Гетерогенное равновесие

Гетерогенные равновесия

Константа растворимости.
Правило растворимости осадков

Согласно теории сильных электролитов, при растворении твердых веществ, кристаллы которых построены из ионов, в раствор переходят не молекулы, а образующие кристаллическую решетку ионы. Поэтому в насыщенном растворе таких соединений равновесие устанавливается между перешедшими в раствор ионами и твердой фазой (осадком) растворенного вещества. При этом протекают два взаимно противоположных процесса: переход ионов из осадка в раствор (растворение ) и из раствора в осадок (кристаллизация ).

Насыщенные растворы труднорастворимых электролитов являются сильно разбавленными. Их ионная сила мала, поэтому можно считать, что коэффициенты активности ионов таких электролитов в растворе равны единице, а сами их активности численно совпадают с молярными концентрациями.

В насыщенном растворе малорастворимой соли хлорида серебра между осадком AgCl и находящимися в жидкой фазе ионами Ag + и Cl – устанавливается подвижное гетерогенное равновесие:

Согласно закону действующих масс, количественно оно характеризуется константой равновесия:

где – c(Ag + (p) ) и c(Cl — (p) ) – равновесные молярные концентрации ионов Ag + и Cl – в насыщенном растворе AgCl; c(AgCl(т) ) – концентрация AgCl в твердой фазе (осадке).

Избавившись от дроби, выражение для Kравн. можно записать следующим образом:

Так как концентрация твердого вещества c(AgCl(т) ) есть величина постоянная, то левая часть данного уравнения при неизменных внешних условиях (температуре, давлении) тоже будет являться постоянной величиной. Произведение этих констант (Kравн. × c(AgCl(т) )) называют иначе константой растворимости и обозначают Ks (нижний индекс «s» от англ. solubility – растворимость ):

В русскоязычной литературе часто вместо константы растворимости используют название «произведение растворимости» и обозначение ПР или KПР

В настоящее время обозначения ПР и KПР. согласно рекомендациям ИЮПАК, применять не целесообразно.

5.189.137.82 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам.

Гетерогенное равновесие

Гетерогенные равновесия в физической химии изучаются с помощью так называемых фазовых диаграмм или диаграмм состояния.  [1]

Гетерогенные равновесия в физиче: кой химии изучаются с помощью так называемых фазовых диаграмм или диаграмм состояния.  [2]

Гетерогенные равновесия на границе раздела фаз жидкость — твердое вещество охватывают обширную область явлений, широко распространенных в природе и используемых человеком в своей практической деятельности. Достаточно сказать, что процессы образования минералов, морских отложений, как правило, являются гетерогенными, в основе многих технологических процессов гидрометаллургии, очистки и разделения веществ лежат фазовые превращения.  [3]

Гетерогенные равновесия. при которых процесс перехода веществ из одной фазы в другую не сопровождается изменением их химического состава, называются фазовыми равновесиями. К ним относятся испарение, конденсация, плавление, кристаллизация, сублимация, полиморфные превращения, растворение и другие процессы, широко осуществляемые в технологии.  [4]

Гетерогенные равновесия. в отличие от гомогенных, не чувствительны к диссоциации и ассоциации компонентов, если эти процессы не сопровождаются глубокими химическими превращениями, приводящими к образованию индивидуально существующих веществ. Диссоциация и ассоциация компонентов в гомогенных фазах гетерогенных систем сказываются на термодинамических параметрах, при которых происходят фазовые превращения, но не влияют на число находящихся в равновесии фаз.  [5]

Гетерогенные равновесия являются важнейшим источником информации о существе многих процессов химии и физи-кохнмни. Термодинамика гетерогенных равновесий, созданная в современной форме трудами Гиббса, ВантТоффа, Ро-зебома, Ван-дер — Ваальса, Алексеева, Коновалова и др. неразрывно связана с теорией растворов, поскольку изучение гетерогенных равновесий дает информацию о растворах, участвующих в этих равновесиях.  [6]

