16: Хімічна активність компонентів розчину
- Page ID
- 21752
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
Нас часто цікавлять процеси рівноваги, які відбуваються в розчині при постійній температурі. Якщо нам вдасться знайти діяльність видів, що складають рішення, можна описати термодинаміку таких процесів. Для вимірювання активності видів в розчині розроблено безліч експериментальних методів. Взагалі, точне вимірювання хімічної активності є експериментально вимогливим. У цьому розділі ми розглянемо деякі основні поняття, що беруть участь. Ми зосереджуємося насамперед на молекулярних розчинниках і розчинених речовині; тобто нейтральних молекулах, які існують як такі в розчині. Ми запроваджуємо спрощену модель, яка називається моделлю ідеального рішення, яка часто є корисним наближенням, особливо для розбавлених розчинів. У розділах 16.16 - 16.18 ми торкаємося особливих питань, які виникають при розгляді діяльності розчинених іонів.
- 16.1: Розчини, компоненти яких знаходяться в рівновазі з власними газами
- Один із способів пошуку діяльності - знайти склад і тиск газової фази, яка знаходиться в рівновазі з розчином. Якщо гази не ідеальні, нам також потрібні експериментальні дані про часткові молярні обсяги компонентів в газовій фазі. Збір таких даних доцільний для розчинів летких молекулярних рідин. Для розчинів електролітів або інших нелетких компонентів потрібні інші методи.
- 16.2: Закон Рауля та ідеальні рішення
- Ідеальним рішенням є однорідний рідкий розчин, який знаходиться в рівновазі з ідеальним газовим розчином, в якому тиск пари кожного компонента задовольняє закону Рауля, який стверджує взаємозв'язок між газо-і розчинно-фазовими молями розчиненої речовини, тиском пари чистої рідини і тиск системи.
- 16.8: Коли розчинна речовина підпорядковується закону Генрі, розчинник підкоряється закону Рауля
- Коли розчинна речовина підпорядковується закону Генрі, а розчинник поводиться як ідеальний газ у газовій фазі над його розчином, розчинник підпорядковується закону Рауля.
- 16.9: Властивості ідеальних рішень
- Ми знайшли хімічний потенціал будь-якого компонента в ідеальному рішенні. Тепер знайдемо деякі інші термодинамічні властивості ідеального рішення. Значення великої термодинамічної властивості розчину буде сумою значень цієї властивості для окремих чистих компонентів плюс зміна, що відбувається при змішуванні цих компонентів.
- 16.11: Колігативні властивості - депресія точки замерзання
- Точка замерзання чистого розчинника, при заданому тиску, - це температура, при якій хімічний потенціал чисто-твердого розчинника дорівнює хімічному потенціалу чисто-рідкого розчинника. Точка замерзання розчину - це температура, при якій хімічний потенціал чисто-твердого розчинника дорівнює хімічному потенціалу розчинника фази розчинника. Температура замерзання розчину менше, ніж температура замерзання чистого розчинника; ця різниця - заморожування-р
- 16.12: Колігативні властивості - осмотичний тиск
- Явища підйому температури кипіння та депресії точки замерзання передбачають взаємозв'язок між складом і рівноважною температурою — при постійному тиску в системі. Тепер ми перейдемо до явища, осмотичного тиску, яке передбачає взаємозв'язок між складом і рівноважним тиском - при постійній температурі системи.
- 16.13: Колігативні властивості - розчинність розчиненої речовини в ідеальному розчині
- Хоча результат має мало практичних застосувань, ми також можемо використовувати ці ідеї для розрахунку розчинності твердої розчинної речовини в ідеальному рішенні. Аргументи подібні до тих, які ми використовували для оцінки депресії точки замерзання розв'язку. Точка замерзання розчину - це температура, при якій розчин знаходиться в рівновазі зі своїм чисто-твердим розчинником. Розчинність розчиненої речовини - це мольна частка розчиненої речовини в розчині, який знаходиться в рівновазі з чисто-твердим розчиненим речовиною.
- 16.14: Колігативні властивості - Розчинність газу
- Те, що розчинність газів, як правило, зменшується з підвищенням температури, є відомим експериментальним спостереженням. Це стоїть на відміну від спостереження, що розчинності рідких або твердих речовин - при P і T -речовин, як правило, збільшуються зі збільшенням температури. Наш аналіз розчинності в газі забезпечує задовольняючу теоретичну інтерпретацію для експериментального спостереження, яке в іншому випадку виявляється неінтуїтивним.
- 16.17: Діяльність електролітів - середній коефіцієнт активності
- ми не можемо визначити активність або коефіцієнт активності для окремого іона експериментально. Середній коефіцієнт активності можна визначити експериментально як функцію моляльності, але індивідуальні коефіцієнти активності не можуть. Загальноприйнято представляти результати вимірювань активності електролітичних розчинів у вигляді таблиці або графіка, який показує середній коефіцієнт активності як функцію сольової молярності. Дебіенд Хюкель розробив таку теорію.
- 16.18: Діяльність електролітів - теорія Дебая-Хюкеля
- Теорія Дебая-Хюкеля призводить до рівняння для коефіцієнта активності іона в розчині. Теорія дає точні значення активності іона в дуже розведених розчинях. Коли концентрації солі стають більшими, точність моделі Дебея-Хюкеля зменшується. Як грубе емпіричне правило, теорія дає корисні значення коефіцієнтів активності розчинених іонів в розчині, загальні концентрації солей яких менше приблизно 0,01 мол. Теорія заснована на електростатичній моделі.
Мініатюра: Вплив утворення розчину на ентропію. (CC BY-SA-NC; анонімний за запитом)