Bài giảng Hóa đại cương - Chương 11: Dung dịch lỏng

Nội dung text: Bài giảng Hóa đại cương - Chương 11: Dung dịch lỏng

1. Chương 11 DUNG DỊCH LỎNG CuuDuongThanCong.com
2. KHÁI NIỆM VỀ DUNG DỊCH • Định nghĩa • Dung dịch là hệ đồng thể gồm chất tan (chiếm phần nhỏ) và dung môi (chiếm phần lớn), thành phần của dung dịch có thể thay đổi trong giới hạn rộng. • • Dung dịch có thể ở pha khí, lỏng hay rắn. • Mỗi chất trong dung dịch được gọi là cấu tử. • Dung môi là chất dùng để hòa tan chất tan. CuuDuongThanCong.com
3. Tùy thuộc kích thước hạt của chất phân ta có: • Huyền phù: Hệ dị thể gồm ít nhất 1 cấu tử có kích thước lớn hơn 1μm, lớn hơn hệ keo. • • Hệ keo: Hệ dị thể có các hạt phân tán có kích thước từ 1 đến 1000 nm. – Nguồn: (and suspension) • • (Nhũ tương: Hệ các hạt chất lỏng không tan trong dung môi lỏng) CuuDuongThanCong.com
4. Các loại dung dịch • Vậy dung dịch lỏng được tạo thành khi hòa tan các chất K, L, R vào dung môi lỏng. • Trong giới hạn của chương trình, chỉ xét tính chất các dung dịch lỏng, loãng phân tử. CuuDuongThanCong.com
5. Sự tạo thành dung dịch • Xét quá trình hòa tan của NaCl vào nước: • Liên kết hydro của nước phải bị phá vỡ. • NaCl phân ly thành Na+và Cl-. • Lực lưỡng cực-ion được thiết lập: + - • Na -OH2 và Cl +H2O. • Sự tương tác giữa chất tan và dung môi gọi là sự solvat hóa (solvation). –Nếu dung môi là nước ta gọi là sự hydrat hóa. CuuDuongThanCong.com
6. Sự thay đổi năng lượng khi tạo thành dung dịch • Có 3 loại (bước) năng lượng khi tạo thành dung dịch: – Năng lượng tách phân tử chất tan ( H1). – Năng lượng tách các phân tử dung môi (H2). – Năng lượng tạo thành liên kết giữa các phân tử chất tan – dung môi ( H3). • Enthalpy của cả quá trình hòa tan là: Hhoà tan = H1 + H2 + H3. • Hhòa tan có thể âm hoặc dương phụ thuộc vào lực nội phân tử các quá trình. CuuDuongThanCong.com
7. Phân bố Enthalpy • Quá trình phá vỡ liên kết các phân tử luôn thu nhiệt. • Quá trình tạo liên kết các phân tử luôn tỏa nhiệt. CuuDuongThanCong.com
8. Tính chất enthalpy của dung dịch • Để xác định Hht dương hay âm, ta xem xét độ mạnh của liên kết phân tử chất tan-chất tan và chất tan- dung môi: • H1 và H2 đều dương. • H3 luôn âm. • Nếu H3 > H1 + H2 thì quá trình hòa tan tỏa nhiệt (ví dụ hòa tan NH4NO3 vào nước có Hht = + 26.4 kJ/mol). • Nếu H3 < H1 + H2 thì quá trình hòa tan tỏa nhiệt (ví dụ hòa tan NaOH vào nước có Hht = -44.48 kJ/mol). CuuDuongThanCong.com
9. Quá trình hòa tan • Qui luật: Chất phân cực hòa tan trong dung môi phân cực, chất không phân cực hòa tan trong dung môi không phân cực (độ phân cực càng gần độ tan càng lớn). Nếu Hht quá dương thì không tạo thành dung dịch. • NaCl trong xăng: lực ion-lưỡng cực yếu vì xăng là chất không cực. Do đó lực ion-lưỡng cực không đủ bù với lực phân ly ion. • Nước trong octane: Nước có liên kết Hydro mạnh. Không có lực hút giữa nước và octane để bù vào lực liên kết hydro. CuuDuongThanCong.com
10. CÁC LOẠI NỒNG ĐỘ DUNG DỊCH Phần khối lượng, ppm (parts per million) và ppb (parts per billion ). Definitions: mass of component in solution mass % of component 100 total mass of solution mass of component in solution 6 ppm of component 10 total mass of solution mass of component in solution 9 ppb of component 10 total mass of solution CuuDuongThanCong.com
11. Nồng độ phần mol (N) moles of A in solution N A total moles of solution  N i 1 (i 1  n , all components of solution ) Nồng độ mol (CM, mol/lit) moles solute C M liters of solution CuuDuongThanCong.com
