незначительно, , то есть , объем раствора равен объему растворителя, тогда мы можем продолжить.

В качестве альтернативы мы могли бы (мои фактические предпочтения) просто выяснить, как это сделать, используя анализ размеров. Поскольку мы знаем, что конечные единицы концентрации, которые нам нужны, — это моль на литр, мы просто делим количество молей растворенного вещества на объем раствора в литрах и готово! тот же ответ без уравнения для запоминания.
Единственным недостатком использования молярности является то, что объем растворителя не обязательно является объемом раствора, и, следовательно, мы должны измерить количество растворенного вещества перед смешиванием, но измерить объем раствора после смешивания, а затем рассчитать. Концентрации молярности очень полезны для экспериментов, в которых мы проводим объемные измерения. Титрование является ярким примером эксперимента, в котором молярность является наиболее удобной единицей измерения. При титровании мы измеряем объем раствора, добавленного из бюретки, и можем быстро рассчитать количество добавленных моль.

В заключение я повторяю: используйте анализ размерностей, чтобы выяснить, как это сделать, вместо того, чтобы запоминать эти уравнения. Как только вы поймете, какие числа нужно использовать для n и для V , уравнение вам больше не понадобится.

В некоторых случаях измерить объемы растворов после смешивания непросто или, возможно, это просто не важно. В таких случаях молярность не может быть полезной единицей измерения. Альтернативная единица измерения концентрации — моляльность.Моляльность не является единицей измерения объема и не может быть полезна в ситуациях, когда нам нужно измерить объемы жидких растворов. Однако это очень полезно в ситуациях, когда нам просто нужно создать растворы с известными концентрациями. Единицы моляльности — моль растворенного вещества на килограмм растворителя. Мы используем сокращенное обозначение курсивом нижнего регистра м для моляла. Этот набор единиц означает, что мы можем быстро гравиметрически измерить растворенное вещество и растворитель, смешать их вместе и получить раствор с легко вычисляемой концентрацией в единицах моляльности.

Здесь C _m — это переменная, представляющая концентрацию в моляльности (нижний регистр m ) n — это количество молей растворенного вещества, как это было в определении молярности, а переменная m — это масса растворителя (кг) .
Обратите внимание, что буква m используется здесь двояко. В качестве переменной м представляет собой массу растворителя в кг, но в целом м является символом моляльности.Единица, связанная с переменной концентрации C _m , равна m , что является сокращением, представляющим моль растворенного вещества на килограмм растворенного вещества (или просто моль / кг).

Пример:

Какова молярная концентрация раствора, полученного при добавлении 0,213 г щавелевой кислоты (COOH) ₂ к 1200 г воды?

Нам нужно уравнение:

Нам нужно количество молей, n , растворенного вещества, щавелевой кислоты.Мы можем использовать молярную массу щавелевой кислоты, чтобы преобразовать г в моль щавелевой кислоты.

Теперь мы можем рассчитать концентрацию раствора

9.2.3: Молярная доля

Шкалы, такие как молярность и молярность, полезны только в случае относительно разбавленных растворов, когда один из видов явно является наиболее распространенным (так называемый растворитель), а другой — в относительно небольших пропорциях (растворенное вещество). Большая часть диапазона концентраций растворов недоступна с использованием этой терминологии.что, если у нас есть раствор, состоящий из равного количества молей A и B? Что такое растворенное вещество? Какой растворитель?

Мера, которая работает для любого диапазона концентраций и не требует различий между растворенными веществами и растворителями, — это мольная доля, когда мы обсуждаем растворы, которые образуются в широком диапазоне концентраций. Для этой переменной концентрации мы используем греческую букву чи (а не заглавную X), которая эквивалентна нашей букве C. Однако мы часто не делаем различия

Мольная доля компонента (i) в смеси нескольких компонентов (I — количество компонентов) определяется как

, где — мольная доля компонента i , n _i — количество молей компонента i , а — общее количество молей в растворе.Мольная доля каждого компонента может находиться в диапазоне от 0 до 1, где 0 означает, что в растворе нет соединения i , а 1 означает, что раствор на 100% состоит из соединения i . Сумма всех мольных долей всегда должна равняться единице,.

9.3: Равновесие жидкого пара

В идеальном растворе двух компонентов A и B межмолекулярные силы между молекулами A-A, B-B и A-B идентичны. На самом деле, мы никогда не сможем этого добиться, но мы можем найти решения, в которых силы очень близки к равным.Примером смеси, которая образует почти идеальные растворы, является гексан и гептан. Эти два углеводорода с «прямой цепью» имеют одинаковую молекулярную массу (их длина составляет шесть и семь атомов углерода соответственно). Они оба неполярны и поэтому могут взаимодействовать только с помощью межмолекулярных сил дисперсионного типа.

Рассмотрим смесь гексана (A) и гептана (B). Поскольку обе эти жидкости летучие, мы ожидаем, что раствор также будет иметь давление пара. Пар будет состоять из смеси двух газов.Общее давление этой смеси, согласно закону Дальтона, составляет:

P ^* _Soln = p _A + p _B {сумма парциальных давлений}

Для идеальных растворов мы можем определить компонент парциального давления пара, находящегося в равновесии с раствором, как функцию мольной доли жидкости в растворе. Это закон Рауля:

p _A = x _A P * _A и p _B = x _B P * _B

Подставляя в первое уравнение, получаем

P ^* _Soln = x _A P * _A + x _B P * _B или
P ^* _Soln = x _A P * _A + ( 1-x _A ) P * _B
= P * _B + x _A ( P * _A — P * _В )

Из этого соотношения мы видим, что давление пара раствора A и B является линейной функцией мольной доли A (или B), где P * _B — точка пересечения, а P * _A — P * _B — наклон.

Состав пара, который собирается над раствором, не обязательно совпадает с составом жидкости. Более летучий компонент легче испаряется, поэтому его мольная доля в паровой фазе выше, чем в жидкой фазе.
Мы можем написать

Мольная доля A в паровой фазе = y _A

Мольная доля B в паровой фазе = y _B

Мы можем рассчитать эти значения из концентраций растворов, используя закон Даултона следующим образом.

Кривую состава пара можно построить, как показано на рисунке ниже. На самом деле это два графика, один (прямая линия) — это давление пара раствора в зависимости от состава жидкости x _A , а другой (изогнутая линия) — такое же давление пара раствора, но построенный как функция от Состав пара y _A . Это можно представить как перетягивание линии жидкости вправо (к более летучей жидкости A).Горизонтальные соединительные линии соединяют две кривые таким образом, что для любого заданного давления пара можно определить состав жидкости x _A и соответствующий состав пара y _A , как показано стрелками на рисунках. .

Обычно мы не проводим эксперименты при постоянной температуре, как показано на двух предыдущих рисунках и в соответствующем обсуждении. Для этого потребуются сложные устройства для измерения давления, герметичные жесткие контейнеры и устройства постоянной температуры.Нам гораздо проще измерить температуру при фиксированном давлении (скажем, один бар) как функцию мольной доли. Таким образом, мы получили бы график зависимости температуры кипения раствора от мольной доли раствора. К этому мы можем добавить график состава пара. Эта кривая может быть рассчитана с использованием концепций, подобных тем, которые обсуждались выше для случая постоянной температуры. Результирующая кривая (см. Ниже) смещена в сторону более высокого компонента давления пара, как это было на диаграмме выше.

В этом случае, поскольку мы уже знаем, что давление пара не является линейной функцией температуры ( см. уравнение Клаузиуса-Клапейрона), мы не ожидаем получения прямолинейного графика точки кипения как функции состава. Однако для идеального решения кривизна линии незначительна.

Давайте рассмотрим связующую линию более подробно. На приведенном выше графике «T в зависимости от мольной доли A» есть три области.

1. Над кривыми — одна фаза.При любой температуре и мольной доле все компоненты находятся в паровой фазе.
2. Под кривой — одна фаза. При любой температуре и мольной доле ниже кривых все компоненты находятся в жидкой фазе.
3. Любая ситуация температуры / состава между двумя линиями, есть две фазы, находящиеся в равновесии друг с другом. Один из них — газовая фаза с мольными долями компонентов y _i . Другая — жидкая фаза с мольными долями компонентов x _и .

Для любой экспериментальной установки, которая имеет точку температуры / состава, которая находится между двумя фазами, мы можем вычислить относительные количества (общее количество молей) двух фаз, используя относительную длину сегментов соединительной линии по обе стороны от точка. Диаграмма ниже — это увеличенный вид связующей линии на предыдущем рисунке; синяя линия представляет состав жидкого раствора, зеленая линия — состав пара.Вертикальная ось — температура, а горизонтальная ось — мольная доля компонента A в двухкомпонентной смеси A и B. Вертикальная фиолетовая линия представляет общую мольную долю системы (как жидкой, так и паровой фазы). Вертикальное положение соединительной линии показывает температуру системы.

Согласно правилу рычага (которое впервые было разработано для настоящих рычагов, но работает и здесь), длина сегмента, умноженная на количество молей сегмента для одной стороны, равна длине, умноженной на количество молей другой стороны.

, немного изменив это, мы можем определить отношение молей жидкости к молям пара, используя длины и следующим образом:

Это имеет смысл, если мы посмотрим на график. Если короче (как показано), то общий состав системы ближе к составу жидкости, чем паровой фазы. Это означает, что большая часть молей материала находится в жидкой фазе.

Пример: замкнутой системе, содержащей две летучие смешивающиеся жидкости A и B, позволяют достичь равновесия.Общее количество молей системы составляет 1,32 моля. При равновесии 0,36 моль находится в паровой фазе. Каково соотношение длин линейных сегментов и связующей линии, как показано на рисунке выше?

моль жидкости () = общее количество моль () — моль пара ()

Таким образом, отношение длин двух отрезков линии будет 2,66. Или L ₂ в 2,66 раза длиннее, чем L ₁ .

9.4: Дистилляция

Если бы мы собрали весь пар над жидкостью при температуре кипения, а затем сконденсировали бы его, мы получили бы жидкость с более высоким содержанием более летучих компонентов, чем исходный материал. Если затем снова вскипятить эту жидкость, мы снова увеличим более летучий компонент в полученном дистилляте. Повторяя этапы кипячения, конденсации и повторного кипячения, мы в конечном итоге можем полностью разделить эти два компонента. Однако для этого потребуется бесконечное количество шагов.

9.4.1: Азеотропы

У нас более сложная ситуация в случае двух жидкостей, A и B, которые полностью смешиваются, но где силы межмолекулярных сил значительно различаются. Есть две возможности:

1. Средние межмолекулярные силы в растворе больше, чем в отдельных жидкостях
2. Средние межмолекулярные силы в растворе меньше, чем в отдельных жидкостях.

Поскольку межмолекулярные силы, удерживающие жидкость вместе, определяют давление пара (и, следовательно, точку кипения жидкости), мы можем предсказать, что в первом случае (1) ожидаемая температура кипения раствора должна быть выше, чем у раствора. либо чистая жидкость, а в последнем случае (2) раствор будет кипеть при более низкой температуре, чем точка кипения любой из двух чистых жидкостей.

Рассмотрим раствор бензола и этанола. Бензол и этанол полностью смешиваются, но межмолекулярные силы в растворе меньше, чем в отдельных жидкостях. Поскольку силы, удерживающие молекулы, меньше, энергия (температура), необходимая для разрушения этих сил, меньше. Таким образом, мы ожидаем, что на кривой точки кипения будет минимум (см. Рисунок ниже). при минимальной температуре кипения раствора (мольная доля этанола = 0,46) мы также обнаруживаем, что состав пара идентичен составу жидкости.Это называется азеотропной смесью , а конкретная точка на кривой точки кипения называется азеотропом.

Максимальное кипение азеотропа происходит, когда межмолекулярные силы в смеси сильнее, чем в отдельных жидкостях. Это приводит к смеси с более высокой точкой кипения (более низким давлением пара), чем у индивидуума. В этом случае пар, находящийся в равновесии с жидкостью, имеет состав, отличный от состава азеотропной смеси, в сторону чистой жидкости.

9.5: Твердое жидкое равновесие

Когда мы достаточно охладим систему раствора, мы достигнем точки замерзания компонентов, и появится совершенно новый вид фазовой диаграммы. Фазовая диаграмма твердого / жидкого раствора может быть довольно простой в одних случаях и довольно сложной в других. Давайте начнем с рассмотрения простой двухкомпонентной фазовой диаграммы с компонентами, которые полностью смешиваются как в жидкой, так и в твердой фазах.На диаграмме справа показана простая двухкомпонентная фазовая диаграмма системы A, B твердое тело-жидкость. Если мы посмотрим на схему, то увидим несколько обозначенных точек. По вертикальной оси отложена температура, а по горизонтальной оси — мольная доля (B). В левой части диаграммы мы видим точку замерзания чистого A, T _A , а справа точку замерзания чистого B, T _B . Белая область — это жидкий раствор (также известный как расплав), где A и B находятся в жидком растворе. линии, идущие вниз от точки плавления до точки, обозначенной буквой «е», представляют собой точку плавления раствора как функцию концентрации.Обратите внимание, что в обоих случаях, когда вы начинаете с чистого компонента, A или B, и добавляете другой компонент, температура плавления понижается. Это эффект, который мы наблюдаем зимой, когда добавляем ко льду соль, чтобы снизить температуру замерзания. смеси так, чтобы точка замерзания была ниже температуры окружающей среды и, таким образом, лед растаял. По мере того, как раствор опускается до точки замерзания, он достигает общей точки e, называемой эвтектической точкой . Это самая низкая точка замерзания системы. при любой температуре ниже е система будет прочной.Это будет либо смесь кристаллов твердого вещества A и твердого вещества B, либо, возможно, если температура снизится достаточно быстро, твердый раствор A и B.

В белой области диаграммы есть только одна фаза, жидкий раствор. В цветных областях есть две фазы. Вы всегда можете определить две фазы, проведя горизонтальную связку. конечные точки соединительной линии подскажут вам, какова каждая из двух фаз. Возьмем желтую треугольную область. Если вы нарисуете связующую линию где-то в этой области, у вас будет одна конечная точка на кривой, идущей от T _B до e, а другой конец на вертикальной линии на чистой стороне B графика.Итак, две фазы в желтой области — это жидкий раствор и чистое твердое вещество B. В коричневато-зеленой области две фазы представляют собой жидкий раствор и чистое твердое вещество A. Наконец, ниже эвтетической точки вы найдете две фазы, твердую A и твердую B. Как я уже отмечал, эта фаза может быть просто твердым раствором A и B. Образование чистых кристаллов A и B произойдет только в том случае, если температура понижается через эвтетическую точку очень медленно.

Давайте посмотрим, что произойдет, если у нас есть раствор A и B и мы изменим температуру так, чтобы вызвать фазовый переход. Очевидно, что конкретные изменения, которые мы наблюдаем, будут зависеть от состава системы. Давайте начнем с изучения результата снижения температуры жидкого раствора A и B при его замерзании. На схеме слева показан такой переход. ЕСЛИ мы начнем с жидкого раствора в точке C с показанным составом (около 75% A и 25% B) и понизим температуру этого раствора, мы в конечном итоге достигнем температуры, при которой мы начнем видеть образование твердого вещества.Сначала это твердое тело будет чистым A (обозначено желтой горизонтальной стрелкой). Поскольку A выпадает из раствора, концентрация раствора становится богаче B, и точка замерзания продолжает падать по мере того, как это происходит, что показано изогнутой желтой стрелкой, которая следует за линией кривой вниз до точки эвтектики.

Если вы продолжите охлаждение раствора до эвтетической точки, вы достигнете точки максимального отделения A от раствора. Если вы отфильтруете жидкость в этот момент, у вас останется чистое твердое вещество A, и жидкость будет стекать через фильтр.Если вы продолжите охлаждение системы после точки е, то точка замерзания раствора будет оставаться стабильной до тех пор, пока вся жидкость не превратится в смесь твердых веществ A и B, и средний твердый состав, который образуется в результате этого дальнейшего охлаждения, будет таким же, как у состав эвтетической точки. Серая стрелка вниз просто представляет общий средний состав системы, но фактические материалы, которые вы найдете при любой температуре, будут представлены желтыми стрелками.

Давай попробуем еще раз. На этот раз мы начнем с жидкого раствора, который более концентрирован по компоненту B. Мы начнем с точки C с раствора, который содержит примерно 60% B и 40% A. Когда этот раствор охлаждается (показано красными стрелками), в конечном итоге он достигнет точки, когда чистый B начинает затвердевать из раствора. Если вы позволите системе продолжать охлаждаться, все больше и больше B будет кристаллизоваться, пока раствор не достигнет состава e, где, если вы позволите дальнейшее охлаждение, A также начнет выкристаллизовываться.Если вы отфильтруете твердое вещество в любой точке на или выше e, вы получите чистые кристаллы B, а в оставшемся жидком растворе будет немного A и немного B. Как мы видели в предыдущем примере, если вы опустите температуру ниже эвтетической точки, вы начнете получать как A, так и B в твердой фазе, и фильтрация больше не сможет отделить чистый компонент. ваше твердое тело ниже эвтетической точки будет смесью A и B.

. Давайте посмотрим, что произойдет, если мы начнем с твердого раствора A и B. Начнем с твердого раствора того же состава, что и мы. в предыдущем примере (около 60% B и 40% a). На диаграмме слева показана красная стрелка, начинающаяся в точке C (твердая смесь) и разогревающаяся. Когда вы достигнете эвтетической температуры, температура перестанет повышаться, поскольку раствор начнет плавиться на эвтетической композиции.В конце концов, температура начнет повышаться, поскольку все твердое вещество А полностью исчезнет. Единственным оставшимся твердым веществом будет B, и любое дальнейшее плавление приведет к раствору с медленно меняющимся составом, более богатым B по мере его плавления. В конце концов, весь B будет расплавлен, и у вас будет только раствор, который имеет тот же состав, что и исходный твердый раствор, если вы не отфильтруете чистое твердое вещество B где-то между точкой e и точкой, где все B расплавляется. .