Гетерогенное равновесие устанавливается также в тех случаях, когда какое-либо твердое вещество образует в определенном растворителе насыщенный раствор, причем избыток этого вещества находится на дне сосуда в виде твердой фазы. Примером подобной гетерогенной системы может служить насыщенный раствор пд-варенной соли в воде с твердой солью на дне. Данная система состоит из трех фаз: твердая фаза в виде кристаллов соли, жидкая фаза в виде насыщенного раствора соли и газообразная — в виде водяного пара над раствором.  [7]

Гетерогенное равновесие. при котором сосуществуют т 1 фаз, имеет, согласно (29.3), одну степень свободы и называется поэтому моновариантным равновесием.  [8]

Гетерогенные равновесия в процессах перехода вещества из одной фазы в другую, не сопровождающиеся изменением химического состава этого вещества, принято называть фазовыми равновесиями.  [9]

Гетерогенные равновесия будут рассмотрены с применением общих условий равновесия, заключающихся в том, что химический потенциал каждого вещества, которое существует в газовой фазе, должен равняться его химическому потенциалу в кристалле и что в гомогенной газовой фазе сумма химических потенциалов исходных веществ должна быть равна сумме химических потенциалов продуктов реакции.  [11]

Гетерогенные равновесия. связанные с переходом вещества из одной фазы в другую без изменения химического состава, называются фазовыми.  [12]

Гетерогенные равновесия. при которых процесс перехода веществ из одной фазы в другую не сопровождается изменением их химического состава, называются фазовыми равновесиями. К ним относятся испарение, конденсация, плавление, кристаллизация, сублимация, полиморфные превращения, растворение и другие процессы, широко осуществляемые в технологии.  [13]

Гетерогенное равновесие осадок насыщенный раствор при данной температуре характеризуется постоянной величиной, равной произведению возведенных в степень соответствующего стехиометрического коэффициента, концентраций ионов мало растворимого электролита в насыщенном растворе. Эта величина называется произведением растворимости ( ПР), а в более строгих расчетах заменяется произведением активностей.  [14]

Гетерогенные равновесия в процессах перехода вещества из одной фазы в другую, не сопровождающиеся изменением химического состава этого вещества, принято называть фазовыми равновесиями. Условия, при которых отдельные фазы системы находятся в равновесии друг с другом, выражаются законом равновесия фаз, называемым правилом фаз.  [15]

Страницы:    9ensp;9ensp;1  9ensp;9ensp;2  9ensp;9ensp;3  9ensp;9ensp;4

Поделиться ссылкой:

/ 27 гетерогенные равновесия

27.Гетерогенные равновесия и процессы жизнедеятельности, лежащие в основе образования основного вещества костной и зубной тканей.

Гетерогенными называются такие системы, которые состоят из нескольких фаз и имеют реальную физическую границу раздела. Фаза – это часть системы с одинаковыми химическими и физико-химическими свойствами. Межфазные процессы заканчиваются установлением гетерогенных динамических равновесий. Например, минеральные компоненты костной и зубной ткани, основу которых составляет гидроксофосфат кальция Са5 (РО4 )3 ОН, находятся в состоянии химического равновесия с ионами кальция и фосфата плазмы крови. Смещение этого равновесия под влиянием разнообразных факторов может привести к развитию патологических состояний.

В аналитической химии существует ряд гетерогенных процессов, которые сопровождаются выпадением или растворением осадков. Знание общих закономерностей установления и смещения гетерогенного равновесия в системе осадок ↔ раствор позволяет управлять процессами разделения, растворения и определения веществ.

Константа растворимости (ПР). Рассмотрим процессы, возникающие при взаимодействии малорастворимого, но сильного электролита BaSO4 с водой. Под действием диполей воды ионы Ва 2+ иSО4 2– из кристаллической решетки будут переходить в жидкую фазу. Одновременно с этим процессом под влиянием электростатического поля кристаллической решетки часть ионов Ва 2+ иSО4 2– вновь будет осаждаться. При данной температуре в гетерогенной системе, наконец, установится равновесие: скорость процесса растворения (v1 ) будет равна скорости процесса осаждения (v2 ), т.е.v1 =v2 :

Гетерогенное равновесие

Раствор, находящийся в равновесии с твердой фазой BaSO4. называется насыщенным относительно сульфата бария. Насыщенный раствор представляет собой равновесную гетерогенную систему, которая характеризуется константой химического равновесия:

Гетерогенное равновесие

где: а(Ва 2+ ) – активность ионов бария;

а(SO4 2– ) – активность сульфат-ионов;

a(BaSO4 ) – активность сульфата бария.

Знаменатель этой дроби – активность кристаллического BaSO4 – является постоянной величиной, равной единице. Произведение двух констант дает новую постоянную величину, которую называют термодинамической константной растворимости и обозначаютKs 0 :

Эту величину раньше называли произведением растворимости и обозначали ПР. Таким образом, в насыщенном растворе малорастворимого сильного электролита произведение равновесных активностей его ионов есть величина постоянная при данной температуре.

Если принять, что в насыщенном растворе малорастворимого электролита коэффициент активности f≈ 1, то активность ионов в таком случае можно заменить их концентрациям, так как а(Х) =f(X) ∙ С(Х). Термодинамическая константа растворимостиKs 0 перейдет в концентрационную константу растворимостиKs :Ks = С(Ва 2+ ) ∙ С(SO4 2– ),

где С(Ва 2+ ) и С(SO4 2– ) – равновесные концентрации ионов Ва 2+ иSO4 2– (моль/л) в насыщенном растворе малорастворимого сильного электролита сульфата бария. Для упрощения расчетов обычно пользуются концентрационной константой растворимостиKs. принимаяf(X) = 1.

Если малорастворимый сильный электролит образует при диссоциации несколько ионов, то в выражение Ks (илиKs 0 ) входят соответствующие степени, равные стехиометрическим коэффициентам:

Гетерогенное равновесие

В общем виде значение концентрационной константы растворимости для электролита Ат Вп имеет вид

Величиной Ks принято пользоваться только в отношении электролитов, растворимость которых в воде не превышает 0,01 моль/л.

Занятие 17. Гетерогенные равновесия в системе осадок — насыщенный раствор малорастворимого электролита. Осадительное титрование.

1 Способы выражения растворимости малорастворимых электролитов. Произведение растворимости (произведение активности) малораствори­мого электролита.

2 Условие образования осадков малорастворимых электролитов.

3 Влияние добавок посторонних электролитов на растворимость малорастворимых электролитов (влияние добавок электролитов с одноименным ионом, влияние добавок постороннего (индеферентного) электролита).

4 Сущность осадительного титрования.

5 Требования, предъявляемые к реакциям, лежащим в основе осадительного титрования.

6 Метод Мора. Сущность метода. Основные тиранты метода. Методы приготовления и стандартизации титрантов.

7 Метод Фольгарда. Сущность, индикаторы. Основные титранты метода. Методы приготовления и стандартизации титрантов.

8 Метод Фаянса. Индикаторы осадительного титрования

В основе растворения вещества в растворителе лежат межмолекулярные взаимодействия между ними с образованием сольватов, т.е. ассоциатов из молекул вещества и растворителя. Чем сильнее эти межмолекулярные взаимодействия, тем вещество лиофильнее и тем лучше оно растворяется в данном растворителе.

По растворимости в растворителе различают вещества с неограниченной растворимостью, которые смешиваются с растворителем в любых соотношениях, образуя истинные растворы, и вещества с ограниченной растворимостью в данном растворителе. В растворах веществ с ограниченной растворимостью при данных условиях существует определенная область значений их концентраций, в которой они существуют как единая гомогенная система, истинный раствор. При других условиях (концентрация, температура, давление) данная система может стать гетерогенной, т.е. содержащей границу раздела фаз между растворителем и растворенным веществом.

При контакте малорастворимого сильного электролита с растворителем очень незначительная его часть полностью диссоциирует на ионы. В возникающей системе, состоящей из водного раствора малорастворимого сильного электролита и его осадка, устанавливается гетерогенное равновесие между ионами данного электролита в водной фазе и его кристаллами.

Рассмотрим гетерогенное равновесие между кристаллическим осадком малорастворимой соли BaSO4 и его насыщенным водным раствором, содержащим ионы Ba 2+ (р) и SO4 2- (р):

Полученный раствор с осадком представляет собой равновесную гетерогенную систему. Применим к этой системе закон действующих масс, имея в виду, что концентрация твердого вещества постоянна и учитывается величиной константы скорости растворения, тогда выражение для константы гетерогенного равновесия, называемой константой растворимости. для раствора данной соли запишется:

Полученное выражение показывает, что константа растворимости при постоянной температуре постоянна и определяется только произведением концентраций ионов малорастворимого электролита в насыщенном растворе, которое также называется произведением растворимости и обозначается Кпр или ПР.

В общем случае для малорастворимого электролита Ktn Anm константа растворимости Ks определяется стехеометрическим произведением концентраций ионов, посылаемых в раствор данным электролитом:

Ks= [Kt m + ] n ∙ [An n — ] m

Величина Ks характеризует растворимость электролита при данной температуре и зависит от природы малорастворимого электролита и растворителя. Значения констант растворимости приводятся в справочниках физико-химических величин.

Если в растворе малорастворитого сильного электролита стехеометрическое произведение концентраций ионов равно произведению растворимости малорастворимого электролита, то можно говорить об образовании насыщенного раствора данного электролита.

[Kt m + ] n ∙ [An n — ] m = Ks

Насыщенный раствор – термодинамически устойчивая равновесная система, в которой скорость растворения вещества равна скорости его выделения из раствора:

Насыщенный раствор содержит максимально возможное при данных условиях количество растворенного вещества. Количественно растворимость веществ выражается или молярной концентрацией их насыщенных растворов (моль /л), или в граммах растворенного вещества, приходящихся на 100 г растворителя в насыщенном растворе.

В результате изменения условий в гетерогенной системе происходит смещение ионных гетерогенных равновесий, в соответствии с принципом Ле Шателье,в направлении наиболее полного связывания ионов. Изменение концентрации ионов, или температуры, в растворе малорастворимого электролита приводит к значительному изменению его растворимости, при этом константа гетерогенного равновесия – константа растворимости – остается постоянной.

В результате этого в гетерогенной системе может происходить образование или, наоборот, растворение осадка.

Осадок малорастворимого сильного электролита образуется, если стехеометрическое произведение концентраций его ионов в растворе больше константы растворимости.

c n (Ktm + ) ∙ c m (An n — ) > Ks

Такой раствор называется пересыщенным. т. е. это термодинамически неустойчивая псевдоравновесная система, в которой концентрация вещества больше, чем в насыщенном растворе.

Пересыщенные растворы обычно получают из насыщенных растворов, изменяя какие-либо условия: температуру, давление или концетрацию растворенных веществ. Если растворимость вещества растет с повышением температуры, то для получения пересыщенного раствора необходимо осторожно охладить его насыщенный раствор. Если растворимость вещества уменьшается с повышением температуры, то для получения пересыщенного раствора необходимо нагреть его насыщенный раствор.

Выпадение осадка продолжается до тех пор, пока раствор не станет насыщенным. В некоторых случаях кристаллизация малорастворимого электролита, ограничивается только выпадением микрокристаллов, которые стабилизируются, и при этом образуется лиофобный коллоидный ультрамикрогетерогенный раствор.

