Идеальные растворы. Закон Рауля и следствия из него

Урок посвящен теме «Фазовые состояния веществ. Дисперсные системы. Способы выражения концентрации». Вы познакомитесь с определениями фазы или фазового состояния вещества, познакомитесь с гомогенными и гетерогенными системами. Узнаете, как классифицируются смеси веществ. Подробно познакомитесь с дисперсной системой и её видами, коллоидной системой и её видами и истинными растворами, с понятием насыщенности раствора и растворимостью вещества.

Тема: Растворы и их концентрация, дисперсные системы, электролитическая диссоциация, гидролиз

Урок: Фазовые состояния веществ. Дисперсные системы. Способы выражения концентрации

1. Классификация дисперсионных систем по агрегатному состоянию

Необходимо различать понятия агрегатного и фазового состояния веществ.

Фаза - однородная по составу и свойствам часть рассматриваемой системы, отделенная от других фаз поверхностями раздела, на которых скачком изменяются некоторые свойства системы - например, плотность, электропроводность, вязкость.

Фаза - это гомогенная часть гетерогенной системы.

Например, если мы нальем подсолнечное масло в воду, мы получим систему, находящуюся в одном агрегатном состоянии - в жидком. Но вещества в ней будут находиться в двух различных фазах: одна - это вода, другая - это растительное масло, и между ними будет отчетливая граница, так называемая поверхность раздела. Значит, система будет гетерогенной.

Другой похожий пример: если смешать муку и сахарный песок, мы получим систему, где вещества находятся в одном агрегатном состоянии, но в двух различных фазах, и система является гетерогенной.

Рис. 1. Классификация дисперсных систем

Не всегда получается четко провести границу между понятиями «гомогенная» и «гетерогенная» система. При увеличении размера частиц, смесь веществ делят на грубодисперсные, коллоидные растворы и истинные растворы. См. рис. 1.

Дисперсной называют систему, в которой одно вещество в виде мелких частиц распределено в объёме другого.

Дисперсная фаза - это вещество, которое присутствует в дисперсионной системе в меньшем количестве. Она может состоять и из нескольких веществ.

Дисперсионная среда - это вещество, которое присутствует в дисперсионной системе в большем количестве, и в объеме которого распределена дисперсная фаза. Рис. 2.

Грубодисперсные системы

Дисперсионную среду и дисперсную фазу могут составлять вещества, находящиеся в различных агрегатных состояниях. В зависимости от сочетания дисперсионной среды и дисперсной фазы выделяют 8 типов таких систем. См. Табл. 1.

Классификация дисперсных систем по агрегатному состоянию

2. Некоторые свойства грубодисперсных систем

Грубодисперсные системы с жидкой или газообразной дисперсионной средой постепенно разделяются на составляющие компоненты. Срок таких процессов может быть различным. Именно они определяют сроки годности и сроки возможного использования и продуктов питания, и других веществ, содержащих дисперсные системы. В случае веществ с твердой дисперсионной средой, их свойства определяются размерами частиц дисперсной фазы. Например, пемза не тонет в воде. Потому что вода не может проникнуть в поры, находящиеся внутри камня, и средняя плотность объекта становится меньше плотности воды.

Грубодисперсные системы хорошо рассматривать в микроскоп. Именно этим свойством воспользовался в 1827 году шотландский ботаник Джон Броун, который обнаружил хаотическое движение мельчайших частичек пыльцы и других веществ, взвешенных в воде. Позднее данное явление было названо броуновским движением и стало одно из основ молекулярно-кинетической теории.

3. Коллоидные растворы

Коллоидные системы

Коллоидные системы подразделяют на:

· ЗОЛИ - дисперсная фаза не образует сплошных жестких структур.

· ГЕЛИ - частицы дисперсной фазы образуют жесткие пространственные структуры. Примеры: сыр, хлеб, мармелад, зефир, желе, холодец.

Раствор белка в воде - коллоидный раствор. Коллоидные растворы прозрачны, но рассеивают свет.

При пропускании света через прозрачный сосуд с раствором, можно наблюдать светящийся конус.

С помощью специального микроскопа в коллоидных растворах можно обнаружить отдельные частицы.

Вещества в коллоидном состоянии принимают участие в образовании многих минералов, таких как агат, малахит, опал, сердолик, халцедон, жемчуг. См. рис. 3.

Есть гели и в человеческом теле. Это волосы, хрящи, сухожилья. Много золей и гелей находится в организме человека, поэтому один из ученых отечественной химической науки И. И. Жуков сказал, что человек - это ходячий коллоид.

Коагуляция

Коагуляция - это слипание коллоидных частиц и их оседание из раствора.

Почему природа столь часто отдает предпочтение именно коллоидному состоянию вещества? Дело в том, что вещества в коллоидном состоянии имеют большую поверхность раздела между фазами. Это облегчает протекание реакции обмена веществ, которая происходит именно на поверхности раздела. Для коллоидных частиц большое значение имеет площадь их поверхности. Коллоидные частицы легко адсорбируют на своей поверхности различные вещества. Например, ионы как бы приклеиваются к их поверхности. При этом коллоидные частицы приобретают положительный или отрицательный заряд. Частицы с одинаковым зарядом будут отталкиваться друг от друга. Если в коллоидную систему добавить электролит, лишенные поверхностного заряда частицы начнут слипаться в более крупные образования. Происходит коагуляция коллоида, которая сопровождается выпадением осадка. Коагуляцию можно вызвать и другими воздействиями, например, нагреванием. Такие явления имеют большое значение, как в природе, так и в промышленности.

4. Истинные растворы, способы выражения состава раствора

Истинные растворы

Состояние растворов определяется концентрацией растворенных веществ, температурой и давлением. При растворении вещества в каком-нибудь растворителе при постоянной температуре и давлении, концентрация растворенного вещества не будет расти бесконечно. В какой-то момент оно перестанет растворяться, и достигается его максимально возможная концентрация. Наступит динамическое равновесие, которое заключается в том, что часть вещества постоянно растворяется, а часть переходит из раствора в осадок. Но при этом концентрация растворенного вещества больше меняться не будет.

Насыщенный раствор - это раствор, который находится в фазовом равновесии с растворяемым веществом.

Пересыщенный раствор - это раствор, в котором содержится больше растворенного вещества, чем в насыщенном растворе при одинаковых температуре и давлении.

Так как растворимость большинства веществ увеличивается с увеличением температуры, то получить пересыщенный раствор можно при охлаждении насыщенного при более высокой температуре раствора. Пересыщенный раствор нестабилен, и внесение в него небольшого кристалла, попадание пыли или даже резкий толчок могут вызвать быструю кристаллизацию растворенного вещества.

Ненасыщенный раствор - это раствор, содержащий растворенного вещества меньше, чем его может содержаться в насыщенном растворе того же вещества при одинаковых температуре и давлении.

Растворимость - это масса порции растворенного вещества, которую при данной температуре и давлении необходимо растворить в определенном количестве растворителя для приготовления насыщенного раствора. Чаще всего рассматривают растворимость в 100 г, в 1 кг или 1 л растворителя.

Для выражения количественного состава раствора используется понятие массовой доли растворенного вещества. Это отношение растворенного вещества к суммарной массе раствора.