Не все фазовые диаграммы настолько просты. Существует множество различных типов фазовых диаграмм, некоторые из которых более сложные, чем другие. На следующей диаграмме показана система AB, в которой в твердом состоянии образуется новое соединение C. Вы можете определить состав этого соединения по его положению на оси x. В этом случае он находится точно посередине, поэтому в соединении содержится равное количество A и B. Эмперическая формула будет AB. Обратите внимание, что из-за наличия этого соединения кривая плавления немного меняется.Если вы начнете с твердого чистого C и разогреете его, вы достигнете точки, когда C плавится в раствор того же состава (но состоящий из разделенных A и B). Такой вид соединения называется составом конгруэнтного плавления. Расплав и твердое тело конгруэнтны друг другу (это означает, что они имеют одинаковый состав. Это приводит к двум эвтетическим точкам. На этой простой диаграмме две эвтетические точки имеют одинаковую температуру, но это не является обязательным требованием. Чтобы понять эти две точки) компоненты в любой из двух составляющих частей графика.Зеленые и оранжевые треугольные секции имеют две фазы, одна — жидкий раствор, а другая — одно из трех соединений, A, B или C. Две синие прямоугольные области представляют собой два компонента твердой фазы. Темно-синий цвет имеет твердые фазы A и C, а голубой цвет имеет твердые фазы B и C как две фазы. Белая область над кривыми плавления относится только к одной фазе — жидкому раствору.

Иногда соединения, которые могут существовать в твердой фазе, не плавятся. Перед плавлением они разлагаются на другие вещества, и получается, что это называется неконгруэнтным плавящимся составом.Это простое представление неконгруэнтного плавящегося соединения. На диаграмме слева вы видите вертикальную линию, которая находится на отметке 2/3 оси x по направлению к B. это соединение имеет соотношение 2: 1 от B к A. Эмперическая формула — AB ₂ . Обратите внимание, что вертикальная линия на этом соединении AB2 не доходит до расплава, как это было на предыдущей диаграмме (соединение конгруэнтного плавления). Это указывает на то, что AB2 не плавится в растворе того же состава. Он разрушается до того, как расплавится, выделяя раствор с другим составом и оставляя, в данном случае, чистое твердое вещество B.Это неконгруэнтное плавящееся твердое вещество. В этом случае различные области все еще можно идентифицировать по горизонтальной соединительной линии, которую вы можете нарисовать.

Области на схеме пронумерованы (римскими цифрами). Как всегда, белая область (VI) представляет собой однофазный раствор A и B. Остальные области (окрашенные) состоят из следующих компонентов.

• I. Pure A твердое тело и AB ₂ твердое тело.
• II. Чистое твердое вещество B и твердое вещество AB ₂ .
• III. Жидкий раствор и чистое твердое вещество.
• IV. Жидкий раствор и чистый твердый AB ₂ .
• V. Жидкий раствор и чистое твердое вещество B.

На этой заключительной фазовой диаграмме показана двухкомпонентная система, состоящая из металлов Na и K различного состава. Здесь вы можете идентифицировать неконгруэнтное плавящееся соединение, и есть две новые области с обеих сторон, где вы видите, что возможно образовать твердый раствор Na в K (слева) или K в Na (справа). ).Эти металлические амальгамы очень важны в металлургии, поскольку они не являются просто смесью двух компонентов твердой фазы. Они представляют собой настоящий твердофазный раствор, и свойства металла, обнаруженного в этих областях, отличаются от свойств любого из двух отдельных металлов. Например, большинство золотых колец — это не чистое золото, а смесь золота и другого металла. Это позволяет полученному материалу быть устойчивым к коррозии (как золото), но твердым (как и другой металл в амальгаме, часто серебро.В те времена, когда все мы использовали термометры с содержанием ртути, было нередко сломать один из них, и в результате образовалась жидкая ртуть. При очистке от ртути вы можете случайно прикоснуться к ртути своим золотым кольцом, и оно почти мгновенно станет серо-серебристым. Это результат образовавшейся амальгамы золота и ртути. К счастью, вы можете обратить процесс вспять, нагревая смесь, что приведет к удалению ртути. К сожалению, нагретая ртуть может испаряться в воздух, где ее можно вдохнуть.Однажды у меня был медный пенни (у нас их больше нет), который был погружен в ртуть. У него был серебряный цвет, как у никелевой монеты 5. Я долго носил его в кармане, чтобы показать людям. Однажды я заметил, что его больше нет. Интересно, потратил ли я его как пенни или как пятак?

Если вы достаточно охладите раствор, он замерзнет. Позвольте замораживанию происходить достаточно медленно, и твердое вещество, которое выкристаллизовывается, будет чистым. Температура, при которой раствор начинает замерзать, зависит от состава раствора.Возьмем, например, смесь уксусной кислоты и воды. Чистая вода замерзает при 0 ℃, а чистая уксусная кислота замерзает при + 16,6 ℃. В целях следующей иллюстрации я хочу пояснить различие между словом «состояние» и словом «фаза».

• Состояние — это одно из трех состояний: твердое, жидкое или газообразное. Материал в этом состоянии не различается.
• Фаза представляет собой состояние, в котором указан состав материала в этом состоянии.

На приведенной выше фазовой диаграмме показаны четыре области с различной цветовой кодировкой.

• Желтая область — однофазный жидкий раствор.
• Синяя область представляет собой однофазную, но двухфазную область, в которой смешаны твердый лед и твердые кристаллы уксусной кислоты (может быть твердым раствором, а может и нет, предположим, что нет).
• Красная область представляет собой двухуровневое равновесие между чистым твердым льдом и раствором, где состав раствора для любой заданной температуры представлен положением линии, отделяющей красные области от желтых.
• Фиолетовая область представляет собой двухуровневое равновесие между чистой твердой уксусной кислотой и раствором, состав которого (для любой заданной температуры) представлен положением линии, разделяющей фиолетовую и желтую области.

Пересечение красно-желтой границы и пурпурно-желтой границы представляет собой эвтектическую точку . Это представляет собой состав с самой низкой температурой плавления для данного раствора. Для уксусной кислоты, воды, эта точка находится при температуре -26.7 ℃. Ниже этой температуры любая смесь льда и уксусной кислоты твердая.

Эту диаграмму можно использовать для объяснения нескольких видов явлений.

Предположим, что жидкий раствор с мольной долей уксусной кислоты = 0,1 медленно охлаждается, начиная с комнатной температуры. Какие фазовые переходы будут происходить в процессе охлаждения. Следуйте вертикальной линии (отмеченной звездочкой) на уровне x = 0,1.

• Первое изменение фазы происходит при температуре, соответствующей точке, где вертикальная линия пересекает красную зону.При этой температуре из раствора начинает кристаллизоваться лед. Это удаляет воду из раствора, делая его более концентрированным в уксусной кислоте. Следовательно, температура замерзания понижается. Этот процесс продолжается при понижении температуры, так что состав раствора следует по красно-желтой границе до точки эвтектики.
• Ниже точки эвтектики кристаллизуются лед и твердая уксусная кислота.