Влияние одноименного иона. Растворимость труднорастворимых электролитов понижается в присутствии других сильных электролитов, имеющих одноименный ион. Если к ненасыщенному раствору BaSO4 прибавлять понемногу раствор сульфата натрия Na2 SO4. то ионное произведение, бывшее сначала меньше ПР BaSO4. постепенно достигнет и превысит его. Начнется выпадение осадка BaSO4. Соли с одноименным ионом понижают растворимость солей даже с довольно большой растворимостью.

Осадок малорастворимого сильного электролита растворяется, если в растворе над осадком этого малорастворимого электролита создать условия, при которых стехеометрическое произведение концентраций ионов станет меньше его произведения растворимости, т.е. ненасыщенный раствор

c n (Ktm + ) ∙ c m (An n — ) < Ks

Ненасыщенным раствором называется термодинамически устойчивая неравновесная система, в которй концентрация вещества меньше, чем в насыщенном растворе. В таких растворах можно растворить при тех же условиях дополнительное количество растворяемого вещества.

Создать условия для растворения осадка малорастворимого электролита можно за счет химического связывания хотя бы одного из его ионов в растворе, которое будет более полным, чем в осадке.

Рассмотрим типичные случаи растворения осадка:

Растворение Mg(OH)2 в кислоте происходит из-за более прочного связывания ионовOH — в молекуле H2 O, чем они связаны в осадке Mg(OH)2 .

При добавлении кислоты ионы CO3 2-. посылаемые в раствор осадком CaCO3. образуют слабую и неустойчивую кислоту H2 CO3. которая разлагается, и при этом CO2 удаляется из сферы реакции, что приводит к растворению CaCO3 .

Осадок AgCl растворяется в водном растворе аммиака, так как, взаимодействуя с аммиакаом, образует водорастворимый комплекс [Ag(NH3 )2 ]Cl, устойчивый при избытке аммиака в растворе.

Растворение осадков может происходить в результате изменения степени окисления какого-либо элемента, входящего в состав осадка:

Таким образом, химические реакции, лежащие в основе растворения осадков, могут быть кислотно- основными, комплексообразования и окислительно-восстановительными. Растворение осадка является результатом конкуренции между гетерогенным равновесием, имеющим физико-химический характер, и химичекими равновесиями, в основе которых лежат указанные реакции. Конкуренцию выигрывает то равновесие, которое приводит к более полному связыванию хотя бы одного из общих ионов, участвующих в равновесиях. Количественные расчеты, связанные с положением тех или иных равновесий, производят, используя величину констант соответствующих равновесий и концентраций ионов в растворе, участвующих в этих равновесиях.

Солевой эффект. Соли, не имеющие одноименного иона, также влияют на растворимость труднорастворимого электролита, причем растворимость последнего, в данном случае, повышается. Так, растворимость PbSO4 повышается в присутствии нитратов калия или натрия, а растворимость AgCl повышается в присутствии сульфатов натрия или калия. Описанное явление называется солевым эффектом. Его физическая причина в том, что большое количество посторонних ионов, находящихся в растворе, мешает ионам труднорастворимого электролита сталкиваться друг с другом и с поверхностью осадка, что ускоряет процесс его растворения. Уменьшение растворимости веществ в присутствии солей называется высаливанием.

© 2015-2017 lektsii.org.

Гетерогенные равновесия

Гетерогенная система, в отличие от гомогенной, представляет собой такую физико-химическую систему, в которой существуют различающиеся между собой по физическим свойствам фазы. То есть, в ней имеются части, у которых различны агрегатные состояния и состав элементов. Одна фаза такой системы отделяется от другой границей, переход через которую вызывает качественный скачок в изменении физико-химических свойств системы (вещества). Такими изменчивыми параметрами могут быть форма и структура кристаллической решетки, плотность вещества, его состав, электромагнитное поле и другие.

