Khái niệm dung dịch phân tử | Bài giảng môn Hóa lý | Đại học Bách khoa hà nội

ĐẠI CƯƠNG VỀ DUNG DỊCH
Khái niệm dung dịch phân tử
Dung dịch: hệ đồng thể (một pha) của 2 hay nhiều chất Dung môi: pha liên tục Chất tan: pha phân tán
Phân biệt dung dịch và hệ keo (1) (2) Ánh sáng
Dung dịch lỏng: lỏng/lỏng, khí/lỏng, rắn/lỏng
Dung dịch rắn: rắn/rắn (hợp kim)
Phân loại dung dịch phân tử + Dung dịch lý tưởng 3 loại + Dung dịch thực + Dung dịch vô cùng loãng
Dung dịch lý tưởng: là dung dịch của các chất có cấu
tạo và tính chất hóa lý vô cùng giống nhau
fA-A = fA-B = fA-B ∆H=0; ∆V=0…
Quá trình hình thành dung dịch: A-A, B-B à A-B
là tự xảy ra nên ∆S>0; ∆G<0 Ví dụ: Hexan-isohexan Hexan – pentan Hợp kim Ni-Fe
Phân loại dung dịch phân tử + Dung dịch lý tưởng 3 loại + Dung dịch thực + Dung dịch vô cùng loãng
Dung dịch lý tưởng: là dung dịch của các chất có cấu tạo và tính chất hóa lý vô cùng giống nhau
Dung dịch thực: hình thành từ các phân tử có cấu tạo
và tính chất hóa lý khác nhau nhiều fA-A ≠ fA-B ≠ fA-B
Quá trình tạo thành dung dịch: A-A, B-B à A-B
Kèm hiệu ứng thu phát nhiệt
và thay đổi thể tích: ∆H ≠ 0; ∆S ≠ 0; ∆V ≠ 0
Hầu hết các dung dịch thực tế là dung dịch thực
Phân loại dung dịch phân tử + Dung dịch lý tưởng 3 loại + Dung dịch thực + Dung dịch vô cùng loãng
Dung dịch lý tưởng: là dung dịch của các chất có cấu tạo và tính chất hóa lý vô cùng giống nhau
Dung dịch thực: là dung dịch của các chất có cấu tạo và tính chất hóa lý khác nhau nhiều
Dung dịch vô cùng loãng: nồng độ chất tan vô cùng
bé so với dung môi (xdm → 1; xctan → 0). A-A, B-B >>> A-B
Dung dịch vô cùng loãng cũng
thể hiện tính chất giống dung dịch lý tưởng.
Cách biểu diễn thành phần dung dịch
1. Nồng độ % khối lượng: số m gam chất tan/ số gam dung %m = ctan (1) i m dịch dd
2. Nồng độ phần mol: số mol ni
chất tan/tổng số mol dung x = i n ∑ (2) dịch i
3. Nồng độ molan: số mol n m = i .1000 (3) chất tan/1000 g dung môi g dm
4. Nồng độ mol lit: số mol n C = i (4) chất tan/1 lít dung môi M V
5. Nồng độ đương lượng: số n đương lượng gam chất C = D,i (5) N,i V tan/1 lít dung môi
Mối liên hệ giữa các nồng độ
Số đlg = số mol x số e trao đổi/số H+/số OH-
𝒏𝑫, 𝒊 = 𝒁𝒆. 𝒏𝒊 H!SO" + 2NaOH = Na!SO" + H!O 1 mol 2 mol 1 mol 2 đlg 2 đlg 1 đlg
Nồng độ đương lượng = Ze* nồng độ mol n n C = D,i C = i N,i V M V C = Z .C N e M
CÂN BẰNG LỎNG-HƠI HỆ 2
CHẤT LỎNG TAN HOÀN TOÀN
Các trường hợp khi trộn 2 CL
1. Tan hoàn toàn: H2O-C2H5OH
2. Hoàn toàn không tan: CCl4-H2O
3. Tan có giới hạn: C6H5OH-H2O Cân bằng lỏng hơi
hệ 2CL hoà tan hoàn toàn
2 chất đều bay hơi, đạt được
CB lỏng-hơi trong hệ kín. PA, PB Định luật Raoult: yA, yB
“Ở T xác định, áp suất hơi
của mỗi chất trên dung dịch x
tỷ lệ thuận với nồng độ phần A, xB
mol của nó trong dung dịch, = Po.x tức là: PA A A Pi = P0i.xi” o P = P .x B B B
P0i là áp suất hơi của i nằm cân
bằng với chất i lỏng nguyên chất
Áp suất hơi của dung dịch
Áp suất hơi của dung dịch nằm CB với pha lỏng P = P + P = Po.x + Po.x A B A A B B o o o o o
= P .(1− x ) + P .x = (P − P ).x + P A B B B B A B A Nếu P0 Giản đồ P-x
A < P0B (B là cấu tử dễ
bay hơi hơn A), khi tăng xB thì P = P o A + PB P tăng PB o
Từ Phơi à xác định được PA
thành phần pha lỏng xA, xB PB PA 0 xA 1 xB Thành phần pha hơi
Nếu coi pha hơi là lý tưởng ta có: ĐL Konovalop I y P x .Po Po y x B = B = B B B B Với α = = α. B y P o Po y x x .P A A A A A A A
Khi B dễ bay hơi hơn A nên α>1 y x y x y x
B > B ⇒ A < A → A + 1< A + 1⇒ y > x y x y x y x B B A A B B B B
Phát biểu định luật Konovalop I
“Ở trạng thái cân bằng lỏng-hơi, thành phần pha hơi
sẽ giàu cấu tử dễ bay hơi hơn trong pha lỏng”
Giản đồ nhiệt độ sôi-thành phần o o o − ΔH − ΔH RT RT P = (P − P ).x + P = K .e = K .e B A B A PA A PB B − ΔH − ΔH − ΔH RT RT RT P = K .e + [K .e − K .e ].x A B A B
Dung dịch sẽ sôi khi Pbh = Pkq. Thay Pkq vào pt trên ta được Ts = f(xB) Giản đồ T T s-x,y Từ Konovalop I T1 y T2 x = B Hơi T B α + (1− α).y 3 B T4 Lỏng Vào pt T T5 s=f(xB) ta sẽ thu T a 6 6 được Ts = f(yB) A a B 2 a a’ 3 a4 a’ a5 2 a’3 4 a’5
Phân tích giản đồ Ts-x,y
Đun nóng của hỗn hợp từ T1: P=const Ts,A Pha hơi 𝐿ỏ𝑛𝑔 𝑙 𝑄 T h3 ! !ℎ! 3 = l3 𝐻ơ𝑖 ℎ 𝑙 Q ! !𝑄! T 2 h 2 2 l2 h T 1 1 l1 Pha lỏng Ts,B A B
Chưng cất dung dịch
Giả sử chưng cất dung dịch Q. Sơ đồ tháp chưng
Đun nóng để tới nhiệt độ Q1 Nư c ra
+ Phần lỏng L1: đun nóng à L4, H4
+ Phần hơi H1: ngưng tụ à H2, L2 Nư c l nh T H5 Pha hơi L S H 5 4 Đư ng đi c a hơi L4 Đư ng đi c a l ng Q1 H1 L1 H L 2 0 R H3 Hơi đ t Q Pha lỏng Nư c ngưng A B
HỆ 2 CHẤT LỎNG TAN LẪN CÓ GIỚI HẠN
Sự tan lẫn hệ 2 chất lỏng
Xét hệ gồm phenol và nước
- Hoà tan a gam phenol vào b gam nước ở nhiệt độ T,
lắc đều sau đó để lắng. Lớp nước Trộn, lắc đều, để lắng cho CB Phenol Lớp phenol H2O
Vậy: ?% phenol trong lớp nước và ?% nước trong lớp phenol
? Khối lượng của lớp nước và phenol
Xây dựng giản đồ tan lẫn
Nhiệt độ tan lẫn: là nhiệt độ tại đó hệ 2 pha à 1 pha P=const Xác định nhiệt độ tan T lẫn các ống có thành K: Điểm tới hạn phần phenol/nước Đồng thể khác nhauà vẽ giản 1 pha đồ tan lẫn. K: Điểm tới hạn
T>TK: hệ đồng thể ở Dị thể 2 pha mọi tỷ lệ Nước x1 x2 Phenol
Phân tích giản đồ tan lẫn Quá trình đun nóng P=const ØĐộ tan lẫn tăng T ØKhối lượng lớp phenol giảm; khối lượng lớp N3 T3 § M P3 nước tăng 3 ØĐun đến T N T 2 P 3 à 1 pha 2 § M 2 2 ØKhối lượng của lớp phenol và lớp nước N1 P T 1 được xác định thông 1 § M1 qua quy tắc đòn bẩy: Nước x x22 x 1 x x 21 x 11 2 Phenol N M P x − x 1 1 2 (N) (P) = = P M N x − x 1 1 1
Phân tích giản đồ tan lẫn
Quá trình thêm dần phenol tại T xác định Khối lượng của lớp P=const phenol tăng và lớp nước T giảm (được xác định thông qua quy tắc đòn bẩy) N M P x − x N M M 1 1 2 1 1 2 P1 T1 = = P M N x − x 1 1 1 N′ M P x − x′ = Nước x1 x x' x2 Phenol 2 1 = 2 (N) (P) P′ M N x′ − x 2 1 1