BÀI: DUNG DỊCH
I/ NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ DUNG DỊCH.
1/ Khái niệm chung về dung dịch:
Dung dịch là một trạng thái của các chất có cấu trúc và tính chất đặc trưng riêng.
Dung dịch là các hệ phân tán nhưng không phải hệ phân tán nào cũng là dung dịch.
1.1/ Hệ phân tán.
a/ Định nghĩa:
Hệ phân tán là những hệ trong đó có ít nhất một chất phân bố ( gọi là chất phân tán ) vào
một chất khác ( gọi là môi trường phân tán) dưới dạng các hạt có kích thước nhỏ.
b/ Phân loại:
Theo trạng thái tập hợp của chất phân tán vào môi trừong phân tán sau ( K = khí, L =
lỏng, R = rắn)
K – K K – L K – R L – K L – L L – R R – K R –L R –R
Theo kích thước của các hạt trong hệ phân tán.
Hệ phân tán thô: Kích thước của các hạt 10-5 – 10-2 cm, tùy thuộc trạng thái của chất
phân tán mà người ta phân biệt dạng huyền phù hay nhũ tương.
Dạng huyền phù: thu được khi có sự phân bố hạt chất rắn trong chất lỏng, ví dụ các hạt
sét lơ lững trong nước.
Dạng nhũ tương: Thu được khi có sự phân bốhạt chất lỏng trong chất lỏng, ví dụ sữa là
hệ nhũ tương điển hình gồm các hạt lơ lững trong chất lỏng.
Các hệ phân tán thô không bềnvì các hạt phân tán có kích thước quá lớn so với các phân
tử, ion nên dễ dàng lắng xuống.
Hệ phân tán cao ( hệ keo): các hạt phân tán có kích thước 10-5 – 10-7 cm.
Ví dụ cho loại hệ này là gelatine, keo dán, sương mù, khói. Các hệ keo cũng không bền ví
các hạt keo dễ liên hợp với nhau thành hạt có kích thước lớn và lắng xuống.
Hệ phân tán phân tử ion: các hệ phân tán có kích thước <10-7 cm. Nên hệ phân tán trở
thành đồng nhất về thành phần, cấu tạo và tính chất trong toàn bộ thể tích của hệ cũng như
làm cho hệ rất bền. Ví dụ: dung dịch muối, dung dịch đường, …
Bảng Phân loại hệ phân tán theo kích thước của tiểu phân
Hệ Kích thước tiểu phân
Đơn vị cm
Lỏng
Rắn
Khí
Lỏng
Rắn
Rắn
Khí
Khí
Lỏng
Rắn
Lỏng
Rắn
Không khí
Rượu trong nước
Thép
Nước đường
H2 tan trong Pt
1.3/ Thành phần của dung dịch
a/ Nồng độ phần trăm khối lượng (%):
Số gam chất tan trong 100g dung dịch.
C% =
Ví dụ: Dung dịch NaOH 20% nghĩa là cứ 100g dung dịch thì có 20g NaOH.
b/ Phân mol
Là tỷ lệ giữa chất nào đó với tổn số mol của các chất trong dung dịch. Đối với dung dịch
tạo thành từ hai chat61 A, B với số mol tương ứng là NA, NB, ta có biểu thức phân mol như
sau:
c/ Nồng độ Molan (m)
Số mol chất tan có trong 1kg hoặc 1000g dung môi.
Với nct là số mol có trong lượng dung môi là mdm
d/ Nồng độ mol
quá trình hòa tan thu nhiệt hay tỏa nhiệt.
Đối với quá trình hòa tan NaCl trong nước, giá trị ∆H1 phải có giá trị lớn và có dấu (+)
do phải tốn nhiều năng lượng để bẻ gãy lực hút giữa các ion trong tinh thể. Giá trị ∆H3 cũng
rất lớn và có dấu (-) vì xảy ra tương tác rất mạnh giữa các ion Na+ và Cl- với các phân tử
H2O.
NaCl (r) Na+ (l) + Cl- (l) ∆H1 = 786 KJ/Mol
H2O (l) + Na+ (l) + Cl -(l) Na+ (H2O) + Cl – (H2O) ∆H1 + ∆H2 = -783 KJ/Mol
Suy ra nhiệt hòa tan NaCl trong H2O là:
∆Hht = ∆H1 + ∆H2 + ∆H3 = 3KJ/ Mol
Về mặt nhiệt động học, một quá trình đòi hỏi cung cấp năng lượng càng lớn thì càng khó
xảy ra. Quá trình hòa tan NaCl vào nước chỉ đòi hỏi một năng lượng tương đối nhỏ, do đó có
thể xảy ra một cách tự nhiên.
II/ TÍNH CHẤT CỦA DUNG DỊCH KHÔNG ĐIỆN LY
Do kết quả tương tác xảy ra giữa các tiểu phân của chất tan và dung môi, cũng như do sự
giảm nồng độ của các tiểu phân tự do của dung môi trong quá trình tạo thành dung dịch mà
tính chất của chất tan, dung môi thay đổi và khác với tính chất của dung dịch thu được. Điều
này được chứng minh rõ ràng với hiệu ứng nhiệt, hiệu ứng thể tích, độ tăng nhiệt độ sôi, hạ
nhiệt độ đông đặc của dung dịch so với dung môi tinh chất.