Таким образом, в гетерогенной системе существует, по меньшей мере, механическое отделение фаз. Примерами таких систем выступают вода и пар, у которых различны агрегатные состояния, масло и вода, которые находясь в одном сосуде, имеют различный состав и другие. Довольно часто невозможно провести четкой границы между гомогенной и гетерогенной системами, потому что трудно установить саму границу перехода между фазами. Например, в механических взвесях эту границу занимают коллоиды, а в них имеются мельчайшие частицы растворенного вещества. С одной стороны – это гомогенная система, потому что размеры частиц столь малы, что их величиной можно пренебречь. А с другой стороны, хоть и на атомарном уровне, но вещество в них все-таки присутствует, в этом случае, такую систему можно рассматривать как гетерогенную.

Важнейшим параметром, характеризующим принцип гетерогенности, выступают гетерогенные равновесия. Рассмотрим смысл данного явления на примере водных растворов. В них гетерогенные равновесия имеют такие свойства, которые заключаются в переносе частиц через границу фазного предела, как минимум, в двух соседних фазах. Мы коснемся в этом описании лишь небольшого круга данных явлений, которые наиболее значимы с точки зрения своего практического применения. По своим свойствам гетерогенные равновесия довольно разнообразны, а потому имеют место и в химических технологических процессах, и представляют интерес с точки зрения теоретического анализа в физической химии.

В практической плоскости интерес вызывают, прежде всего, такие системы, как твердая — жидкая фаза (осадок — насыщенный раствор). Такая система важна потому, что в практической деятельности многие химические технологии основаны на отделении одного вещества от другого. Кроме того, важны и обратные процессы, где гетерогенные равновесия играют большую роль. К ним можно отнести реакции перевода слаборастворимых соединений в растворы.

Другая система – твердая фаза – раствор жидкости основана на явлении ионного обмена. Это химическое явление распространено в технологиях очистки водных растворов от различного рода примесей и используется при необходимости отделения веществ друг от друга. В данном случае имеют место гетерогенные равновесия в растворах электролитов, они важны потому, что обычные химические способы отделения соединений малоэффективны. Практическая реализация таких переходов обеспечивается ионным обменом, который протекает на поверхности ионитов в процессе электролитической реакции.

Третья распространенная из рассматриваемых систем — это система жидкая – жидкая фаза, речь идет о растворителях с разными составами вещества. Данный случай применяется тогда, когда в двух растворах содержатся несмешиваемые друг в друге вещества с различными показателями растворимости, то есть, имеют место изолированные гетерогенные равновесия. Практическое использование данного явления получило название экстракции. В промышленном производстве и при химических процессах экстракция выступает в качестве наиболее эффективного способа отделения веществ.

Гетерогенное равновесие

7 вещей, которые следует мыть и стирать каждый день Это может показаться еще одним пунктом в бесконечном списке ежедневных дел, но за этим кроется эффективный метод, который позволяет создать положитель.

Гетерогенное равновесие

13 признаков, что у вас самый лучший муж Мужья – это воистину великие люди. Как жаль, что хорошие супруги не растут на деревьях. Если ваша вторая половинка делает эти 13 вещей, то вы можете с.

Гетерогенное равновесие

Неожиданно: мужья хотят, чтобы их жены делали чаще эти 17 вещей Если вы хотите, чтобы ваши отношения стали счастливее, вам стоит почаще делать вещи из этого простого списка.

Гетерогенное равновесие

11 странных признаков, указывающих, что вы хороши в постели Вам тоже хочется верить в то, что вы доставляете своему романтическому партнеру удовольствие в постели? По крайней мере, вы не хотите краснеть и извин.

Гетерогенное равновесие

Что форма носа может сказать о вашей личности? Многие эксперты считают, что, посмотрев на нос, можно многое сказать о личности человека. Поэтому при первой встрече обратите внимание на нос незнаком.

Гетерогенное равновесие

13 фактов о флирте, которые вы должны знать Что может быть более страшным, чем пытаться заговорить с человеком, который вам нравится? К счастью, ученые разобрались, как именно работает флирт. Пр.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *