Chuong6 _Dungdich ppt

Vì sao dung dịch hình thành ?Yếu tố quan trọng: Tương quan độ mạnh của lực liên phân tử giữa các phân tử cùng loại và giữa các phân tử khác loại Dung dịch lý tưởng: Lực liên phân tử như

DUNG DÒCH

Chöông 6

I Một vài khái niệm

II Độ hòa tan Aûnh hưởng của các yếu tố

lên độ hòa tan

III Tính chất tập hợp của dung dịch không

điện ly.

VI Dung dịch điện ly

DUNG DỊCH Chương 6

I Một vài khái niệm

Dung dịch : hỗn hợp đồng thể và có t/c đồng nhất

trong toàn bộ thể tích nhất định Gồm dung môi và chất tan (có thể nhiều).

Dung môi:

+ xác định dạng tồn tại của dd;

+ cấu thành có lượng lớn nhất.

Chất tan (dung chất):

+ lượng ít hơn;

+ trạng thái có thể khác trạng thái của dd.

Dung dịch Thành phần

Dung dịch khí

Không khí

Khí tự nhiên

N2, O2, và nhiều chất khác

CH4, C2H6, và nhiều chất khác

Dung dịch lỏng

Nước biển

Nước ngọt có gas

H2O, NaCl, nhiều chất khác

Các cách biểu diễn nồng độ

• Nồng độ %:

100 dịch

dung lượng

khối

A chất lượng

khối A

ppb (part per b illion): ng/g; g/kg; nL/L; g/L

ppt (part per t rillion): pg/g; ng/kg; pL/L; ng/L

(1L = 1000g)

• Nồng độ phân mol (X, N)

nA – số mol A trong dd

ni – số mol toàn bộ các cấu tử trong dd

• Nồng độ Mol (M)

Biểu diễn nồng độ: Phân mol, Mol và Molan

n

n X

S mol ch t tanố mol chất tan ất tanThể tích dung dịchNồng độ mol =

mol ch t tanất tanlít dung dịch

M =

Số mol chất tan

KhốI lượng dung môi

Nồng độ molan =

•Nồng độ Molan (m)

•Để đổi từ nồng độ molan sang nồng độ mol cần có tỷ khối dung dịch

Dùng molan có lợi hơn mol :

- KL không đổi khi T thay đổi ( d và V)

- KL có cộng tính

Do dH2O = 1 kg/l nên đối với dung dịch loãng trong nước:

mol chất tan

kg dung mơi

m =

Vì sao dung dịch hình thành ?

Yếu tố quan trọng:

Tương quan độ mạnh của lực liên phân tử giữa các phân tử cùng loại và giữa các phân tử khác loại

Dung dịch lý tưởng:

Lực liên phân tử như nhau

giữa A-A, B-B và A-B.

 Hht = 0

Dung dịch không lý tưởng

Liên kết giữa phân tử cùng

loại yếu hơn giữa phân tử

khác loại.

 Hht < 0

Liên kết giữa phân tử cùng

loại mạnh hơn giữa phân tử

khác loại.

 H > 0

Biến đổi năng lượng trong quá trình hòa

tan

H 1 : Tách các phân tử chất tan

H 2 Tách các phân tử dung môi

3 giai đoạn :

Quá trình hòa tan gồm 3 giai đoạn xảy ra đồng thời ứng với các biến đổi năng lượng sau:

– Tách các phân tử chất tan (H1 > 0),

– Tách các phân tử dung môi (H2 > 0), và

– Quá trình solvat hóa (H3 < 0).

• Biến thiên Enthalpy (Nhiệt hòa tan) của quá trình hòa tan:

Biến đổi năng lượng trong quá trình hòa tan

• Quá trình phá vỡ liên kết liên phân tử là qt thu nhiệt

• Sự hình thành liên kết liên phân tử là qt tỏa nhiệt

• Để xác định dấu của Hht phải dựa trên độ lớn của

tương tác chất tan - chất tan và chất tan - dung môi:

 H1 và H2 luôn dương

 H3 luôn âm

– Có 2 khả năng: H3 > (H1 + H2)

hoặc H3< (H1 + H2)

Dung dịch Dung môi + chất tan

Hạt chất tan tách rời

Dung môi +

Hạt dung môi tách rời + Hạt chất tan tách rời

Quá trình thu nhiệt

Hạt dung môi tách rời + Hạt chất tan tách rời

Hạt chất tan tách rời

Dung môi +

Dung môi + chất tan

Dung dịch

Biến đổi năng lượng trong quá trình hòa tan

Dung dòch ion

Lực liên phân tử trong dung dịch

Theo thứ tự giảm dần độ mạnh:

 Ion – Dipole

 Liên kết H

 Dipole – Dipole

 Ion – Dipole cảm ứng

 Dipole – Dipole cảm ứng

 Lực phân tán (London)

Dipole – Dipole cảm ứng

Ion – Dipole Dipole – Dipole

Lực phân tán

Quanh 1 ptử Trong tt rắn Trong tt lỏng

Liên kết hydro trong Nước

Biến thiên năng lượng trong quá trình hòa tan

•NaOH tan trong nước Hht = - 44.48 kJ/mol.

•NH4NO3 tan trong nước Hht = + 26.4 kJ/mol.

Nếu H ht rất dương, dung dịch sẽ không hình thành.

– NaCl trong xăng: lực tương tác ion-dipole yếu vì xăng không phân cực H3 không đủ để bù cho năng lượng cần thiết cho quá trình phân ly NaCltt thành ion ( H1)

– Nước trong octane: nưóc có liên kết H mạnh Không có tương tác giữa nước và octan ( H3 ) để bù lại liên kết nươc – nước

( H2)

Quá trình hòa tan

Quá trình tự xảy ra phải có G < 0

• Nếu H > 0 thì S phải rất dương để cho G < 0

• Quá trình hòa tan với H > 0 có thể tự xảy ra do độ hỗn độn của hệ thống tăng lên

• Có dung dịch hình thành nhờ quá trình hóa học, và cũng có dung dịch hình thành nhờ quá trình vật lý

• Ví dụ:

NaCl(r) + H2O (l)  Na+(dd) + Cl-(dd).

• Khi cho nước bay hơi, thu được NaCl Quá trình hòa tan NaCl là quá trình vật lý

Sự hình thành dung dịch và phản ứng hóa học

Ni(s) + 2 HCl(dd)  NiCl2(dd) + H2(k).

• Bản chất hóa học của chất tan bị thay đổi (Ni  NiCl2 ) Khi cho nước bay hơi, ta không thu được Ni mà là NiCl 6H O

Hỗn hợp (CCl 4 và C 6 H 14 ) có độ mất trật tự hơn từng chất lỏng riêng biệt Chúng tự tan vào nhau tuy Hht gần như bằng 0

Quá trình hòa tan thường làm tăng độ mất trật tự của hệ

Dung dịch bão hòa và độ hòa tan

• Quá trình hòa tan: chất tan + dung môi  dung dịch

• Quá trình kết tinh: dung dịch  chất tan + dung môi

II Độ hòa tan Aûnh hưởng của các yếu tố

lên độ hòa tan

• Dd Lỏng – Lỏng :

• Chất lỏng tan hoàn toàn vào nhau: tan vào nhau với bất kỳ tỉ lệ nào.

• Chất lỏng không tan vào nhau: hoàn toàn không tan.

• Chất lỏng tan một phần vào nhau: tan có giới hạn.

•Dung dịch bão hòa là dung dịch mà quá trình hòa

tan và quá trình kết tinh cân bằng với nhau

•Độ hòa tan: nồng độ chất tan trong dung dịch bão

hòa

•Dung dịch quá bão hòa: dung dịch mà nồng độ

chất tan cao hơn nồng độ trong dung dịch bão hòa

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ hòa tan

Tương tác giữa chất tan và dung môi

Aûnh hưởng của áp suất lên độ tan của chất khí

Aûnh hưởng của nhiệt độ

• Tổng quát: “ giống nhau thì tan vào nhau ”.

 Chất phân cực có khuynh hướng tan trong dung môi phân cực Chất không phân cực tan trong

dung môi không phân cực

 Càng nhiều liên kết phân cực trong phân tử, càng

 Càng ít liên kết phân cực trong phân tử, càng ít

Tương tác giữa chất tan và dung môi

• Liên kết liên phân tử rất quan trọng: nước tan vào ethanol vì liên kết hydro bị đứt sẽ được tái tạo lại trong hỗn hợp.

• Tính tan của hợp chất hữu cơ trong nước :

• Càng nhiều nhóm –OH độ tan trong nước càng

lớn.

• Số ngtử C trong phân tử càng lớn độ hòa tan

trong nước càng giảm.

Tương tác giữa chất tan và dung môi

Lieân keát hydro Lieân keát hydro

- Tính chất tẩy rửa của xà phòng, chất HĐBM,… C17H35COONa

- Tác động của thuốc kháng sinh phá vỡ cân bằng K + (in)/Na + (out) qua màng tế bào Td:

- gramicidin A : ptử hình ống trong phân cực, ngoài không phân cực

- valinomycin : ptử hình bánh xe, lỗ phân cực, vành không

Phân cực và tính tan

Aûnh hưởng của áp suất lên độ tan của chất khí

• Aùp suất càng cao, càng nhiều phân tử khí ở gần dung môi, cơ hội tan vào dung môi càng cao Độ tan của khí tỷ lệ thuận với áp suất của khí.

•Định luật Henry :

Hay cĩ thể viết : P = K H,X X ; P = K H,C C ;…

k, K - hằng số Henry C k - độ hòa tan của khí, P k - áp suất riêng phần của khí trên dung dịch

Đơn vị và trị số của k, K phụ thuộc vào đơn vị của P và C.

Với mỗi chất khí, tại một nhiệt độ nhất định, độ hịa tan của

nĩ trong một dung mơi nào đĩ tỷ lệ với áp suất của nĩ trên dung dịch.

•Aùp suất ít ảnh hưởng đến độ tan của chất lỏng và

•Nước gas được đóng chai ở

áp suất PCO2 > 1 atm Khi mở

chai, áp suất PCO2 giảm nên

độ hòa tan của CO2 giảm Khí

CO2 thoát ra khỏi dung dịch

Nước sủi bọt.

Aûnh hưởng của áp suất lên độ tan của chất khí

Một số giá trị K trong nước:

• Khi nhiệt độ tăng, độ

hòa tan của phần

lớn các chất rắn đều

tăng

Đường tan nhiều hơn

khi đun nóng

• Với một số ít chất, độ

hòa tan giảm khi

(Ce2(SO4)3)

Aûnh hưởng của nhiệt độ

•Độ hòa tan của chất khí

trong nước giảm khi nhiệt

độ tăng

 Khi nước hồ quá nóng, độ

tan của O2 và CO2 giảm, bất lợi

cho động thực vật dưới nước (ô

Dd quá bão hòa Dd chưa bão hòa

III Tính chất tập hợp của dung dịch

Giảm áp suất hơi bão hòa Tăng nhiệt độ sôi

Giảm nhiệt độ đông đặc Aùp suất thẩm thấu

• Tính chất tập hợp là những tính chất phụ thuộc vào số

tiểu phân hiện diện (nồng độ chất tan) mà không phụ thuộc vào khối lượng dung dịch.

Nhắc lại: hơi bão hòa; áp suất hơi (bão hòa).

• Các phân tử chất lỏng có động năng khác nhau Các

phân tử có động năng cao sẽ thoát ra khỏi bề mặt

thoáng, đi vào pha khí, tạo nên pha hơi của chính chất

lỏng đó trên bề mặt thoáng Hơi này gọi là hơi bão hòa

(tại T xác định) Aùp suất riêng phần của chất trong pha

hơi bão hòa gọi là áp suất hơi bão hòa (gọi tắt: áp

suất hơi).

III Tính chất tập hợp của dung dịch

Giảm áp suất hơi bão hòa

Chất tan không bay hơi làm giảm khả năng của các phân tử

dung môi trên bề mặt rời bỏ pha lỏng đi vào pha khí  Aùp

suất hơi giảm (áp suất hơi của dung môi trên dung dịch <

Xét trường hợp:

Dung môi – bay hơi

Dung chất – không

bay hơi

Độ giảm áp suất hơi bão hòa phụ thuộc vào nồng độ chất tan.

Định luật Raoult, 1880

• P A là áp suất hơi bão hòa của A trên dung dịch, P A là áp

suất hơi bão hòa của A trên chất lỏng A tinh khiết, A là

phân mol của A trong dung dịch

• Dung dịch lý tưởng: tuân theo định luật Raoult.

• Định luật Raoult không còn đúng khi tương tác liên phân tử

dung môi - dung môi và chất tan - chất tan khác với tương

Cân bằng Lỏng - Hơi

Chưng cất phân đoạn

Dung dịch không lý tưởng – Điểm cộng phí

Aùp suất hơi giảm khi có chất tan hiện diện.

Điều này dẫn đến T sôi tăng và T đđ giảm

Điểm ba của dung môi

Điểm ba của

dung dịch

Tăng nhiệt độ sôi

• Khi nào chất lỏng sôi?

• Chất lỏng sôi khi áp suất hơi bão hòa bằng áp suất khí quyển

Tăng nhiệt độ sôi

• Chất tan không bay hơi làm giảm áp suất hơi bão hòa,

do đó làm tăng nhiệt độ sôi (T b ).

• Dung môi sẽ hóa hơi khi sôi

m K



K b : Hằng số nghiệm

sôi, chỉ phụ thuộc vào

bản chất của dung môi

m: nồng độ molan của

chất tan

P

R

Hơi L

Dung môi

Dung dịch

T P

Dung dịch kết tinh ở nhiệt độ thấp hơn so với dung môi

tinh khiết: T kt

m K

Tkt  kt



Kkt : Hằng số

nghiệm lạnh, chỉ

phụ thuộc vào

bản chất của

Moôt vaøi öùng dúng:

- laøm kem …

- Raĩc muoẫi tređn xa loô

- Kieơm tra ñoô tinh khieât cụa chaât

raĩn….

Dung dòch lyù töôûng tuađn theo ñ/l

Raoult ôû mói noăng ñoô.

Dung dòch thöïc chư tuađn theo ñ/l

Raoult khi noăng ñoô loaõng.

Dd khođng ñieôn ly: C < 0,1 mol/kg

Dd ñieôn ly: C < 0,01 mol/kg

Hệ số (đẳng trương) van’t Hoff

Vì sao dd điện ly dù khá loãng cũng không tuân theo đ/l

Raoult?

- Do sự phân ly  số hạt thực tế lớn hơn tính từ nồng độ

m iK

Tkt  kt



m iK



i  1 : Hệ số (đẳng trương) van’t Hoff

Hiện tượng thẩm thấu

Hiện tượng thẩm thấu và khuếch tán

nồng độ thấp đến nồng độ cao

màng bán thấm do sự chênh lệch nồng độ

Osmosis: the passage of solvent through a membrane from

the less concentrated side to the more concentrated side.

Thẩm thấu là sự khuếch tán của nước qua màng

- Sự khuếch tán và thẩm thấu xảy ra khi có sự chênh

lệch nồng độ chất tan giữa trong và ngoài màng tế bào

Màng bán thẩm: chỉ cho một số chất đi qua.

Td: màng tế bào

•Thẩm thấu: là quá trình di chuyển của dung môi từ nơi có nồng độ chât tan thấp sang nơi có nồng độ cao

•Td: Cây hút nước từ đất nhờ áp suất thẩm thấu…

Hiện tượng thẩm thấu

Dd loãng

Dd đặc

Màng bán

thẩm

•Chênh lệch áp suất

giữa hai nhánh làm cho thẩm thấu dừng lại.

• Aùp suất thẩm thấu , là áp suất cần thiết để ngừng

thẩm thấu.

• Thẩm thấu là quá trình tự xảy ra.

CRT

RT V

n

nRT V

Aùp suất thẩm thấu

A - dung dịch; B - dung môi

h  

Định luật van’t Hoff

-Ưu trương: Nồng độ chất tan bên ngoài cao hơn

nồng độ chất tan bên trong tế bào

nồng độ chất tan bên trong tế bào

độ chất tan bên trong tế bào

 Chất tan đi từ môi trường ưu trương sang môi



Ưu trương Đẳng trương Nhược trương

Nồng độ loãng Nồng độ đặc

Nồng độ cao Nồng độ thấp

• Sự co héo và trương nở của tế bào:

Thẩm thấu

• Dung dịch có cùng áp suất thẩm thấu : đẳng trương.

• Dung dịch có áp suất thẩm thấu cao hơn : ưu trương

• Hồng cầu được bao bọc bởi màng bán thẩm.

– Nếu hồng cầu tiếp xúc với dung dịch có  cao hơn so với dịch của hồng cầu : nước thẩm thấu từ trong ra ngoài làm hồng cầu co, héo lại

– Nếu hồng cầu tiếp xúc với dung dịch có  thấp hơn so với dịch của hồng cầu : nước thẩm thấu từ ngoài vào trong làm hồng cầu trương lên

Ưùng dụng của thẩm thấu

– Muối dưa

– Muối, đường dùng để bảo quản thực phẩm: vi khuẩn trong môi trường đó sẽ bị mất nước mà chết

Các sinh vật sống trong nước ngọt như:

Cá cĩ cơ chế điều hịa áp suất thẩm thấu để chống lại

sự xâm nhập nước từ bên ngồi mơi trường và bảo vệ muối cho cơ thể trong khi các động vật nước mặn thì

ngược lại

Ưùng dụng của thẩm thấu

Thẩm thấu ngược

P > 

Dd loãng

Dd đặc

Màng bán thẩm

Thẩm thấu ngược

Nếu áp lên dung dịch áp suất lớn hơn áp suất thẩm thấu thì nước sẽ thẩm thấu qua màng ra khỏi dung dịch.

Nước biển Nước tinh khiết

Màng bán thẩmƯùng dụng thẩm thấu ngược để điều chế nước ngọt từ nước biển

Nước từ nơi sạch đến nơi có nồng độ muối cao hơn

Áp suất cao đẩy nước qua màng, đến nơi tinh khiết

Thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis: R.O)

Màng RO

Là một màng mỏng làm từ vật liệu Cellulose Acetate, Polyamide hoặc màng TFC có những lỗ nhỏ tới 0.001 micron Tất cả các màng này đều chịu áp suất cao nhưng khả năng chịu pH và chlorine không giống nhau.

Sắc ký

Stationary Phase:

silicon gum alumina silica

Mobile Phase:

solvent gas

Problem 1: Determine vapor pressure lowering when 5.00 g of sucrose added to 100.0 g of H2O MW (sucrose)

= 342.3 g/mol The vapor pressure of water at 25°C is 23.8 mmHg

Problem 2: Determine the mass of sucrose dissolved in

100.0 g of water if the vapor pressure was 20.0 mmHg

Problems

Problem 3: Determine freezing point depression when

5.00 g of sucrose is added to 100.0 g of H2O Mw(sucrose) = 342.3 g/mol Kf = 1.86°C/m

Problem 4: Determine the BP elevation for the sucrose

solution in the previous example (problem 3) Kb = 0.521

C/m

Problem 5 Determine osmotic pressure of a solution containing 0.100 g of hemoglobin (molecular mass = 6.41 x 104

amu) in 0.0100 L at 1.00C

Problem 6 Osmotic pressure of a solution containing 50.0 mg

of a compound in 10.0 mL of water was 4.80 torr at 5.00C

Determine MW of the compound

Problems