Khi nồng độ của chất tan tăng, ảnh hưởng của các yếu tố nói trên tăng mạnh làm cho tính
chất của dung dịch trở nên phức tạp hơn. Việc nghiên cứu tính chất của dung dịch đó rất khó,
do đó, đến nay vẫn chưa có lý thuyết định lượng đối với dung dịch có nồng độ cao.
Đối với dung dịch có nồng độ chất tan nhỏ, đặc biệt ở những nồng độ rất nhỏ, các ảnh
hưởng của các yếu tố nói trên có thể bỏ qua, do đo dung dịch trở thành gần như lý tưởng,
nghĩa là không có hiệu ứng nhiệt và hiệu ứng thể tích. Trong những trường hợp như vậy tính
chất của dung môi hầu như không thay đổi, còn tính chất của dung dịch thì có một số thay
đổi phụ thuộc bản chất chất tan, ví dụ như sự thay đổi màu sắc, nhưng một số tính chất khác
chỉ phụ thuộc vào nồng độ chất tan như áp suất hơi bão hòa, nhiệt độ sôi, nhiệt độ dông đặc,
áp suất thẩm thấu.
1/ Áp suất hơi của dung dịch.
Các dung dịch lỏng có áp suất hơi khác đáng kể so với dung môi tinh chất. Để hiểu được
Số mol đường= =
Khối lượng của nước =
Vd2: Một dung dịch được điều chế bằng cách hòa tan 20,0g Ure vào 125g nước ở 25oC.
Áp suất hơi của dung dịch đo được ở 25oC là 22,67mmHg. Xác định phân tử lượng của Ure
biết áp suất hơi của nước tinh chất ở 25oC là 23,67mmHg.
Vd3: Dự đoán áp suất hơi của dung dịch được điều chế bằng cách hòa tan Na2SO4 vào
175g H2O ở 25oC, biết áp suất hơi của tinh chất ở 25oC là 23,76mmHg?????????
2/ Độ tăng nhiệt độ sôi
Nhiệt độ sôi bình thường của một chất lỏng được định nghĩa là nhiệt độ lúc đó áp suất hơi
của chất lỏng đạt được 1 atm. Các chất tan không bay hơi làm giảm áp suất hơi của dung
dịch, do đó dung dịch phải được đun nóng đến nhiệt độ cao hơn nhiệt độ sôi của dung dịch
tinh chất mới có thể đạt được áp suất 1 atm. Điều đó có nghĩa là chất tan không bay hơi làm
tăng nhiệt độ sôi của dung môi. Mức độ gia tăng nhiệt độ sôi phụ htuộc vào nồng độ của chất
tan trong dung dịch. Đối với các dung dịch loãng mối quan hệ đó được biuể diễn bằng
phương trình:
∆T = ks.mct
Với: T: độ tăng nhiệt độ sôi so với dung môi tinh chất.
ks: gọi là hằng số nghiệm sôi phụ thuộc vào bản chất dung môi.
mct: nồng độ molan của chất tan trong dung dịch.
Bảng giá trị Ks và Kd của một số dung môi khác nhau
Dung môi Nhiệt độ sôi (C) KsoC.Kg/mol Nhiệt độ KdC.Kg/mol
Nước
CCl4
CHCl3
C6H6
CS2
Ete etylic
100,0
76,5
61,2
pha rắn.
Ví dụ: Với nước tinh chat61 có nhiệt độ đông đặc là 0oC ứng với áp suất bảo hòa của
nước đá và nước lỏng là 0,006atm. Việc hòa tan chất tan sẽ làm cho dung dịch có nhiệt độ
đông đặc thấp hơn nước tinh chất, bởi vì sự hiện diện của chất tan sẽ trong nước sẽ làm cho
áp suất hơi của nước trong dung dịch thấp hơn áp suất hơi của nước đá, do đó tại nhiệt độ
này dung dịch không thể đông đặc vì không có sự cân bằng áp suất hơi giữa pha lỏng và pha
rắn. Nếu ta giảm nhiệt độ, khi cân bằng áp suất hơi giữa hai pha lỏng và rắn và lúc này dung
dịch sẽ đông đặc.
Giản đồ
Từ giản đồ ta có thể kết luận: sự hiện diện của chất tan không bay hơi sẽ làm mở rộng
khoảng nhiệt độ mà dung dịch tồn tại ở trạng thái lỏng- cũng giống như độ tăng nhiêt độ sôi-
độ hạ nhiệt độ đông đặc của dung dịch so với dung môi tinh chất phụ thuộc vào nồng độ của
chất tan, phương trìng biểu diễn sự liên hệ, đối với dung dịch loãng, cũng có dang tương tự
và cũng được dùng để xác định phân tử lượng của các chất tan.
∆T = kd.mct
Với: T: độ tăng nhiệt độ đông đặc của dung dịch so với dung môi tinh chất.
kd: gọi là hằng số nghiệm đông phụ thuộc vào bản chất dung môi.
mct: nồng độ molan của chất tan trong dung dịch.