Молярная концентрация - это отношение количества вещества в молях к объёму раствора.

Области применения истинных растворов весьма обширны. Поэтому очень важно уметь приготавливать растворы соответствующих веществ.

Подведение итога урока

На уроке была рассмотрена тема «Фазовые состояния веществ. Дисперсные системы. Способы выражения концентрации». Вы познакомились с определениями фазы или фазового состояния вещества, узнали, что такое гомогенные и гетерогенные системы, классификацию смеси веществ. Подробно познакомились с дисперсной системой и её видами, коллоидной системой и её видами и истинными растворами, с понятием насыщенности раствора и растворимостью вещества.

Список литературы

1. Рудзитис Г. Е. Химия. Основы общей химии. 11 класс: учебник для общеобразовательных учреждений: базовый уровень / Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фельдман. - 14-е изд. - М.: Просвещение, 2012.

2. Попель П. П. Химия: 8 кл.: учебник для общеобразовательных учебных заведений / П. П. Попель, Л. С.Кривля. - К.: ИЦ «Академия», 2008. - 240 с.: ил.

3. Габриелян О. С. Химия. 11 класс. Базовый уровень. 2-е изд., стер. - М.: Дрофа, 2007. - 220 с.

1. Internerurok. ru .

2. Hemi. nsu. ru .

3. Chemport. ru .

Домашнее задание

1. №№10-13 (с. 41) Рудзитис Г. Е. Химия. Основы общей химии. 11 класс: учебник для общеобразовательных учреждений: базовый уровень / Г. Е. Рудзитис, Ф. Г. Фельдман. - 14-е изд. - М.: Просвещение, 2012.

2. Чем определяется срок годности косметических, медицинских и пищевых гелей?

3. Как коллоидные системы иллюстрируют тезис об относительности истины?

I . Вступление.

На прошлом занятии вы писали к/р по теме «Основные классы неорганических веществ». Результаты этой работы следующие…

До сих пор мы говорили об отдельных, индивидуальных веществах, теперь перейдем к рассмотрению многокомпонентных систем, состоящих из 2-х или более веществ.

Тема нашего сегодняшнего занятия «Концентрация растворов».- запись темы в тетрадь

II . Проверка знаний и обобщение.

Начнем с того, что вы ответите на следующие вопросы:

1 .Что называется раствором?

(Раствор - это гомогенная физико-химическая система, состоящая из 2-х или более частей (компонентов), относительные количества которых могут меняться в довольно широких пределах.)

2. Почему раствор мы называем гомогенной и физико-химической системой?

(Гомогенной , т.к. все компоненты находятся в одном агрегатном состоянии.)

3 .Каком?

(Растворы бывают твердыми, жидкими, газообразными. Примеры твердых растворов - сплавы металлов, газообразных – воздух).

Физико-химической системой раствор является потому, что

А) однородность растворов делает их очень сходными с химическими соединениями;

Б) выделение теплоты при растворении некоторых веществ тоже указывает на химическое взаимодействие между растворителем и растворяемым веществом.

В) отличие растворов от химических соединений состоит в том, что состав раствора может изменяться в широких пределах. При растворении вещества могут приобретать химические свойства, не проявляются в индивидуальном виде.

Г ) кроме того, в свойствах раствора можно обнаружить многие свойства его отдельных компонентов, что не наблюдается в случае химического соединения.

Запись схемы:

Растворы

Признаки Признаки

Физической системы химической системы

(механических смесей) (химические соед.)

Непостоянство состава - однородность состава

Проявление индивидуальных - выделение Q за счет

свойств компонентов разрушения и образования связей

Непостоянство состава растворов приближает его к механическим Таким образом, растворы занимают промежуточное положение между механическими смесями и химическими соединениями.

4. Какие вещества называют растворителями? Или как определить какое вещество в растворе является растворителем, а какое растворенным веществом?

(Растворителем считают ту составную часть раствора, которая в чистом виде находилась в том же агрегатном состоянии, что и полученный раствор. Если оба компонента до приготовления раствора находились в одинаковых агрегатных состояниях, то растворителем считают то вещество, которое взято в большем количестве (например, спирт и вода).

5. Мы выяснили, что является раствором, растворенным веществом и растворителем. А что из себя представляет процесс растворения?

(Растворение – это процесс равномерного распределения частиц (молекул, ионов) растворенного вещества между молекулами растворителя.

6. И только ли? Происходит ли при растворении разрыв и образование связей? Поясните.

(Да, например, при растворении кристалла в жидкости происходит следующее: [стр.210 Глинка учебник]).

Когда вносят кристалл в жидкость, от поверхности его отрываются отдельные молекулы. Последние благодаря диффузии равномерно распределяются по всему объему растворителя. Отделение молекул от поверхности твердого тела вызывается, с одной стороны, их собственными колебательными движениями, а с другой – притяжением со стороны молекул растворителя. Этот процесс должен был бы продолжаться до полного растворения любого количества кристаллов, если бы одновременно не происходил обратный процесс – кристаллизация. Перешедшие в раствор молекулы, ударяясь о поверхность еще не растворившегося вещества, снова притягиваются к нему и входят в состав его кристаллов.

7. Как вы думаете, количество вещества, которое может раствориться при данной температуре безгранично?

(Нет. Способность вещества растворяться всегда ограничена).

8 . А как определить как много может раствориться вещества при данных Т, V ?

(Количество вещества, которое может раствориться при данной температуре в определенном количестве растворителя, называется растворимостью).

Существует несколько способов выражения растворимости:

г или моль растворенного вещества в 1 дм 3 (1 л) р-ра – г/дм 3 р-ра (г/л р-ра) или г в-ва в 100 г растворителя – г/100г р-ля и др.

Растворимость разных веществ в воде может различаться очень сильно. Например, при Т= 25 С растворимость NaCl в H 2 O составляет 36 г в 100 г H 2 O . При тех же условиях растворимость AgCl равна лишь 0,00014 г в 100 г H 2 O .

9 . А если мы попробуем при Т=25 С в 100 г H 2 O растворить 40 г NaCl ?

(Нет, у нас ничего не получится, т.к. каждое вещество имеет свой предел растворимости в H 2 O . При данных условиях растворяется только 36 г NaCl в 100 г H 2 O , а 4 г останутся в виде кристаллов (осадка).

10. А как называется раствор, в котором при данной температуре вещество больше не растворяется?

(Насыщенным . Если вещество еще может растворяться в данном растворе, то он называется ненасыщенным ).

Из сказанного следует, что

III . Объяснение нового материала.

Концентрация вещества в насыщенном растворе равна его растворимости, концентрация вещества ненасыщенного раствора всегда меньше величины растворимости.

Как вы думаете, растворимость веществ зависит от каких-либо условий? Поясните.

(Да. Растворимость большинства твердых веществ с повышение температуры увеличивается. Для газов и жидкостей обычно наоборот.

А какие растворы называются разбавленными и концентрированными?

(Деление растворов на разбавленные и концентрированные – условно. Например, концентрированная серная кислота содержит 98% H 2 SO 4 и 2% H 2 O . 40 %-ный раствор этой кислоты уже считается разбавленным. В то же время концентрированный р-р HCl содержит лишь 36% HCl . Условно разбавленными можно считать те растворы, в 1 дм 3 (л) которых содержится не более 1 моль растворенного вещества.