Мы используем эти свойства в повседневной жизни, например, в радиаторы автомобилей мы добавляем смесь этиленгликоля и воды.Правильные пропорции этих двух соединений могут дать раствор, который замерзает при температуре до -50 ℃. Даже если он замерзнет, ​​он будет делать это медленно, при этом понижая температуру замерзания и создавая густую смесь, а не единую твердую фазу. Таким образом, даже при очень низких температурах, например, в северной Канаде, охлаждающая смесь радиатора будет проходить через двигатель, а не забивать его.

Посмотрите на диаграмму еще раз. Если мы проведем эксперимент при 10 ℃ (ниже точки плавления чистой уксусной кислоты), в котором мы начнем с чистой воды и медленно добавим кристаллы уксусной кислоты, мы сможем проследить прогресс по синей пунктирной линии.

Сначала уксусная кислота растворяется в воде. По мере увеличения доли уксусной кислоты мы достигаем точки, где пунктирная линия переходит в пурпурную область. За пурпурно-желтой границей мы увидели кристаллы уксусной кислоты, сидящие на дне стакана. Раствор будет насыщенным (в состоянии равновесия), и независимо от того, сколько еще твердой уксусной кислоты мы добавим в стакан, дальнейшего чистого увеличения количества, которое будет растворяться, не произойдет. Однако, если мы поднимем температуру до комнатной, мы увидим растворение остальной уксусной кислоты, когда мы вернемся в желтую область на фазовой диаграмме.Следовательно, мы можем использовать диаграмму для определения растворимости (концентрации при равновесии) уксусной кислоты в воде для любой конкретной температуры.

Все фазовые диаграммы этого типа имеют одинаковые особенности. Чистые жидкости имеют характерные точки плавления, а точка эвтектики представляет собой состав раствора с самой низкой температурой плавления. Всегда есть одни и те же четыре области, и всегда мы можем объяснить процессы замораживания / растворения, используя эти диаграммы.

В органической химии мы часто используем свойства растворов, чтобы определить, правильно ли мы выделили желаемое соединение.Например, в экспериментах по синтезу, которые вы проводите в лаборатории, вы проверяете чистоту полученных кристаллов, измеряя их температуру плавления. Если ваши кристаллы плавятся при правильной температуре и четко определенной температуре, то ваши кристаллы, вероятно, близки к чистоте. С другой стороны, если они плавятся в широком диапазоне температур или намного ниже правильной точки плавления, вы можете быть уверены, что ваши кристаллы не очень чистые.

9,6: Растворимость

Иногда компоненты, которые смешивают для образования растворов, имеют очень разные точки плавления.Возьмем, к примеру, смешивание воды и соли, такой как KCl. Соль плавится при очень высокой температуре (770 ℃). Единственная часть фазовой диаграммы, которая нас интересует, — это часть, показанная на рисунке выше. Видны те же четыре области, что и на фазовой диаграмме вода / уксусная кислота. Однако в данном случае мы рассматриваем только относительно низкие концентрации KCl в воде.

Проведем слева направо горизонтальную линию, представляющую комнатную температуру. Когда мы добавляем соль в воду, она сначала растворяется.Соль будет продолжать растворяться, пока концентрация находится в желтой зоне. В конце концов соль больше не растворяется, она просто оседает на дно стакана. Концентрация раствора, находящаяся в равновесии с твердой солью, представлена ​​пересечением горизонтальной линии с пурпурно-желтой линией границы. Это растворимость соли в мольных долях. Обычно мы измеряем растворимость в молях растворенного вещества на литр раствора. Мы можем легко преобразовать определенную здесь мольную долю в более общие единицы, такие как молярность.Мы легко видим, что с повышением температуры раствора растворимость также увеличивается.

Мы также можем видеть, что по мере добавления соли в воду, как и в предыдущем случае, температура плавления воды понижается. Следовательно, добавление соли к льду на тротуарах и дорогах снижает температуру плавления и (надеюсь) лед тает. Во многих частях Канады, таких как Саскачеван, температура зимой часто намного ниже точки, при которой соль будет приносить пользу (~ -20 ℃), и, следовательно, она редко используется там.

9.7: Закон Генри

Обычный опыт подсказывает нам, что газы растворяются и в жидкостях. Например, рыба может жить под водой, отделяя растворенный кислород от воды своими жабрами. Если вода застаивается и содержание растворенного кислорода снижается из-за отсутствия аэрации (смешивания с воздухом), многие виды рыб не могут жить в ней. Другие виды разработали специальные механизмы, позволяющие справляться с низким уровнем кислорода … Но это уже другая история.

Мы также видим эффект растворения газа в жидкости всякий раз, когда открываем газированный напиток.В напитке растворен углекислый газ, и, пока банка (или бутылка) закрыта, давление газа над жидкостью находится в равновесии с растворенным газовым раствором. Это, конечно, давление паров CO ₂ в растворе. Когда банка открыта, CO ₂ , давление пара которого выше, чем нормальное давление окружающей среды, выпускается в атмосферу, и жидкость начинает пузыриться, когда растворенный CO ₂ начинает выделяться обратно в газовую фазу.Если встряхнуть банку перед тем, как открыть ее, давление CO ₂ над жидкостью заметно возрастет, почему?

Из этого набора наблюдений видно, что количество растворенного газа в жидкости зависит от двух вещей. Первый — это парциальное давление газа над жидкостью. Второй — это скорость растворения / выделения газа.

Мы собираемся рассмотреть только первый вариант и предположить, что прошло достаточно времени для достижения равновесия.

Закон Генри математически выражает то, что мы видели экспериментально,

Где Pgas — парциальное давление газа, а C — его молярная концентрация. k — постоянная, которая зависит как от растворителя, так и от растворенного вещества. Это называется параметром закона Генри.

13.2: Типы растворов и растворимость

Цели обучения

• Чтобы понять, как изменения энтальпии и энтропии влияют на образование раствора.
• Использовать величину изменений энтальпии и энтропии, чтобы предсказать, будет ли данная комбинация растворенного вещества и растворителя спонтанно образовывать раствор.