12. Nồng độ molan (Cm, mol/kg dung môi) moles solute C m kg of solvent CuuDuongThanCong.com
13. Độ tan và Dung dịch bão hòa • Hòa tan: chất tan + dung môi dung dịch. Cân bằng • Kết tinh: dung dịch chất tan + dung môi. động • Sự bão hòa: Khi cân bằng hòa tan – kết tinh thiết lập. • Độ tan: Lượng chất tan cần thiết để tạo dung dịch bão hòa ở điều kiện xác định (g chất tan/ 100g dung môi). o • Ví dụ: Độ tan của NaCl trong 100 ml H2O ở 100 C là 35.9g. CuuDuongThanCong.com
14. Dung dịch bão hòa CuuDuongThanCong.com
15. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ TAN Tương tác Chất tan – Dung môi Áp suất: Độ tan của khí ảnh hưởng bởi áp suất. CuuDuongThanCong.com
16. • Định luật Henry: Nếu Sk là độ tan của chất khí A, k là hằng số, Pk là áp suất riêng phần của A: • S k kP k – Hằng số Henry, phụ thuộc bản chất quá trình, 3 đơn vị là l.atm/mol, atm/(NA) hoặc Pa.m /mol. • Một số giá trị của k: – Oxygen (O2) : 769.2 l.atm/mol – Carbon dioxide (CO2) : 29.4 l.atm/mol – Hydrogen (H2) : 1282.1 l.atm/mol CuuDuongThanCong.com
17. Equation: Dimension: O2 769.23 1.3 E-3 4.259 E4 H2 1282.05 7.8 E-4 7.099 E4 CO2 29.41 3.4 E-2 0.163 E4 N2 1639.34 6.1 E-4 9.077 E4 He 2702.7 3.7 E-4 14.97 E4 Ne 2222.22 4.5 E-4 12.30 E4 Ar 714.28 1.4 E-3 3.955 E4 CO 1052.63 9.5 E-4 5.828 E4 CuuDuongThanCong.com
18. Ảnh hưởng của nhiệt độ CuuDuongThanCong.com
19. Định luật Raoult • Áp suất hơi của mỗi cấu tử i trong dung dịch loãng phụ thuộc vào áp suất riêng và phần mol của nó trong dung dịch. 0 Pi N i Pi • Nhắc lại định luật Dalton trong hỗn hợp khí: PA N A Ptotal CuuDuongThanCong.com
20. 0 P N P solution  i i i 0 • P i là áp suất hơi của cấu tử tinh khiết. • Ni là phần mol của cấu tử i trong dung dịch. •Định luật Raoult không đúng khi lực hút dung môi – dung môi và chất tan – chất tan lớn hơn lực hút chất tan – dung môi trong dung dịch. CuuDuongThanCong.com
21. ĐỘ TĂNG NHIỆT ĐỘ SÔI • Tại điểm sôi của chất lỏng tinh khiết, áp suất hơi của dung dịch sẽ < 1atm . Do đó, cần nhiệt độ cao hơn để đạt áp suất hơi 1 atm cho dung dịch ( TS). Ta có: T S K S C m • KS là hằng số, phụ thuộc bản chất dung môi. CuuDuongThanCong.com
22. ĐỘ HẠ NHIỆT ĐỘ ĐÔNG ĐẶC Độ hạ nhiệt độ đông đặc được định nghĩa: Tđ = Kđ.Cm Bảng Kđ và Ks cho dưới đây của một số dung môi. CuuDuongThanCong.com
23. Freezing Point Solvent Boiling Point (°C) K (°C/(mol kg-1)) K (°C/(mol kg-1)) b (°C) f Aniline 184.3 3.69 –5.96 –5.87 Acetic Acid 118.1 3.07 16.6 –3.90 Benzene 80.1 2.65 5.5 –4.90 Carbon Disulfide 46.2 2.34 –111.5 –3.83 Carbon 76.8 4.88 –22.8 –29.8 Tetrachloride Chloroform 61.2 3.88 –63.5 –4.90 Cyclohexane 80.74 2.79 6.55 –20.2 Diethyl Ether 34.5 2.16 –116.2 –1.79 Ethanol 78.4 1.19 –114.6 –1.99 Formic acid 101.0 2.4 8.0 –2.77 Nitrobenzene 210.8 5.24 5.7 –7.00 Phenol 181.75 3.60 43.0 –7.27 Water 100.00 (exact) 0.52 0.0 –1.86 CuuDuongThanCong.com
24. Sự thẩm thấu • Là sự di chuyển của dung môi từ dung dịch có nồng độ cao đến dung dịch có nồng độ thấp thông qua màng bán thẩm. • Màng bán thẩm: Chỉ cho một số cấu tử của dung dịch đi qua. Ví dụ màng tế bào. • Màng bán thẩm có thể cho cấu tử chuyển qua theo 2 hướng. • Khi dung môi chuyển động qua màng, mức dung dịch mất cân bằng. CuuDuongThanCong.com
25. CuuDuongThanCong.com
26. Áp suất thẩm thấu (Định luật van’t Hoff) • Áp suất thẩm thấu, , là áp suất cần thiết để chống lại sự thẩm thấu: V nRT n RT V C M RT • Quá trình thẩm thấu là quá trình tự xảy ra. CuuDuongThanCong.com