Большое значение для химии и технологии имеют методы количественного выражения состава растворов. К рассмотрению которых мы и переходим.

Способы выражения количественного состава растворов.

Количества растворенного вещества и растворителя могут измеряться в разных единицах. В связи с этим существует несколько способов выражения состава.

1. Массовая доля растворенного вещества

Массовая доля w показывает, какая масса растворенного вещества содержится в 100 г раствора.

Нужно помнить, что m р-ра = m р.в-ва +m р-ля

Пример: Сколько г сахара необходимо растворить в 500г воды, чтобы приготовить раствор с массовой долей 5%?.

Решение : Обозначим необходимое количество сахара через х, тогда

m р.в-ва =х

m р-ра =х+ m H 2 O =х+500

2. Молярная концентрация раствора

Молярная концентрация С м показывает количество растворенного вещества? в моль, которое содержится в 1 дм 3 (1л) р-ра.

Расчет ведется по формуле:

Пример: Какова молярная концентрация р-ра глюкозы в 500 см 3 которого содержится 2г глюкозы C 6 H 12 O 6 ?

Решение : Вспомним, что количество вещества рассчитывается, как

Тогда С м = = моль/дм 3.

Пример: Массовая доля сахарозы в растворе равна 10%. Какова молярная концентрация сахарозы, если плотность раствора равна 1,1г/см 3.

Решение: Пусть V р-ра=1 дм 3 или 1л, тогда 1 дм 3 имеет массу 1100г, а m сахарозы равна:

х=110г; М(C 12 H 22 O 11)=342 г/моль,

тогда С м = =0,322 моль/дм 3

Ответ: 0,322моль/дм 3

3. Молярная концентрация эквивалента (нормальность).

Чтобы лучше понять сущность этого способа, рассмотрим некоторые основные понятия.

Эквивалентом называют реальную или условную частицу, которая может замещать, присоединять, высвобождать или быть каким-либо другим споссобом эквивалента одному иону водорода в кислотно-основных или ионообменных реакциях или одному е в окислит-восст. Реакциях.

Например, эквивалентом гидроксида калия и соляной кислоты будут соответственно молекула КОН и молекула НСl ,серной кислоты? молекулы H 2 SO 4

HCl+NaOH=NaCl+H 2 O

2HCl+Ca(OH) 2 =CaCl 2 +2H 2 O

3HCl+Al(OH) 3 =AlCl 3 +3H 2 O

В первой реакции одному иону водорода эквивалентна молекула NaOH ; во второй реакции одному илну водорода эквивалентна условная частица-половина молекулы Ca(OH) 2 ; в третьей реакции эквивалентом является одна треть молекулы Al(OH) 3 .

Фактор эквивалентности – число, показывающее, какая доля реальной частицы Х эквивалентна одному иону водорода в данной кислотно-основной реакции или одному электрону – в данной окислительно-восстановительной реакции.

Фактор эквивалентности вещества Х обозначается так f экв (Х).

В приведенных реакциях:

f экв (NaOH )=1; f экв (Ca(OH) 2 )=1/2; f экв (Al(OH) 3 )=1/3.

Во всех случаях:

f экв (кислоты)=1/основность;

f экв (основания)=1/кислотность;

f экв (соли)=1/число катионов*валентность Ме);

f экв (окислителя)=1/число принятых е

f экв (восстановителя)=1/число отданных е.

Молярная масса эквивалента вещества Х равна:

Произведению фактора эквивалентности вещества Х на его молярную массу.

М экв(Х)=f экв(Х)*М(f) . Значит,

М экв(NaOH )=1*40=40г/моль;

М экв(Ca(OH) 2 )=1/2*74=37г/моль;

М экв(Al(OH) 3 )=1/3*78=г/моль.

Количество вещества эквивалента равно массе вещества Х, деленной на молекулярную (молярную) массу эквивалента.

Например,

Молярная концентрация эквивалента вещества Х (нормальность) Сн и выражается в моль-экв/дм 3.

Молярная концентрация эквивалента – отношение количества вещества эквивалента к объему раствора.

Сн= ,где V- объем в дм 3

Пример: В 1 дм 3 воды растворили 150 г воды. Плотность полученного раствора 1,1г/см 3 . Определите молярную концентрацию эквивалента (нормальность).

Решение: Масса полученного раствора: 1000+150=1150г

V р-ра=1150/1,1=1045см 3 =10,45дм 3

Экв. ( H 2 SO 4 )=m . ( H 2 SO 4 )/М экв. ( H 2 SO 4 )

Экв. ( H 2 SO 4 )=150/49=3,06моль-экв.

С экв. . ( H 2 SO 4 )= ? экв. ( H 2 SO 4 )/V =3,06/1,045=2,93моль-экв/дм 3

Ответ: Сн=2,93 моль-экв/дм 3

3. Моляльность раствора

Моляльность раствора – количество растворенного вещества, приходящееся на 1 кг растворителя.

Сm – обозначение; выражается в моль/кг.

Сm=

Пример: Массовая доля гидроксида калия в растворе равна 10%. Рассчитайте моляльность раствора.

Решение : Массовая доля 10% указывает, что но каждые 90 г воды приходится 10 г КОН. Рассчитаем массу гидроксида калия, приходящуюся на 1 кг воды.

10г-----90г воды,

Х г-------1000г воды;

Х= 10000/90=111г.

Р.в-ва= 111/59г/моль=2 моль.

Сm =2 моль/1кг=2моль/кг.

4. Мольная доля.

Мольная доля – это отношение количества растворенного вещества к общему количеству растворенного вещества и растворителя.

Обозначается,как N р.в.=

До задачи нужно сказать, что N р.в.+ N р-ля=1

Решение: Находим количество йода и тетрахлорида углерода в данном растворе:

?(J 2 )=20г/254г/моль=0,079моль

? (ССl 4 )=500г/154г/моль=3,25моль

N (J 2 )=0,079/(0,079+3,25)=0,024

N (ССl 4 )=1-0,024=0,976

Ответ: 0,024; 0,976.

6. Титр.

Титр – это количество грамм растворенного вещества, содержащееся в 1 мл раствора, т.е.

Д/з: Решить задачи:

1.1,33г хлорида алюминия растворили в 200см 3 воды. Плотность полученного раствора 1,05 г/см 3 . Рассчитайте массовую долю растворенного вещества, молярную концентрацию, моляльность, молярную концентрацию эквивалента, мольные доли хлорида алюминия и воды.

2.Задачи Глинка « Задачи и упражнения по общей химии» стр.103 №391-398,408,413,418,414,424,428.

Дарвин показал, что основные факторы эволюции органического мира, то есть наследственная изменчивость, борьба за существование и естественный отбор, приложимы и к эволюции человека. Благодаря им организм древней человекообразной обезьяны претерпел ряд морфофизиологических изменений, в результате которых выработалась вертикальная походка, разделились функции рук и ног.

Для объяснения антропогенеза недостаточно одних биологических закономерностей. Качественное своеобразие его вскрыл Ф.Энгельс, указав на социальные факторы: труд, общественную жизнь, сознание и речь. Труд - важнейший фактор эволюции человека

Труд начинается с изготовления орудий труда. Это, по словам Энгельса, «первое основное условие всей человеческой жизни, и притом в такой степени, что мы в известном смысле должны сказать: труд создал самого человека». Основной движущей силой антропогенеза явился труд, в процессе которого человек сам создает орудия труда. Наиболее высокоорганизованные животные могут употреблять предметы в качестве готовых орудий, но не способны создатьих. Животные только пользуются дарами природы, человек же изменяет ее в процессе труда. Животные также изменяют природу, но не преднамеренно, а лишь потому, что находятся и живут в природе. Их воздействие на природу сравнительно с воздействием на нее человека ничтожно.

Морфологические и физиологические преобразования наших обезьяноподобных предков правильнее будет назвать антропоморфозами, так как вызвавший их основной фактор - труд - был специфичен только для эволюции человека. Особенно важным было возникновение прямой походки. Размеры и масса тела обезьян увеличились, возник S-образный изгиб позвоночного столба, придавший ему гибкость, образовалась сводчатая пружинящая стопа, расширился таз, упрочился крестец, челюстной аппарат стал более легким и т.д. Прямохождение установилось не сразу. Это был весьма длительный процесс отбора наследственных изменений, полезных в трудовой деятельности. Предположительно он длился миллионы лет. Биологически прямохождение принесло человеку немало осложнений. Оно ограничило быстроту его передвижения, лишило подвижности крестец, что затруднило роды; длительное стояние и ношение тяжестей иногда приводит к плоскостопию и расширению вен на ногах. Зато благодаря прямохождению освободились руки для орудий труда. Возникновение прямохождения, по мнению Ч.Дарвина, а затем Ф.Энгельса, стало решающим шагом на пути от обезьяны к человеку. Благодаря прямохождению у обезьяноподобных предков человека руки освободились от необходимости поддерживать тело при передвижении по земле и приобрели способность к разнообразным движениям.

В начале процесса формирования человека рука у него была слаборазвитой и могла производить лишь самые простые действия. Особи с наследственными изменениями верхних конечностей, полезными для трудовых операций, преимущественно сохранялись благодаря естественному отбору. Ф.Энгельс писал, что рука не только орган труда, но и продукт труда. Различие между рукой человека и рукой человекообразных обезьян огромно: ни одна обезьяна не может изготовить своей рукой даже самый простой каменный нож. Понадобилось весьма длительное время для того, чтобы наши обезьяноподобные предки перешли от использования предметов окружающей природной среды в качестве орудий к их изготовлению. Самые примитивные орудия труда облегчают зависимость человека от окружающей природы, расширяют его кругозор, открывая в предметах природы новые, неизвестные свойства; наконец, они используются для дальнейшего совершенствования орудий труда.

Развитие трудовой деятельности приводит к ослаблению действия биологических закономерностей и усилению роли социальных факторов в антропогенезе.

Общественный образ жизни как фактор эволюции человека. С самого начала труд был общественным, так как обезьяны жили стадами. Ф.Энгельс указывал, что неправильно было бы искать предков человека, самого общественного существа в природе, среди необщественных животных. Стадность обезьяньих предков человека развивалась в общественное поведение под воздействием особого фактора. Таким фактором был труд, тесно связанный с преобразованием руки в орган труда. Труд способствовал сплочению членов общества; они коллективно защищались от зверей, охотились и воспитывали детей. Старшие члены общества обучали младших отыскивать природные материалы и изготовлять орудия, учили приемам охоты и сохранения огня. С развитием трудового процесса все яснее становилась польза взаимной поддержки и взаимопомощи.

Древнейшие орудия охоты и рыбной ловли свидетельствуют о том, что наши предки уже на ранних стадиях употребляли мясную пищу. Обработанная и приготовленная на огне, она уменьшала нагрузку на жевательный аппарат. Теменной гребень, к которому у обезьян прикрепляются мощные жевательные, потерял свое биологическое значение, сделался бесполезным и постепенно исчез в процессе естественного отбора; по той же причине переход от растительной пищи к смешанной привел к укорочению кишечника. Применение огня помогало защищаться от холода и зверей.

Накапливаемый жизненный опыт в познании природы совершенствовался от поколения к поколению. При жизни обществом имелись большие возможности для общения друг с другом: совместная деятельность членов общества вызвала необходимость сигнализации жестами, звуками. Первые слова были связаны с трудовыми операциями и обозначали действие, работу, а названия предметов появились позднее. Неразвитая гортань и ротовой аппарат предков человека в результате наследственной изменчивости и естественного отбора преобразовались в органы членораздельной речи человека. Человек, как и животные, воспринимает сигналы из окружающего мира через непосредственное раздражение органов чувств - это первая сигнальная система. Но человек способен воспринимать сигналы словом - он обладает второй сигнальной системой. Она составляет качественное различие высшей нервной деятельности человека и животных.

Возникновение речи усилило общение наших предков на почве совместного трудового процесса и, в свою очередь, способствовало развитию общественных отношений. Эволюция наших предков происходила под совместным действием социальных и биологических факторов. Естественный отбор постепенно утратил значение в эволюции человеческого общества. Все усложнявшиеся трудовые процессы изготовления орудий труда и предметов быта, членораздельная речь и жесты, мимика содействовали развитию головного мозга и органов чувств.

Развитие головного мозга, мышления, сознания стимулировало в то же время совершенствование труда и речи. Все полнее и лучше осуществлялась преемственность трудового опыта в поколениях. Только в обществе мышление человека могло достигнуть столь высокого развития.

Если морфологические и физиологические особенности человека передаются по наследству, то способности к коллективной трудовой деятельности, мышлению и речи никогда не передавались по наследству и не передаются теперь. Эти специфические качества исторически возникли и совершенствовались под действием социальных факторов и развиваются у каждого человека в процессе его индивидуального развития только в обществе благодаря воспитанию и образованию.

Итак, движущими силами антропогенеза являлись биологические факторы (наследственная изменчивость, борьба за существование и естественный отбор) и социальные (факторы (трудовая деятельность, общественный образ жизни, речь и мышление).

Входной контроль:

	вопрос	вариант ответа
	Раствор:	а) Сосредоточение, накапливание каких-либо веществ в определённом порядке.
	Коацервация:	б) Поглощение вещества из жидкой среды поверхностным слоем твёрдого тела, обычно имеющим большую площадь.
	Коацерват:	в) Пузырьки жидкости, окружённые белковыми плёнками, возникающие при взбалтывании водных растворов белков.
	Микросферы Фокса:	г) Фаза раствора с более высокой концентрацией веществ, окружённая определённым образом ориентированными диполями воды.
	Адсорбция:	д) Разделение раствора высокомолекулярных соединений на фазы с большей и меньшей концентрацией молекул.
	Концентрирование:	е) Однородные смеси двух или большего числа веществ, которые распределены в растворителе в виде отдельных атомов, ионов или молекул.

Ход выполнения работы:

Задание №1

Прочитайте текст «Многообразие теорий возникновения жизни на Земле», результаты оформите в таблицу:

Ответьте на вопрос : Какой теории придерживаетесь вы лично? Почему?

Задание №2

Прочитайте текст «Гипотезы происхождения человека», результаты оформите в таблицу:

Ответьте на вопрос : Какие взгляды на происхождение человека вам ближе всего? Почему?

Задание № 3

Найдите в учебнике описание сходства и различия человека и высших человекообразных обезьян, результаты оформите в таблицу:

«Отличие человека от человекообразных обезьян»

Сравниваемые признаки	Человек	Человекообразные обезьяны
Особенности строения скелета
Череп
Надбровные дуги
Положение тела при ходьбе
Позвоночник
Грудная клетка
Длина рук
Большой палец руки
Кисть руки
Стопа
Таз
Функция рук
Образ жизни
Взаимоотношения со средой
Высшая нервная деятельность (функции мозга)
Особенности строения мозга
Средства общения

Приложение №1

Приложение №2

Приложение 3

Выходной контроль:

Найдите соответствие между понятием и его определением, ответы оформите в таблицу:

	вопрос	вариант ответа
	Древнейший человек:	А. Перемещение по земле на задних конечностях, что позволило высвободить руки для защиты и добычи пищи.
	Неандерталец:	Б. Первые современные люди, характеризовавшиеся прямохождением и обладавшие членораздельной речью.
	Кроманьонец:	В. Группа людей, живших менее 200 тыс. лет тому назад.
	Прямохождение:	Г. Неоднородная группа людей, относящаяся к роду Человек и включающая питекантропов, синантропов и др. Жили около 1 млн лет назад.
	Сходство всех процессов жизнедеятельности особей одного вида:	Д. Вид коммуникативной деятельности человека, при которой использование средств языка для общения приобретает устойчивый понятийный характер.

Приложение №4

Сделайте общий вывод в соответствии с целями, поставленными перед вами в этой работе.

Список литературы:

Основные источники:

1. Захаров В.Б., Мамонтов С.Г., Сонин Н.И. Общая биология. 10 кл. Рабочая тетрадь. – М., 2009.
2. Каменский А.А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Общая биология. 10-11 кл. – М., 2009.
3. Константинов В.М., Рязанова А.П. Общая биология. Учеб. пособие для СПО. – М., 2010.
4. Пономарева И.Н., Корнилова О.А., Лощилина Е.Н. Общая биология. 10 кл. Учебник. – М., 2010.
5. Пономарева И.Н., Корнилова О.А., Лощилина Е.Н. Общая биология. 11 кл. Учебник. – М., 2010.
6. Чебышев Н.В. Биология. Учебник для Ссузов. – М., 2010.

Интернет – ресурсы:

1. www.twirpx.com - Учебные материалы;

2. tana.ucoz.ru- Персональный сайт учителя биологии;

3. www.amgpgu.ru - Лекционный курс;

4. www.uchportal.ru – Учительский портал;

5. http://o5-5.ru – 5 и 5 Учебный материал;

6. http://pptx.ru/ - Коллекция презентаций PowerPoint.

Дополнительные источники:

Похожая информация.

Концентрация - величина, характеризующая количественный состав раствора.

Концентрацией растворённого вещества называют отношение количества растворённого вещества или его массы к объёму раствора (моль/л, г/л), то есть это соотношение неоднородных величин.

Те величины, которые являются отношением однотипных величин (отношение массы растворённого вещества к массе раствора, отношение объёма растворённого вещества к объёму раствора) правильно называть долями. Однако на практике для обоих видов выражения состава применяют термин концентрация и говорят о концентрации растворов.

Раствор - представляет собой однородную гомогенную систему, состоящую из двух и более веществ, одно из которых является растворителем, а другое – растворенным веществом. Раствор может быть насыщенным, т.е. содержать предельное количество растворенного вещества и находиться в состоянии подвижного равновесия.

Массовые доли – отношение массы растворенного вещества к массе раствора (если в процентах, то ∙ 100%).

Молярная концентрация – С М – число молей растворенного вещества в 1 литре раствора.

где V – объем (если в задаче не указан объем, то имеется в виду, что он равен 1 литру), М – молярная масса.

Нормальность (нормальная концентрация) - С н - число эквивалентов растворенного вещества, содержащихся в 1 литре раствора.

С н = , где 1экв. – эквивалент вещества (m э)

Эквивалентом вещества называется такое его количество, которое соединяется с 1 молем атома водорода или замещает такое его количество в химических реакциях; определенное количество граммов какого-либо вещества, численно равное его эквиваленту.

Эквивалентная масса = масса одного эквивалента.

Эквивалент вычисляется:

а) эквивалент кислоты равен её молярной массе, деленной на основность (число ионов водорода) кислоты.

б) эквивалент основания равен его молярной массе, деленной на кислотность (число гидроксильных групп) основания.

в) эквивалент соли равен её молярной массе, деленной на сумму зарядов образующих её катионов или анионов.

Закон эквивалента: все вещества взаимодействуют между собой в эквивалентных количествах.

Для веществ;

С м1 ∙ V 1 = C n 2 ∙ V 2 для растворов;

Титр – масса вещества в 1 литре раствора.

Титр = =

Вспомним так же формулу:

m раствора = ρ ∙ V, где ρ – плотность вещества.

ρ(р-ра)=1,33г/мл

() =49%, или 0,49

Найти: C() Решение:

1. Чтобы перейти от массовой доли к молярной концентрации, надо рассчитать какую массу имеют 1000 мл раствора:

2. Вычислим массу в этом растворе:

3. Найдём сколько моль содержится в 651,7г:

4. Найдём молярную концентрацию ортофосфорной кислоты в растворе:

5. Найдем эквивалентную концентрацию ортофосфорной кислоты в растворе:

По формуле:

≈ 20 моль/л Ответ: () = 6,65 моль/л

() ≈ 20моль/л 4) Коллоидные растворы.

Коллоидные растворы – это высокодисперсные системы, где твердые частицы дисперсной фазы равномерно распределены в жидкой дисперсионной среде.

Строение коллоидных частиц (на примере AgI) – оно объясняет тот факт, что нерастворимое вещество, т.е. осадок, равномерно распределяется во всем объеме.

Обязательным условием получения коллоидного раствора является избыток одного из реагирующих веществ.

– ядро коллоидной частицы – ядром мицеллы всегда является нерастворимое соединение.

Потенциалопределяющие ионы – адсорбируются на поверхности ядра (ионы того вещества, которые находятся в избытке).

(Ag + + NO 3 -) – адсорбционный слой – это изменение концентрации вещества на границе раздела фаз.

NO 3 - – противо-ионы – заполняют противоионный и диффузный (подвижный) слои.

Мицелла электронейтральна, а твердая фаза всегда заряжена (ее заряд определяется по заряду потенциалопределяющих ионов).

Золи (нем. sole от лат. solutio - раствор) - это ультрамикрогетерогенные дисперсные системы, размер частиц которых лежит в пределе от 1 до 100 нм (10 −9 -10 −7 м).

В зависимости от дисперсионной среды золи бывают твердыми, аэрозолями (газообразная дисперсионная среда) и лиозолями (жидкая дисперсионная среда). В зависимости от природы среды лиозоли называют гидрозолями (вода), органозолями (органическая среда) или, более конкретно, алкозолями (спирты), этерозолями жиры и др. 3оли занимают промежуточное положение между истинными растворами и грубодисперсными системами (суспензиями, эмульсиями). Золи диффундируют медленнее, чем неорганические соли, обладают эффектом светорассеяния (Эффект Тиндаля).

Ni(OH – ядро коллоидной частицы

Потенциалопределяющие ионы

( + ) – адсорбционный слой

– противо-ионы

Ni(OH + + - твердая фаза

– диффузный слой 5) Реферат. Химия в строительстве.

§ 1. Растворы (определение). Концентрация.

Растворами называются фазы, состав которых можно изменять непрерывно (в известных пределах), т. е. фазы переменного состава 2 . Таким образом, растворы – это однородные смеси молекул (в частных случаях – также атомов, ионов) двух или более веществ, между которыми имеются физические и, нередко, химические взаимодействия.

Ассоциация молекул какого-либо соединения и сольватация (соединение молекул растворенного вещества и молекул растворителя в непрочные комплексы), не ведущие к образованию особенно больших ассоциатов, не нарушают однородности раствора.

Иной характер имеют смеси, в которых частицы одной из составных частей смеси состоят из большого числа молекул и являются, как правило, микрокристаллами со сложной структурой поверхностного слоя. Такие смеси неоднородны, хотя на первый взгляд и могут казаться однородными. Они микрогетерогенны. Эти смеси называются дисперсными системами. Между обоими классами смесей возможны непрерывные переходы. Впрочем, подробному обсуждению свойств дисперсных систем посвящена вторая часть нашего курса.

Растворы, как правило, термодинамически устойчивы, и их свойства не зависят от предыдущей истории, тогда как дисперсные системы очень часто неустойчивы и обнаруживают тенденцию к самопроизвольному изменению.

Простейшие составные части раствора, которые могут быть выделены в чистом виде и смешением которых можно получить растворы любого возможного состава, будем называть компонентами раствора.

Во многих случаях деление их на растворитель и растворенные вещества условно. Обычно компонент, находящийся в избытке по сравнению с другими, называют растворителем, остальные же компоненты – растворенными веществами. Так, можно иметь растворы спирта или серной кислоты в воде и растворы воды в спирте или в серной кислоте. Если одним из компонентов раствора является жидкость, а другими – газы или твердые вещества, то растворителем считают жидкость.

Основными параметрами состояния раствора, наряду с давлением и температурой, являются концентрации, т. е. относительные количества компонентов в растворе. Концентрации могут быть выражены разными способами в различных единицах: количества компонентов могут быть отнесены к известному количеству раствора или растворителя, количества растворенных веществ могут быть выражены в весовых единицах и в молях; количество растворителя или раствора – в весовых единицах, в молях и в объемных единицах.

Рассмотрим некоторые наиболее употребительные способы и единицы измерения концентраций растворов. Обозначим при этом массы компонентов, выраженные в граммах («весовые» количества), через m 1 , m 2, ..., m i , а сумму масс компонентов – через  m i ; числа грамм-молекул или молей компонентов – через n 1 , n 2 , ..., n i , а их сумму – n i ; объём раствора – через V , объёмы чистых компонентов – через V 1 , V 2 ... V i . Индекс 1 относится к растворителю в тех случаях, если таковым может быть однозначно назван один из компонентов раствора.

Количества веществ относятся к известному количеству раствора.

1. Массовая доля W i – масса компонента в единице массы раствора:

(IV, 1а)

Массовый процент Р i – масса компонента в ста единицах массы раствора:

P i = 100W i . (IV, 1б)

2. Мольная доля x – число молей компонента в одном моле раствора:

(IV, 1в)

Мольные доли наиболее удобны при теоретическом (термодинамическом) изучении растворов. Из выражения (IV, 1в) видно, что

x i = 1

3. Объемная доля i – объём чистого компонента в единице объёма раствора:

(IV,1г)

4. Мольно-объёмная концентрация – мольность С i – число молей компонента в единице объёма раствора:

(IV,1д)

В том случае, когда единицей объёма раствора является литр, мольно-объемную концентрацию называют молярностью.

5. Мольно-весовое отношение – число молей компонента, приходящееся на известное весовое количество другого компонента, обычно растворителя. Мольно-весовое отношение, выраженное числом молей компонента в 1000 г растворителя, называется моляльностью M i :

(IV, 1е)

Концентрации могут быть выражены также и в других единицах.

Перейти от одних единиц концентрации к другим можно, составив уравнение связи между этими единицами. В случае пересчета объемных единиц концентрации на весовые или мольные и обратно, необходимо знать плотность раствора. Следует помнить, что только в очень разбавленных растворах (т. е. для компонента, количество которого мало по сравнению с другими) концентрации, выраженные в различных единицах, пропорциональны между собой.

§ 2. О молекулярной структуре растворов

Представление о жидкости, как о совершенно аморфной фазе, в которой молекулы расположены хаотически, подобно молекулам газа, в настоящее время оставлено. Исследования по рассеянию света и рентгеновского излучения показали, что жидкости обладают элементами кристаллической структуры (наличием так называемого ближнего порядка в расположении молекул) и в этом отношении являются промежуточным образованием между твёрдыми кристаллами и газами. По мере нагревания жидкости сходство её структуры с кристаллами уменьшается и увеличивается сходство с газами.

Взаимодействие между молекулами в индивидуальных жидкостях является в основном ван-дер-ваальсовым взаимодействием . Под этим названием объединяются несколько типов межмолекулярного притяжения, являющихся частными случаями электростатического взаимодействия. К ним относятся: ориентационное притяжение между молекулами с постоянным диполем, индукционное притяжение между молекулами с постоянным диполем и молекулами с наведенным диполем и дисперсионное притяжение между мгновенными диполями молекул, момент которых колеблется около нуля.

Энергия взаимного притяжения молекул для всех указанных типов взаимо­действия обратно пропорциональна шестой степени расстояния между ними. Указанные взаимодействия в некоторых случаях приводят к ассоциации молекул жидкости (так называемые ассоциированные жидкости). Между молекулами ассоциированной жидкости образуются неустойчивые связи. К таким связям относится водородная связь, которая создается за счет электростатического притяжения протона одной молекулы к аниону или электроотрицательному атому (главным образом, к атомам фтора, кислорода, азота, хлора) другой молекулы.

Притяжению молекул противодействует отталкивание, имеющее значение при малых расстояниях и обусловленное, в основном, взаимодействием электронных оболочек. Это отталкивание в совокупности с тепловым движением уравновешивает притяжение. Таким образом, устанавливаются средние равновесные расстояния между движущимися (колеблющимися, вращающимися и эпизодически перемещающимися) молекулами жидкости.

Термодинамической мерой молекулярного взаимодействия в жидкости в известных границах может служить величина ( U /  V ) P .

В растворе наряду с взаимодействием между молекулами одного из компонен­тов (однородные молекулы) существует взаимодействие между молекулами разных компонентов (разнородные молекулы). Эти взаимодействия при отсутствии химической реакции, так же как и в чистой жидкости, являются ван-дер-ваальсовыми. Однако молекулы растворенного вещества (второго компонента), изменяя окружение молекулы растворителя (первого компонента), могут существенно изменять интенсивность взаимодействия между молекулами последнего и сами взаимодействовать между собой иначе, чем в чистом втором компоненте. Взаимодействие между разнородными молекулами может следовать иным закономерностям, нежели взаимодействие между однородными молекулами.

Тенденции к ассоциации (соединение однородных молекул) и сольватации (соединение разнородных молекул) являются конкурирующими.

Рассмотрим здесь в качестве примеров диаграммы, изображающие зависимость некоторых свойств бинарных жидких систем от их состава, по которым можно установить наличие химического соединения между компонентами раствора. На рис.4 изображены изотермы теплоты смешения (Q ) компонентов, объёмного сжатия ( V ) при смешении и вязкости ( ) растворов пиперидин – аллиловое горчичное масло (C 3 N 5 NCS). Все свойства обнаруживают более или менее резкий излом в максимуме при отношении компонентов 1:1. Точка излома в максимуме, называемая сингулярной точкой, указывает на образование прочного химического соединения, содержащего компоненты в приведённом отношении.

Рис.4. Зависимость некоторых свойств раствора С 3 Н 5 NCS – C 5 H 10 NH от состава.

Таким образом, физико-химический анализ однофазных жидких систем дает в отдельных случаях отчетливые указания на существование определённых химических соединений. Большей же частью, существование определённых соединений в растворе не может быть установлено.

§ 3. О теориях растворов

В течение длительного времени растворение рассматривалось в основном как химический процесс. Этого взгляда придерживался и Д. И. Менделеев, исключавший при этом из рассмотрения смеси жидкостей, близких по своей природе (например, смеси углеводородов). Иной взгляд на процесс растворения развивал один из ярких представителей «физической» теории растворов В. Ф. Алексеев, который изложил (1870 1880) ясную точку зрения на растворение, как на суммарный результат молекулярного движения и взаимного сцепления молекул. Алексеев считал химическое взаимодействие важным, но не обязательным фактором растворения и полемизировал с Менделеевым.

Впоследствии Менделеев признал важную роль физического фактора при образовании растворов, но высказывался против крайнего, чисто физического взгляда на природу растворов. Физическая теория растворов получила особенное развитие после 80 х годов прошлого века в связи с успехами в изучении разбавленных растворов (Вант-Гофф, Аррениус, Оствальд). Была создана первая количественная теория растворов, связанная с представлением о растворенном веществе как о газе, распространяющемся в инертном растворителе. Однако вскоре было обнаружено, что количественная теория Вант-Гоффа – Аррениуса справедлива только для очень разбавленных растворов. Многие факты указывали на взаимодействие компонентов раствора. Все попытки рассмотреть с единой точки зрения растворы любых концентраций приводили к необходимости учета химического фактора.

В последние десятилетия борьба двух точек зрения уступила место признанию важного значения обоих факторов и невозможности их противопоставления. Однако сложность и разнообразие закономерностей, охватывающих свойства растворов различных веществ, делают теорию растворов труднейшей проблемой молекулярной физики и учения о химических связях.

Отклонения от простейших свойств обусловливает, например, полярность молекул. В растворах полярных молекул происходят явления ассоциации и сольватации, в результате которых свойства раствора становятся более сложными. Отклонения свойств раствора от простейших вызываются также химическим взаимодействием компонентов раствора. Оно обычно сопровождается выделением теплоты и уменьшением вероятности перехода в газовую фазу молекул компонента, частично связанных в более сложные соединения.

ГЛАВА V. РАВНОВЕСИЕ: ЖИДКИЙ РАСТВОР – НАСЫЩЕННЫЙ ПАР

§ 1. Давление насыщенного пара бинарных жидких растворов

Газообразная фаза, находящаяся в равновесии с жидким раствором (насыщенный пар), содержит, в общем случае, все компоненты раствора, и давление насыщенного пара, которое также часто называют упругостью пара, является суммой парциальных давлений компонентов 3 . Однако часто отдельные компоненты нелетучи при данной температуре и практически отсутствуют в газообразной фазе.

Суммарное давление насыщенного пара (полное или общее давление) и парциальные давления являются функциями температуры и состава раствора. При постоянной температуре состояние бинарного раствора компонентов А и В определяется одной переменной – концентрацией одного из компонентов.

Удобной мерой концентрации является мольная доля. Будем обозначать мольную долю x 2 второго компонента в растворе через х. Очевидно, мольная доля первого компонента х 1 = 1 – х. Границами изменения х 1 и x 2 являются ноль и единица; следовательно, диаграмма, отображающая зависимость давления пара раствора от его состава (диаграмма давление – состав), имеет конечное протяжение. Один из возможных видов диаграммы P – x для раствора двух жидкостей, смешивающихся во всех отношениях (мольная доля х принимает любое значение – от ноля до единицы), изображен на рис.5. Крайними точками кривой P = f (x ) являются давления насыщенного пара чистых жидкостей и. Общее давление пара при любом значении х равно сумме парциальных давлений компонентов: P = P 1 + P 2 .

Состав насыщенного пара определяется мольными долями компонентов в паровой фазе х" 1 и х" 2 ,. По определению парциальных величин (уравнение Дальтона):

x" 1 = x" 2 =

§ 2. Закон Рауля. Идеальные растворы. Предельно разбавленные растворы

В простейшем случае зависимость парциального давления пара растворителя от состава бинарного раствора имеет следующий вид:

Парциальное давление растворителя в паровой фазе пропорционально его мольной доле в растворе.

Рис.5. Общее и парциальные давления пара бинарного раствора: дибромпропан – дибромэтан. Парциальные давления на диаграмме P – x изображаются прямыми линиями.

Уравнению (V, 1) можно придать иной вид:

(V, 2)

Относительное понижение парциального давления растворителя в паровой фазе равно мольной доле растворенного вещества (второго компонента) . Уравнения (V, 1) и (V, 2) являются выражениями закона Рауля (1886). Закон Рауля, выраженный в форме уравнения (V, 1), применим к таким растворам, насыщенный пар которых ведет себя как идеальный газ, причем лишь немногие растворы подчиняются с достаточной точностью этому закону, при любых концентрациях (т. е. при значениях x , изменяющихся в интервале от 0 до 1).

Обычно при повышении температуры (пока давление насыщенного пара относительно невелико) отклонения от закона Рауля в форме (V, 1) уменьшаются. Но при достаточно высоких температурах, когда давление насыщенного пара раствора очень велико, уравнение (V, 1) становится неточным, так как возрастают отклонения пара от закона идеальных газов.

Растворы, следующие закону Рауля в форме уравнения (V, 1) при всех концентрациях и всех температурах, называются идеальными (совершенными) растворами, они являются предельным, простейшим типом жидких растворов.

Легко показать, что если для пара растворителя соблюдается уравнение (V, 1), то должно соблюдаться аналогичное уравнение для пара второго, растворённого компонента

(V, 3)

Уравнения (V, 1) и (V, 3) отражают свойства парциальных давлений идеальных растворов при малых давлениях. Совокупность этих уравнений носит название объединенного закона Рауля – Генри. В общем виде для многокомпонентного идеального раствора при невысоких давлениях получим:

(V, 4)

Уравнения (V, 1), (V, 3) и (V, 4) будут в дальнейшем изложении служить исходными для изучения термодинамических свойств идеальных растворов при небольших давлениях.

Полное давление пара идеального бинарного раствора, равное

является также линейной функцией мольной доли.

Примерами идеальных растворов (см. рис.5) могут служить смеси: бензол -толуол, бензол – дихлорэтан, гексан – октан и другие.

Составы идеального раствора и его насыщенного пара различны, т. е. х. В данном случае легко найти связь между и х. В самом деле, концентрация второго компонента в паре
. Подставив в это выражение значение P 2 из закона Рауля (уравнение (V, 3)) и значение P из уравнения (V, 5), получим:

(V, 6)

Отсюда видно, что = х только при равенстве давлений насыщенного пара обоих чистых компонентов, т. е. при
.

§ 3. Реальные растворы. Положительные и отрицательные отклонения от закона Рауля

Закон Рауля не выполняется для реальных растворов. Парциальные давления этих растворов больше или меньше давлений паров идеальных растворов. Отклонения от закона Рауля в первом случае называются положительными (общее давление пара больше аддитивной величины), а во втором случае – отрицательными (общее давление пара меньше аддитивной величины).

Примерами растворов с положительными отклонениями от законов Рауля могут служить растворы: ацетон – этиловый спирт, бензол – ацетон, вода – метиловый спирт.

Рис.6. Диаграмма давления пара над раствором С 6 Н 6 – (СН 3) 2 СО.

На рис.6 изображена диаграмма P – х для одного из этих растворов (бензол – ацетон).

К растворам с отрицательными отклонениями от законов Рауля относятся, например, растворы: хлороформ – бензол, хлороформ – диэтиловый эфир.

Диаграмма давления пара над раствором хлороформ – диэтиловый эфир показана на рис.7.

Рис.7. Диаграмма давления пара над раствором (С 2 Н 5) 2 О – СНСl 3 .

Величины общего давления P в этих системах изменяются монотонно с изменением величины х. Если отклонения от закона идеальных растворов велики, то кривая общего давления пара проходит через максимум или минимум.

Положительные и отрицательные отклонения реальных растворов от закона Рауля обусловлены разными факторами. Если разнородные молекулы в растворе взаимно притягиваются с меньшей силой, чем однородные, то это облегчит переход молекул из жидкой фазы в газовую фазу (по сравнению с чистыми жидкостями) и будут наблюдаться положительные отклонения от закона Рауля. Усиление взаимного притяжения разнородных молекул в растворе (сольватация, образование водородной связи, образование химического соединения) затрудняет переход молекул в газовую фазу, поэтому будут наблюдаться отрицательные отклонения от закона Рауля.

Следует иметь в виду, что факторы, вызывающие положительные и отрицательные отклонения, могут действовать в растворе одновременно, поэтому наблюдаемые отклонения часто являются результатом наложения противоположных по знаку отклонений. Одновременное действие противоположных факторов особенно наглядно проявляется в растворах, в которых знак отклонений от закона Рауля – Генри изменяется с изменением концентрации.

§ 4. Диаграммы равновесия жидкость – пар в бинарных системах. Первый закон Коновалова. Фракционная перегонка

На рис.5,6,7 общее давление пара бинарного раствора было представлено как функция состава раствора. В качестве аргумента можно также использовать состав пара, определяемый кривыми парциальных давлений и отличающийся от состава жидкого раствора. Таким путем можно получить вторую кривую того же свойства системы – общего давления насыщенного пара раствора в зависимости от другого аргумента – состава пара.

На рис.8 изображена схематическая диаграмма – изотерма равновесия бинарный раствор – пар. Любая точка на плоскости диаграммы характеризует валовый состав системы (координата х ) и давление (координата P ) и называется фигуративной точкой. Верхняя кривая отображает зависимость давления насыщенного пара от состава жидкости, а нижняя кривая – зависимость давления насыщенного пара от состава пара. Этими кривыми плоскость диаграммы разделяется на три поля. Верхнее поле охватывает значения х и P , при которых существует только одна жидкая фаза – раствор переменного состава. Нижнее поле отвечает газовой смеси переменного состава. Любая фигуративная точка в верхнем и нижнем полях изображает состояние одной реально существующей фазы. Поле, заключенное между двумя кривыми, соответствует двухфазной системе. Система, давление и состав которой отображает фигуративная точка, находящаяся в этом поле, состоит из двух фаз – раствора и насыщенного пара. Состав этих фаз определяется координатами точек, лежащих на пересечении изобары, проходящей через фигуративную точку системы, с верхней и нижней кривыми. Например, система, характеризуемая фигуративной точкой k , состоит из двух равновесных фаз, состав которых определяется точками а и b . Точка а, лежащая на нижней кривой, характеризует состав насыщенного пара, а точка b , лежащая на верхней кривой,– состав раствора. Нижняя кривая называется ветвью пара, верхняя кривая – ветвью жидкости.

Рис.8. Диаграмма состав – давление бинарной системы.

При изотермическом сжатии ненасыщенного пара состава х 1 фигуративная точка системы движется вверх по вертикали, конденсация пара начинается в точке а (рис.8) при известном значении давления P . Первые капли жидкости имеют состав х 2 ; образовавшаяся жидкость содержит меньше компонента А, чем конденсирующийся пар.

При изотермическом уменьшении давления жидкость состава х 3 начнет испаряться в точке d , давая пар состава x 4 (точка е); образовавшийся пар содержит больше компонента А, чем испаряющаяся жидкость. Следовательно, в паре всегда преобладает по сравнению с равновесной с ним жидкостью компонент А, прибавление которого к системе, как это видно из диаграммы, увеличивает полное давление пара.

На основании сказанного легко можно сделать следующее заключение: насыщенный пар по сравнению с равновесным раствором относительно богаче тем компонентом, добавление которого к системе повышает полное давление пара. Это – первый закон Коновалова (1881), являющийся справедливым для всех устойчивых растворов.

Рассмотрим явления испарения и конденсации растворов также с помощью изобарной диаграммы температура кипения – состав раствора.

Диаграммы t кип. – х можно построить по экспериментальным данным, или имея ряд изотермических диаграмм P – х. На каждой диаграмме P – х, построенной при определенной температуре, находят составы сосуществующих раствора и пара при заданном давлении. По полученным из всех изотерм P – х данным для определенного давления строят одну изобарную диаграмму t кип. – х.

Диаграмма t кип. – х показана схематически на рис.9. Так как компонент А с более высоким давлением насыщенного пара (рис.8) имеет при данном давлении более низкую температуру кипения (), то диаграмма t кип. – х имеет зеркально-подобный вид по отношению к диаграмме P – х (имеется только качественное подобие).

Верхнее поле на диаграмме t кип. – х отвечает пару, а нижнее – жидкости. Верхняя кривая – ветвь пара, а нижняя кривая – ветвь жидкости.

Рис.9. Диаграмма температура кипения – состав бинарной системы.

В ректификационных колоннах последовательные перегонки объединены в один автоматизированный процесс, приводящий к разделению компонентов жидкого раствора (ректификация). Промышленное разделение нефти на фракции (первичная переработка нефти) основано на указанном процессе.

В заключение приведем еще одну формулировку первого закона Коновалова:

В насыщенном паре, находящемся в равновесии с жидким бинарным раствором, выше относительное содержание того компонента, который при T = const имеет более высокое значение давления насыщенных паров по сравнению с другим компонентом или при P = const имеет по сравнению с ним более низкую температуру кипения, иначе говоря, пар по сравнению с жидкостью относительно богаче более летучим компонентом.