Во всех растворах, будь то газообразные, жидкие или твердые, вещество, присутствующее в наибольшем количестве, является растворителем, а вещество или вещества, присутствующие в меньших количествах, являются растворенными веществами. Растворенное вещество не обязательно должно находиться в том же физическом состоянии, что и растворитель, но физическое состояние растворителя обычно определяет состояние раствора.Пока растворенное вещество и растворитель объединяются с образованием гомогенного раствора, считается, что растворенное вещество растворимо в растворителе. В таблице \ (\ PageIndex {1} \) перечислены некоторые общие примеры газообразных, жидких и твердых растворов и указаны физические состояния растворенного вещества и растворителя в каждом из них.

Формирование решения

Образование раствора из растворенного вещества и растворителя — это физический процесс, а не химический.{-} (водн.) + h3 (g)} \ label {13.1.2} \]

Когда раствор испаряется, мы не восстанавливаем металлический цинк, поэтому мы не можем сказать, что металлический цинк растворим в водной соляной кислоте, потому что он химически превращается при растворении. Растворение растворенного вещества в растворителе с образованием раствора не включает химического превращения (то есть физического изменения).

Растворение растворенного вещества в растворителе с образованием раствора не требует химического превращения.

Вещества, образующие единую гомогенную фазу во всех пропорциях, считаются полностью смешиваемыми друг с другом. Этанол и вода смешиваются так же, как смешиваются смеси газов. Если два вещества практически нерастворимы друг в друге, например, масло и вода, они несмешиваются . Примеры газообразных растворов, которые мы уже обсуждали, включают атмосферу Земли.

Роль энтальпии в образовании раствора

Энергия требуется для преодоления межмолекулярных взаимодействий в растворенном веществе, которое может быть обеспечено только новыми взаимодействиями, происходящими в растворе, когда каждая частица растворенного вещества окружена частицами растворителя в процессе, называемом сольватацией (или гидратация, когда растворитель вода).Таким образом, все взаимодействия растворенного вещества и растворенного вещества и многие взаимодействия растворитель-растворитель должны быть нарушены для образования раствора. В этом разделе мы описываем роль энтальпии в этом процессе.

Поскольку энтальпия является функцией состояния, мы можем использовать термохимический цикл для анализа энергетики образования раствора. Процесс происходит в три отдельных шага, обозначенных \ (ΔH_1 \), \ (ΔH_2 \) и \ (ΔH_3 \) на рисунке \ (\ PageIndex {2} \). Общее изменение энтальпии при образовании раствора (\ (\ Delta H_ {soln} \)) представляет собой сумму изменений энтальпии на трех этапах:

\ [\ Delta H_ {soln} = \ Delta H_1 + \ Delta H_2 + \ Delta H_3 \ label {13.1.3} \]

Когда к раствору добавляется растворитель, этапы 1 и 2 являются эндотермическими, поскольку для преодоления межмолекулярных взаимодействий в растворителе (\ (\ Delta H_1 \)) и растворенном веществе (\ (\ Delta H_2 \)) требуется энергия. . Поскольку \ (ΔH \) положительно для обоих шагов 1 и 2, взаимодействия растворенное вещество-растворитель (\ (\ Delta H_3 \)) должны быть сильнее, чем взаимодействия растворенное вещество-растворенное вещество и растворитель-растворитель, которые они заменяют, чтобы процесс растворения быть экзотермическим (\ (\ Delta H_ {soln} <0 \)).Когда растворенное вещество представляет собой ионное твердое вещество, \ (ΔH_2 \) соответствует энергии решетки, которую необходимо преодолеть для образования раствора. Чем выше заряд ионов в ионном твердом теле, тем выше энергия решетки. Следовательно, твердые вещества с очень высокой энергией решетки, такие как \ (MgO \) (-3791 кДж / моль), обычно нерастворимы во всех растворителях.

Положительное значение для \ (ΔH_ {soln} \) не означает, что решение не сформируется. Происходит ли самопроизвольно данный процесс, включая образование раствора, зависит от того, снижается ли в результате общая энергия системы. Энтальпия — только один из факторов. Высокое значение \ (ΔH_ {soln} \) обычно указывает на то, что вещество не очень растворимо. Холодные компрессы быстрого приготовления, используемые, например, для лечения спортивных травм, используют большой положительный эффект \ (ΔH_ {soln} \) нитрата аммония во время растворения (+25.7 кДж / моль), что обеспечивает температуру ниже 0 ° C (Рисунок \ (\ PageIndex {3} \)).

Энтропия и образование решений

Изменение энтальпии, которое сопровождает процесс, важно, потому что процессы, которые высвобождают значительное количество энергии, имеют тенденцию происходить спонтанно. Второе свойство любой системы, ее энтропия, также важно для того, чтобы помочь нам определить, происходит ли данный процесс спонтанно. Мы обсудим энтропию более подробно в другом месте, а пока мы можем заявить, что энтропия (\ (S \)) — это термодинамическое свойство всех веществ, пропорциональное степени их беспорядка.Идеальный кристалл при 0 К, атомы которого правильно расположены в идеальной решетке и неподвижны, имеет энтропию, равную нулю. Напротив, газы имеют большую положительную энтропию, потому что их молекулы сильно разупорядочены и находятся в постоянном движении с высокими скоростями.

При образовании раствора молекулы, атомы или ионы одного вида рассеиваются во втором веществе, что обычно увеличивает беспорядок и приводит к увеличению энтропии системы. Таким образом, энтропийные факторы почти всегда способствуют образованию раствора.Напротив, изменение энтальпии может способствовать или не способствовать образованию раствора. Лондонские дисперсионные силы, которые удерживают вместе циклогексан и н-гексан в чистых жидкостях, например, аналогичны по природе и силе. Следовательно, \ (ΔH_ {soln} \) должно быть приблизительно равно нулю, что и наблюдается экспериментально. Однако при смешивании равных количеств двух жидкостей образуется раствор, в котором молекулы н-гексана и циклогексана равномерно распределены примерно в два раза больше исходного объема. В этом случае движущей силой образования раствора является не отрицательное значение \ (ΔH_ {soln} \), а скорее увеличение энтропии из-за увеличения беспорядка в смеси.Все самопроизвольные процессы с \ (ΔH \ ge 0 \) характеризуются увеличением энтропии на . В других случаях, таких как смешивание масла с водой, соли с бензином или сахара с гексаном, энтальпия раствора большая и положительная, и увеличения энтропии в результате образования раствора недостаточно для ее преодоления. Таким образом, в этих случаях решение не формируется.

Все самопроизвольные процессы с ΔH ≥ 0 характеризуются увеличением энтропии.

Таблица \ (\ PageIndex {2} \) суммирует, как энтальпийные факторы влияют на формирование раствора для четырех общих случаев.В крайнем правом столбце используются относительные величины энтальпийных вкладов, чтобы предсказать, сформируется ли решение из каждого из четырех. Имейте в виду, что в любом случае энтропия способствует образованию раствора. В двух случаях ожидается, что энтальпия раствора будет относительно небольшой и может быть как положительной, так и отрицательной. Таким образом, энтропийный вклад доминирует, и мы ожидаем, что решение будет легко образовываться. В двух других случаях ожидается, что энтальпия раствора будет большой и положительной.Энтропийный вклад, хотя и благоприятный, обычно слишком мал, чтобы преодолеть неблагоприятный член энтальпии. Следовательно, мы ожидаем, что решение придет нелегко.

В отличие от жидких растворов межмолекулярные взаимодействия в газах слабые (считается, что в идеальных газах их нет). Следовательно, смешение газов обычно является термически нейтральным процессом (\ (ΔH_ {soln} \ приблизительно 0 \)), и энтропийный фактор из-за увеличения беспорядка является доминирующим (рисунок \ (\ PageIndex {4} \)). Следовательно, все газы легко растворяются друг в друге во всех пропорциях с образованием растворов.

Пример \ (\ PageIndex {1} \)

Учитывая \ (\ ce {LiCl} \), бензойную кислоту (\ (\ ce {C6H5CO2H} \)) и нафталин, который будет наиболее растворимым, а какой — наименее растворимым в воде?

Дано : три соединения

Запрошено: относительная растворимость в воде

Стратегия : Оцените относительную величину изменения энтальпии для каждого шага в процессе, показанном на рисунке \ (\ PageIndex {2} \).Затем используйте Таблицу \ (\ PageIndex {2} \), чтобы предсказать растворимость каждого соединения в воде и расположить их в порядке уменьшения растворимости.

Решение:

Первое вещество, \ (\ ce {LiCl} \), является ионным соединением, поэтому для разделения его анионов и катионов и преодоления энергии решетки требуется много энергии (ΔH ₂ намного больше нуля в Уравнение \ (\ ref {13.1.1} \)). Поскольку вода является полярным веществом, взаимодействия между ионами Li ⁺ и Cl ^— и водой должны быть благоприятными и сильными.Таким образом, мы ожидаем, что \ (ΔH_3 \) будет намного меньше нуля, что делает LiCl растворимым в воде. Напротив, нафталин является неполярным соединением, и только силы лондонской дисперсии удерживают молекулы вместе в твердом состоянии. Поэтому мы ожидаем, что \ (ΔH_2 \) будет малым и положительным. Мы также ожидаем, что взаимодействие между полярными молекулами воды и неполярными молекулами нафталина будет слабым \ (ΔH_3 \ приблизительно 0 \). Следовательно, мы не ожидаем, что нафталин будет хорошо растворяться в воде, если будет вообще. Бензойная кислота имеет группу полярной карбоновой кислоты и неполярное ароматическое кольцо.Поэтому мы ожидаем, что энергия, необходимая для разделения молекул растворенного вещества (ΔH ₂ ), будет больше, чем для нафталина, и меньше, чем для LiCl. Сила взаимодействия бензойной кислоты с водой также должна быть промежуточной между LiCl и нафталином. Следовательно, ожидается, что бензойная кислота будет более растворимой в воде, чем нафталин, но менее растворимой, чем \ (\ ce {LiCl} \). Таким образом, мы прогнозируем, что \ (\ ce {LiCl} \) наиболее растворим в воде, а нафталин — наименее растворим.

Упражнение \ (\ PageIndex {1} \)

Принимая во внимание хлорид аммония, циклогексан и этиленгликоль (\ (HOCH_2CH_2OH \)), какой из них будет наиболее растворимым, а какой — наименее растворимым в бензоле?

Ответ

Наиболее растворимым является циклогексан; наименее растворимым является хлорид аммония.

Сводка

Растворы представляют собой гомогенные смеси двух или более веществ, компоненты которых равномерно распределены в микроскопическом масштабе. Компонент, присутствующий в наибольшем количестве, представляет собой растворитель, а компоненты, присутствующие в меньших количествах, являются растворенным веществом (ами). Образование раствора из растворенного вещества и растворителя — это физический процесс, а не химический. Смешивающиеся вещества, например газы, при смешивании образуют единую фазу во всех пропорциях.Вещества, образующие отдельные фазы, не смешиваются. Сольватация — это процесс, при котором частицы растворенного вещества окружены молекулами растворителя. Когда растворителем является вода, процесс называется гидратацией. Общее изменение энтальпии, которое сопровождает образование раствора, \ (ΔH_ {soln} \), представляет собой сумму изменения энтальпии для разрыва межмолекулярных взаимодействий как в растворителе, так и в растворенном веществе и изменения энтальпии для образования нового растворенного вещества. –Растворители взаимодействия. Экзотермические (\ (ΔH_ {soln} <0 \)) процессы способствуют образованию раствора.Кроме того, изменение энтропии, степени неупорядоченности системы, необходимо учитывать при прогнозировании образования раствора. Увеличение энтропии (уменьшение по порядку) способствует растворению.

15.6: Жидкостно-жидкие растворы — Chemistry LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

1. Жидкостно-жидкостные растворы
2. Резюме
3. Авторы и авторство

В 2010 году произошел крупный разлив нефти, когда взрыв на буровой установке в Мексиканском заливе выбросил миллионы галлонов сырой нефти в Персидский залив.Нефть — это прежде всего смесь углеводородов (органических соединений, состоящих только из атомов углерода и водорода). Благодаря своему составу масло не растворяется в воде. В результате была загрязнена значительная часть Мексиканского залива, а также значительная часть береговой линии в пострадавшем районе.

Жидкостно-жидкие растворы

Неполярные соединения не растворяются в воде. Силы притяжения, действующие между частицами в неполярном соединении, являются слабыми дисперсионными силами. Однако неполярные молекулы больше притягиваются к себе, чем к полярным молекулам воды.Когда неполярная жидкость, такая как масло, смешивается с водой, образуются два отдельных слоя, поскольку жидкости не растворяются друг в друге (рисунок ниже). Когда другая полярная жидкость, такая как этанол, смешивается с водой, они полностью смешиваются и растворяются друг в друге. Жидкости, растворяющиеся друг в друге во всех пропорциях, считаются смешиваемыми . Жидкости, не растворяющиеся друг в друге, считаются несмешивающимися . Общее правило определения способности одного вещества растворять другое — «подобное растворяется в подобном».Неполярное твердое вещество, такое как йод, растворяется в неполярной жидкости для зажигалок, но не растворяется в полярной воде.

Для молекулярных соединений основным фактором, способствующим растворению материала в воде, является способность образовывать водородные связи с водным растворителем. Небольшие соединения, такие как метанол, этанол, уксусная кислота и ацетон, имеют полярные группы, которые могут взаимодействовать с полярным \ (\ ce {H} \) водой.Однако по мере увеличения неполярной части молекулы растворимость в воде падает. Неполярная часть молекулы все больше отталкивает воду и в конечном итоге перекрывает взаимодействие полярного компонента с водой.

Сводка

• Жидкости, растворяющиеся друг в друге во всех пропорциях, могут смешиваться; жидкости, которые не растворяются друг в друге, не смешиваются.
• Общее правило определения способности одного вещества растворять другое — «подобное растворяется в подобном».
• Неполярные молекулы обычно нерастворимы в воде.
• Неионизированная молекула должна быть относительно полярной, чтобы взаимодействовать с молекулами воды.

Авторы и авторство

• Фонд CK-12 Шэрон Бьюик, Ричард Парсонс, Тереза ​​Форсайт, Шонна Робинсон и Жан Дюпон.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Определение решения в химии

Раствор представляет собой однородную смесь двух или более веществ.Решение может существовать на любом этапе.

Раствор состоит из растворенного вещества и растворителя. Растворенное вещество — это вещество, растворенное в растворителе. Количество растворенного вещества, которое может быть растворено в растворителе, называется его растворимостью. Например, в физиологическом растворе соль — это растворенное вещество, растворенное в воде в качестве растворителя.

Для растворов с компонентами в одной фазе вещества, присутствующие в более низкой концентрации, являются растворенными веществами, в то время как вещество, присутствующее в наибольшем количестве, является растворителем.Если взять воздух в качестве примера, кислород и углекислый газ являются растворенными веществами, а газообразный азот — растворителем.

Характеристики решения

Химический раствор проявляет несколько свойств:

• Раствор представляет собой однородную смесь.
• Раствор состоит из одной фазы (например, твердой, жидкой, газовой).
• Частицы в растворе не видны невооруженным глазом.
• Раствор не рассеивает луч света.
• Компоненты раствора нельзя разделить с помощью простой механической фильтрации.

Примеры решений

Любые два вещества, которые можно равномерно смешать, могут образовывать раствор. Несмотря на то, что материалы разных фаз могут объединяться, чтобы сформировать раствор, конечный результат всегда существует из одной фазы.

Пример твердого раствора — латунь. Примером жидкого раствора является водный раствор соляной кислоты (HCl в воде). Пример газообразного раствора — воздух.

Что такое жидкий раствор? Объясните на примере

Ответ: Раствор — это гомогенная смесь двух или более компонентов с размером частиц менее 1 нм.

Типичными примерами растворов являются сахар в воде и соль в водных растворах, содовая вода и т. Д. В растворе все компоненты появляются как одна фаза. Присутствует однородность частиц, т.е. частицы распределены равномерно. Вот почему вся бутылка безалкогольного напитка имеет одинаковый вкус.

Характеристики раствора

Растворы состоят из двух компонентов, один из которых является растворителем, а другой — растворенным веществом.

1. Что такое растворитель?

Компонент, растворяющий другой компонент, называется растворителем.

2. Что такое растворенное вещество?

Компонент (ы), растворенный / растворенные в растворителе, называется растворенным веществом (ами).

Обычно растворитель присутствует в большей пропорции по сравнению с растворенным веществом. Количество растворенного вещества меньше, чем растворителя. Растворенное вещество и растворитель могут находиться в любом состоянии вещества, то есть в твердом, жидком и газообразном состоянии.

Растворы в жидком состоянии состоят из твердого вещества, жидкости или газа, растворенного в жидком растворителе. Сплавы и воздух являются примерами твердых и газообразных растворов соответственно.

3. Примеры растворов

Следующие ниже примеры иллюстрируют растворитель и растворенные вещества в некоторых растворах.

Воздух представляет собой однородную смесь газов. Здесь и растворитель, и растворенное вещество являются газами.

Сахарный сироп — это раствор, в котором сахар растворяется в воде с помощью тепла. Здесь вода является растворителем, а сахар — растворенным веществом.

Настойка йода, смесь йода в спирте. Йод — растворенное вещество, тогда как спирт — растворитель.

Типы растворов

Жидкие растворы, такие как сахар в воде, являются наиболее распространенными, но есть также растворы, которые представляют собой газы или твердые вещества.Любое состояние вещества (твердое, жидкое или газообразное) может действовать как растворенное вещество или как растворитель во время образования раствора. Поэтому в зависимости от физического состояния растворенного вещества и растворителя мы можем разделить на девять различных типов растворов.

S.No Типы растворов Растворитель Примеры растворителей

1 Твердое-твердое твердое твердое тело Сплавы, такие как латунь, бронза

2 Твердое-жидкое твердое вещество Жидкость, раствор сахара, соли

3 Твердый газ-твердый газ Сублимация в воздух таких веществ, как йод, камфора и т. Д.

4 Жидкость-твердая жидкость твердая Гидратированные соли, ртуть в амальгамированном цинке и т. Д.

5 Жидкость-жидкость жидкая жидкость Спирт в воде, бензол в толуоле

6 Жидкость-газ сжиженный газ Аэрозоль, водяной пар в воздухе.

7 Газ-твердый газ твердый водород, абсорбированный палладием

8 Газ-жидкость газ-жидкость Газированные напитки

9 Газ-газ газовый газ Смесь газов и т. Д.

Свойства раствора

Различные свойства растворов следующие:

Это однородная смесь.