Курсовая работа (т): Растворимость солей в неводных растворителях

Растворимость солей в неводных растворителях

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ХАРЬКОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ В.Н. КАРАЗИНА

Кафедра физической химии

РАСТВОРИМОСТЬ СОЛЕЙ В НЕВОДНЫХ РАСТВОРИТЕЛЯХ

Курсовая работа

студентки гр. Х-134 химического факультета

СИНЬКО АННЫ ЕВГЕНЬЕВНЫ

Научный руководитель:

старший преподаватель Т.А. Чейпеш

ХАРЬКОВ 2014

Реферат

Курсовая работа содержит 24 страницы, 2 раздела, рисунков, таблицы, литературных источников.

Целью данной курсовой работы было изучение растворимости и растворимости солей в неводных растворителях.

В ходе работы были изучены такие понятия: растворимость, растворитель, неводный растворитель. Рассмотрены численные характеристики растворимости, а так же методы их определения; виды растворителей и их классификация; характеристики растворителей, определяющие растворимость различных классов веществ. Найдены литературные данные относительно растворимости 3 разных веществ в пяти различных растворителях, охарактеризованы закономерности растворимости и выделены основные причины различий растворимости веществ в разных растворителях.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: РАСТВОРИТЕЛЬ, РАСТВОРИМОСТЬ, РАСТВОР, НЕВОДНЫЕ РАСТВОРИТЕЛИ, РАСТВОРЯЕМОЕ ВЕЩЕСТВО, ПОЛЯРИЗАЦИЯ

Содержание

Реферат

Вступление

1. Понятие "растворимость"

2. Методы определения численных характеристик

2.1 Растворимость твердых веществ в жидкости

2.2 Растворимость газов в жидкости

2.3 Взаимная растворимость жидкостей

3. Растворители

3.1 Понятие "растворитель"

3.2 Требования, предъявляемые к растворителям

4. Классификация растворителей

5. Характеристики растворителей

5.1 Неорганические растворители

5.2 Органические растворители

6. Применение

7. Экспериментальная часть

7.1 Неводные растворы

7.2 Зависимость растворимости от природы растворенного вещества

7.3 Зависимость растворимости от природы растворителя

Список литературы

Вступление

Исторически применения растворителей достигает времен алхимии, и первым веществом, которое использовали в качестве растворителя, была вода. Длительный процесс поиска универсального растворителя, хотя и не имел успеха, привел ко многим новым растворителей, новых реакций, а также известного химического правила - подобное растворяется в подобном. Образование раствора является прежде всего химическим процессом. Растворитель выступает в роли активного участника химического процесса, существенно влияет на скорость, селективность, а иногда и на направление реакции.

Применение неводных растворителей в современной лабораторно-заводской практике расширяется с каждым днем. Использование таких жидких растворителей, как аммиак, фтороводород, уксусная кислота и других идет уже в промышленном масштабе. В неводных средах можно успешно получать такие вещества, которые иным способом синтезировать невозможно. Это безводные сульфиды щелочных металлов, применяемые в технологии изготовления полупроводниковых материалов и светящихся составов, различные полупродукты множества органических синтезов, Неводные растворители позволяют, с одной стороны, дифференцировать по силе те кислоты и основания, у которых кислотность или основность нивелирована в водном растворе.

С другой стороны, неводные растворители способны усилить протолитические способности разных веществ (по сравнению с водным раствором), и вызвать появление кислотно-оснόвных свойств у тех веществ, которые в водной среде ведут себя как непротолиты.

В изучении химии неводных растворителей достигнуты немалые успехи, но она все еще таит в себе много неожиданного и ждет новых исследователей. Дальнейшие исследования в этом направлении несомненно сыграют большую роль в формировании единой физико-химической теории растворов кислот и оснований.

Процесс взаимодействия растворителя и растворённого вещества называется сольватацией (если растворителем является вода - гидратацией).

Растворение протекает с образованием различных по форме и прочности продуктов - гидратов. При этом участвуют силы как физической, так и химической природы. Процесс растворения вследствие такого рода взаимодействий компонентов сопровождается различными тепловыми явлениями.

Энергетической характеристикой растворения является теплота образования раствора, рассматриваемая как алгебраическая сумма тепловых эффектов всех эндо - и экзотермических стадий процесса. Наиболее значительными среди них являются:

поглощающие тепло процессы - разрушение кристаллической решётки, разрывы химических связей в молекулах;

выделяющие тепло процессы - образование продуктов взаимодействия растворённого вещества с растворителем (гидраты) и др.

растворимость соль неводный растворитель

1. Понятие "растворимость"

Растворимость - способность вещества образовывать с другими веществами однородные системы - растворы <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A0%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE%D1%80>, в которых вещество находится в виде отдельных атомов <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%82%D0%BE%D0%BC>, ионов <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%98%D0%BE%D0%BD>, молекул <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%83%D0%BB%D0%B0> или частиц. Растворимость выражается концентрацией <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%BE%D0%BD%D1%86%D0%B5%D0%BD%D1%82%D1%80%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F_%D1%80%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B2> растворённого вещества в его насыщенном растворе <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9D%D0%B0%D1%81%D1%8B%D1%89%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D1%80%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE%D1%80> либо в процентах <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%BE%D1%86%D0%B5%D0%BD%D1%82>, либо в весовых или объёмных единицах, отнесённых к 100 г или 100 см³ (мл) растворителя (г/100 г или см³/100 см³). Растворимость газов в жидкости зависит от температуры и давления. Растворимость жидких <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%96%D0%B8%D0%B4%D0%BA%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C> и твёрдых веществ - практически только от температуры. Все вещества в той или иной степени растворимы в растворителях. В случае, когда растворимость слишком мала для измерения, говорят, что вещество нерастворимо. Для систем жидкость-газ и жидкость-твёрдое тело растворителями принято считать жидкофазный компонент; для систем жидкость-жидкость и твердое тело-твердое тело - компонент, находящийся в избытке.

Растворение - сложный физико-химический процесс. Физическая его часть - это разрушение структуры растворяемого вещества и распределение его частиц между молекулами растворителя. Химическая сторона процесса растворения - взаимодействие молекул растворителя с частицами растворенного вещества. В результате этого взаимодействия образуются сольваты - продукты переменного состава.

Растворимость вещества зависит от его природы и агрегатного состояния до растворения, а также от природы растворителя и температуры приготовления раствора.

2. Методы определения численных характеристик

2.1 Растворимость твердых веществ в жидкости

На растворимость любых веществ, прежде всего, влияет природа растворителя и растворенного вещества. Идеальные растворы образуются веществами, сходными по химическому составу и по физическим свойствам. Часто сходство и различие выражается в виде полярности молекул и отражается на растворимости: полярные вещества проще растворяются в полярных растворителях, а неполярные - в неполярных растворителях.

из внешних факторов наиболее значимым является температура. При образовании идеальных растворов твердого вещества в жидкости влияние температуры определяется уравнением И.Ф. Шредера:

Где

Х_i - растворимость i-го компонента (молярная доля i-го компонента в насыщенном растворе); ∆Н_i^{пл -} его молярная теплота плавления.

Поскольку ∆Н_i^пл>0, то >0, следовательно, идеальная растворимость твердого вещества в жидкости приповышении температуры всегда увеличивается.

Интегрирование уравнения в пределах от Х_і¹ до Х_і² и от Т₁ до Т₂ приводит к уравнению:

Если Х_i¹ (чистый компонент) Т₁ =Т_і^{0 пл,} тогда:

Для реальных растворов уравнение имеет другой вид:

Где а_i - растворимость, выражается в виде активности растворенного вещества; ∆Н_і^раств - молярная теплота растворения вещества в насыщенном растворе.

Поскольку ∆Н_і^раств может иметь и положительные, и отрицательные значения, и даже равняться нулю, то и первая производная , так же имеет разные знаки:

> 0, с ростом температуры растворимость увеличивается;

< 0, с ростом температуры растворимость уменьшается;

= 0, изменение температуры влияет на растворимость.

2.2 Растворимость газов в жидкости

Влияние давления газа на растворимость выражается законом Генри:

Р₂=КХ₂

Где Р₂ - парциальное давление расстворенного газа, К - константа Генри, Х₂-молярная доля растворенного газа в растворе;

Закон Генри был получен для газов, не вступающих в химическое взаимодействие с растворителем, применим при постоянной температуре и невысоких давлениях.

Он может быть применен и для растворов летучих жидкостей при образовании бесконечно разбавленого раствора.

Рис. 1.1 Зависимость давления от состава раствора в реальных системах

Рассмотрим линию парциального давления компонента А. В области растворов с большим содержанием компонента А он является растворителем, и зависимость P_A=f (X_A), выражается прямой, совпадающей с прямой P_A=P_A⁰∙X_A (пунктирная линия по закону Рауля). В области больших содержаний компонента В, компонент А является растворенным веществом, заависимость P_A=f (X_A) на этом участке так же прямолинейна, но подчиняется закону Генри Р_А=КХ_А и идет по прямой не совпадающей с пунктирной линией, так как в реальных газах К≠Р_А С расширением интервала концентраций идеального состояния раствора прямолинейные отрезки кривых увеличиваются. Если же раствор будет идеальным при всех концентрациях, то уравнение законов Рауля и Генри будут тождвестнными, К=Р₂⁰. В этом случае кривые становятся прямыми линиями.

Закон Генри будет записан в другой форме.

Растворимость газа не вступающего в химическое взаимодействие с растворителем, прямопорциональна его парциальному давлению в газовой фазе.

Мерой растворимости газа служит так же а - коэффициент поглощения (коэффициент адсорбции). Это объем газа, приведенный к нормальным условиям, растворенный в одном объеме растворителя.

На растворимость газов влияет присутствие и третьего компонента. Так в водных солевых растворах растворимость газа меньше.

Зависимость растворимости газа в водном растворе от концентрации соли выражается уравнением Сеченова:

Где Х₀, Х - мольные доли газа в жидкой воде и солевом растворе соответственно, С-концентрация соли, моль/л; К - константа характерная для данной соли.

При совместной растворимости нескольких газов каждый газ растворяется в жидкости независимо от других газов.

2.3 Взаимная растворимость жидкостей

На растворимость жидкостей друг в друге, кроме природы жидкостей, большое влияние оказывает температура.

Возрастание растворимости с повышение температуры:

Рис. 1.2 Диаграмма взаимной растворимости двух жидкостей

Линия аК - линия растворимости В и А в зависимости от температуры. Линия bК - линия растворимости А и В. Область аКb - область равновесного существования двух жидких фаз, состав которых находится на линиях аК и bК. Точка К - верхняя критическая точка растворения.

При повышении температуры взаимная растворимость компонентов увеличивается и состав равновесных жидких фаз изменяется.

положение верхней критической температуры можно определить, применив правило Алексеева: середины нод ложаться на общую прямую, которая заканчивается в критической точке растворения.

3. Растворители

3.1 Понятие "растворитель"

Растворители - индивидуальные химические соединения или их смеси, способные растворять различные вещества, то есть образовывать с ними однородные системы переменного состава двух или большего числа компонентов.

К растворителям относятся вещества, обладающие свойствами:

обладающие активной растворимостью;

неагрессивны к растворяемому веществу и аппаратуре;

отличающиеся минимальной токсичностью и огнеопасностью;

доступны и дешевы.

3.2 Требования, предъявляемые к растворителям

В принципе, любое вещество может быть растворителем для какого-либо другого вещества. Однако на практике к растворителям относят только такие вещества, которые отвечают определённым требованиям.

должны быть устойчивыми при хранении, химически и фармакологически индифферентными

должны обладать высокой растворяющей способностью

должны быть дешевыми, общедоступными и иметь простой способ получения

не должны обладать неприятным вкусом и запахом

не должны быть огнеопасными и летучими

не должны служить средой для развития микроорганизмов

4. Классификация растворителей

Растворители классифицируют по физическим и химическим свойствам.

По физическим свойствам растворы классифицируют:

По диэлектрической проницаемостью (ε) растворители подразделяются на растворители с низкой (1,9-12), средней (12-50) и высокой (?50) величиной проницаемости;

По плотности растворители подразделяют на растворители с низкой плотностью (?2 спз), со средней (2-10 спз) и высокой (?10 спз) плотностью;

По температуре кипения (при 760 мм рт. Ст) делятся на растворители с низкой (?100° С), средней (100-150° С) и высокой (?150° С) температурой кипения;

По возможности до испарения в соответствии с температурой испарения растворы подразделяются на легколетучие (˂10), средне летучие (10-35) и трудно летучие (˃35) растворители.

По сочетанием восьми физических характеристик: функции Кирквуда, мольной рефракции, параметру растворимости Гильдебранда, показателя преломления, температуры кипения, дипольного момента, а также энергий высшей заполненной и нижней незаполненной молекулярных орбиталей: