BÀI GIẢNG DUNG DỊCH HÓA ĐẠI CƯƠNG

Mục tiêu 1) Định nghĩa và tính toán được những loại nồng độ khác nhau sữ dụng trong hóa học 2) So sánh và giải thích được sự khác nhau về nhiệt độ sôi, nhiệt độ đông đặc của dung môi và chất tan. 3)Mô tả được hiện tượng thẩm thấu và giải thích được biểu thức của định luật Van t Hoff về áp suất thẩm thấu 4) Nêu lên được những ứng dụng của việc đo áp suất thẩm thấu, độ tăng nhiệt độ sôi, độ hạ nhiệt độ sôi, độ thẩm thấu

1 Sự hình thành dung dịch

1.1 Định nghĩa – phân loại

- Hệ phân tán là hệ gồm có pha phân tán phân tán

trong môi trường phân tán

- Pha phân tán bao gồm một hay nhiều chất được phân chia thành những tiểu phân có kích thước nhất định

phân bố trong môi trường

- Theo ĐN rộng, tất cả các HPT gọi là dung dịch Chất phân tán thành những hạt rất nhỏ (phân tử, ion) gọi là chất tan, môi trường phân tán gọi là dung môi

- Nhưng thông thường, dung dịch là hệ phân tán mà

dung môi là một chất lỏng.

Các hệ phân tán

Pha phân

tán trườngMôi

phân tán

Tên hệ phân tán Ví dụ

Rắn Rắn 1 R/R : Dung dịch rắn Hợp kim

vàngbạc Lỏng Rắn 2 L/R: Hơi nước bị hấp phụ trong than hoạt hay

silicagen Khí Rắn 3 K/R: Hydro bị hấp phụ trong platin

Rắn Lỏng 4.R/L: Huyền phù, keo, các muối đường

hòa tan trong nước Nước sôngLỏng Lỏng 5 L/L: Nhũ tương, cồn trong nước Sữa bò Khí Lỏng 6 K/L: Nước uống có gas (CO2), nước thiên nhiên có

oxy hòa tan Rắn Khí 7 R/K: Khói, bụi trong không khí Khói bếp Lỏng Khí 8 L/K: Sương mù Sương mù

Phân loại các dung dịch lỏng dựa trên kích thước tiểu phân

- Qua các màng siêu lọc và màng bán thấm

- Khuếch tán nhanh.

O2, glucosse , ion đơn giản, …

 Dung dịch keo 1  100

nm - Chất tan không nhìn thấy được trong kínhhiển vi thường, nhưng có thể phát hiện được

trong kính siêu hiển vi, thấy được trong kính hiển vi điện tử.

-Qua giấy lọc thường, nhưng không qua được màng bán thấm

- Khuếch tán chậm

Keo bạc clorid, polymer thiên nhiên hoặc tổng hợp

 Hệ thô gồm:

-Nhũ tương, hệ L/L

-Huyền phù, hệ R/L

> 100

nm - Chất tan nhìn thấy được trong các KHV- Không qua được giấy lọc thường

- Không thẩm tích qua màng bán thấm

- Không khuếch tán

Phù sa, nhũ tương, huyền phù

…

- Sự phân loại dung dịch ( hệ phân tán lỏng) theo

những giới hạn kích thước của tiểu phân chất tan chỉ là tương đối Các đại phân tử như polysaccharid, các

protein và các polimer ở kích thước đủ lớn, có thể vừa tạo ra dung dịch phân tử (dung dịch thật), vừa tạo dung dịch keo …

- Những dung dung dịch chứa chất tan tinh khiết được điều chế trong PTN hoặc trong công nghệ dùng cho

mục đích nghiên cứu hoặc làm thuốc

- Dung dịch trong thiên nhiên, đặc biệt là trong các

môi trường sinh học, đều là những dung dịch phức tạp

5

 Sữa động vật: là dung dịch phức tạp

87 – 89 % nước ( dung môi )

2,7 – 4,5 % lipid (nhũ tương)

2,7 – 3,8 % casein (là protid sữa ở dạng dung

dịch keo)

4,5 – 4,7 % lactose, cùng với các muối khoáng,

các vitamin ( ở dạng dung dịch thật)

6

 Máu người: gồm cả 3 loại dung dịch lỏng và rất phức tạp

 HC, BC, TC là những tế bào máu, chiếm 40-46% thể tích

máu, tạo thành hệ phân tán thô (hỗn dịch) trong huyết

tương.

 Huyết tương chiếm 54-60% thể tích máu (chủ yếu là nước (90%), dung môi)

o vừa là dung dịch keo : vì chứa các đại phân tử như albumin,

protein, phức hợp protein – lipid.

o vừa là dung dịch thật : vì chứa các chất hòa tan là những

phân tử nhỏ: O2 , glucose, hormon, enzyme; các chất vô cơ

Na + , K + , Ca 2+ , Mg 2+ , Cl - , HCO3- , phosphat, sắt đồng, selen,

…; các chất cặn bã do tế bào thải ra như CO2, ure, creatinin,

1.2 Các loại nồng độ

lượng ‰ (kl/kl) Số g chất tan trong1000g dung dịch

+ Phần trăm theo thể tích %

(V/V) Số ml chất tan trong100ml dung dịch + Phần trăm theo khối

lượng-thể tích %(kl/V) Số g chất tan trong100ml dung dịch

+ Phần nghìn theo khối

lượng-thể tích ‰ (kl/V) Số g chất tan trong1000ml dung dịch

Loại nồng độ Ký hiệu Định nghĩa

+ Mol M, mol/l Số mol chất tan trong 1 lít dung

dịch + Đương lượng N, đlg/l Số đlg chất tan trong 1lít dung

dịch + Molan m Số mol chất tan trong 1000g

(1kg) dung môi + Phần mol X, Ni Tỉ số giữa số mol một chất

trong dung dịch và tổng số mol các chất có trong dung dịch

(Nếu tính ra % thì gọi là % mol) + phần triệu ppm 1mg chất tan trong 1kg dung

dịch + phần tỉ ppb 1g chất tan trong 1kg dung

dịch

Đương lượng của một nguyên tố

Ví dụ: Đương lượng của C trong CO là 6, trong phân tử CO2 là 3; đương lượng

của Cu trong CuO là 31,8 trong Cu2O là 63,6

 Mối liên quan giữa khối lượng nguyên

tử và đương lượng của nguyên tố:

ĐƯƠNG LƯỢNG CỦA HỢP CHẤT B :

- là số phần khối lượng của hợp chất đó phản

ứng không thừa không thiếu với một đương

• Đương lượng của một bazơ: n là hóa trị của nguyên tử kim loại trong bazơ đó.

Ví dụ: ENaOH = 40/1 = 40

• Đương lượng của một muối : n là tổng hóa trị của các nguyên tử kim loại trong phân tử

Ví dụ: EAl2(SO4)3 = 342/6 = 57

• Đương lượng của chất khử, chất oxi hóa: n

là tổng số electron cho hay nhận.

12

Nồng độ đương lượng gam (đlg/l =N)

- Được biểu diễn bằng số đương lượng gam chất tan có trong 1 lít dung dịch

Số eq = m/E và E = M/n

C N = n.C M

Nồng độ molan

- Được biểu diễn bằng số mol chất tan có trong 1000g

(1kg) dung môi (mol/kg)

C m = n ct / m dm

Nồng độ molan

Ví dụ 1: Hòa tan 20 g đường và 15 g muối ăn

vào 215 g nước Tính nồng độ % khối lượng từng chất tan.

Ví dụ 2: Dung dịch H2SO4 27% có khối lượng

riêng d = 1,198 g/ml Tìm nồng độ mol và nồng độ molan của dung dịch (3,774 mol/kg)

Ví dụ 3: Để trung hòa 30 ml dung dịch kiềm 0,2 đlg/l cần đúng 12 ml dung dịch axit Định nồng

độ đương lượng gam dung dịch axit (0,5 đlg/l)

cần 28 ml dung dịch axit 0,1 N Tính lượng NaOH có trong 1 lít dung dịch đó.

- Khi cho một chất tan rắn vào một dung môi sẽ xảy ra 2 quá trình:

Quá trình tách hạt chất tan từ bề mặt tiếp xúc giữa chất

tan và dung môi, gọi là quá trình hòa tan, có tốc độ hòa

tan vht (số hạt chất tan chuyển vào dung môi trong một đơn vị thời gian)

Các hạt chất tan đã ở trong dumg môi có thể gặp lại bề mặt của chất tan và bị giữ lại trong cấu trúc chung, gọi

là quá trình kết tinh, có tốc độ vkt (số hạt chất tan trở lại cấu trúc chung trong một đơn vị thời gian)

17

1.3 Độ tan S và các yếu tố ảnh hưởng

- Ban đầu, tốc độ hòa tan lớn hơn tốc độ kết tinh Nhưngkhi dung môi đã có nhiều hạt chất tan thì tốc độ kết tinhlớn dần và tốc độ hòa tan giảm dần Có thể tồn tại 3

trường hợp (xét ở cùng nhiệt độ)

 Nếu vht > vkt , đó là dung dịch loãng hoặc đặc, còn cóthể hòa tan thêm chất tan (Ght < 0)

 Nếu vht = vkt , đó là dung dịch bão hòa Quá trình hòa

tan đạt đến trạng thái cân bằng (Ght = 0)

 Nếu vht < vkt , đó là dung dịch quá bão hòa, chứa lượng

chất tan vượt quá lượng chất tan trong dung dịch bãohòa Xảy ra quá trình kết tinh (Ght > 0)

18

Định nghĩa độ tan:

- Độ tan của một chất trong một dung môi là nồng độ

dung dịch bão hòa bền vững của chất đó ở nhiệt độ và áp suất nhất định

- Có bao nhiêu cách biểu thị nồng độ thì có bấy nhiêu

cách biểu thị độ tan

- Thông thường, người ta chọn cách biểu thị độ tan bằng số gam chất tan được bão hòa trong 100g dung môi, hoặc số ml khí bão hòa trong 100ml dung môi ở điều kiện

nhất định về nhiệt độ và áp suất

- Chất dễ tan: 10g/100g ; khó tan: 1-10-3 g/100g

- Chất thực tế không tan: < 10-3 g/100g 19

ĐỘ TAN

CÁC DUNG DỊCH BÃO HOÀ Ở 20 0 C và 50 0 C

CHẤT TAN

Những lực tương tác khi hòa tan

• Khi một chất hòa tan vào chất khác thì xảy ra:

- Các tiểu phân chất tan tách rời nhau.

- Một lượng các tiểu phân dung môi tách rời nhau

để dành chỗ cho các tiểu phân chất tan.

- Các tiểu phân chất tan và dung môi hòa hợp với nhau tạo thành một pha đồng thể (dung dịch)

21

• Lực liên kết trong phân tử:

- Ion : Cation-anion

- Cộng hĩa trị: Hạt nhân – cặp e

- Kim loại: Các cation-e khơng định xứ

• Lực liên kết giữa các phân tử

- Liên kết hydro: H2O

- Ion-lưỡng cực: NaOH

- Ion – lưỡng cực cảm ứng: KI … I2

- Lưỡng cực-lưỡng cực: ICl

- Lưỡng cực- lưỡng cực cảm ứng: HCl và Cl2

- Khuếch tán: F2

22

- Vậy, một quá trình hòa tan xảy ra hay không sẽ phụ thuộc vào độ mạnh tương đối của các lực liên kết giữa các phân tử chất tan – chất

tan, dung môi – dung môi, chất tan – dung

môi

- Khi biết được lực liên kết, chúng ta có thể dự đoán những chất tan nào sẽ tan trong dung môi nào.

- Quy tắc thực nghiệm: giống nhau thì hòa tan

- Bài tập vận dụng : Dung môi nào hòa tan

nhiều hơn đối với chất đã cho? Vì sao?

1 NaCl trong CH3OH hay CH3CH2CH2OH ?

2 HOCH2CH2OH trong nước hay hexan ?

3 CH3CH2OCH2CH3 trong CH3CH2OH hay

nước ?

24

 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ TAN

• Bản chất của dung môi và chất tan

• Môi trường

• Nhiệt độ, áp suất

* Ảnh hưởng của áp suất

- 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 tỉ lệ thuận với áp suất (nước gas), chất rắn và lỏng ít phụ thuộc

* Ảnh hưởng của nhiệt độ

- Độ hòa tan của các chất khí giảm khi nhiệt độ tăng

2 Tính chất của dung dịch không điện ly

2.1 Sự giảm áp suất hơi của dung dịch  Định luật

Raoult I

- Khi hòa tan một chất không điện ly và không bay hơi vào một dung môi, một phần các tiểu phân dung môi trên bề mặt thoáng sẽ được thay thế bằng các tiểu phân chất tan không bay hơi

- Số tiểu phân dung môi bay hơi bề mặt thoáng giảm đi nên áp suất hơi của dung môi trên dung dịch (P) cũng

giảm đi so với áp suất của dung môi nguyên chất (Po)

Tức: P < Po

2

o n

n P

P tan)

chaát moâi

(dung mol

soá

tan chaát mol

Bài tập vận dụng:

1 Tính độ hạ áp suất hơi P của dung dịch 10 ml

glycerol (C3H8O3) hòa tan trong 500ml nước ở 500C

Tại nhiệt độ này, áp suất hơi bão hòa của nước nguyên chất là 92,5 mmHg và khối lượng riêng của nó là 0,988 g/ml; khối lượng riêng của glycerol là 1,26 g/ml

2 Ở 25oC, áp suất hơi của nước nguyên chất là 23,76 mmHg, áp suất hơi của dung dịch ure là 22,98 mmHg Tính nồng độ molan của dung dịch ure

2.2 Sự tăng nhiệt độ sôi và sự giảm nhiệt độ đông

- Vì P < Po tại cùng nhiệt độ nên:

Dung dịch có nhiệt độ sôi cao hơn và nhiệt độ đông đặc thấp hơn dung môi nguyên chất.

Định luật Raoult II:

Độ tăng nhiệt độ sôi cũng như độ giảm nhiệt độ đông

đặc của dung dịch tỉ lệ với nồng độ molan của chất tan trong dung dịch và phụ thuộc vào bản chất của dung môi mà không phụ thuộc vào bản chất của chất tan.

C: nồng độ molan của dung dịch.

Ks, Kđ: hằng số sôi và hằng số đông đặc của dung môi (oC/mol.kg-1)

m s

Dung môi Tsôi (°C) Ks ( 0 C/m) Tđđ ( 0 C) Kđ ( 0 C/m)

 Ứng dụng của định luật Raoult

- Dựa vào sự giảm áp suất hơi, độ tăng nhiệt độ sôi và độ giảm nhiệt độ đông đặc của dung dịch để xác định phân tử lượng của chất tan trong dung dịch

- Từ đó có thể thu được các thông tin về mức độ

polyme hóa của chất tan, số tiểu phân trong các đại phân tử protit,…

Bài tập áp dụng:

1 Trong 4450g nước có chứa 1kg chất chống đông etylen

glycol (C2H6O2) Cho biết nhiệt độ sôi, nhiệt độ đôngđặc của dung dịch này Nước có Ks = 0,512, Kđ = 1,86

2 Nhiệt độ đông đặc của dung dịch chứa 0,224g acid

benzoic trong 20g benzen tinh khiết là 5,2320C Cho biết Kđ của benzen là 4,90 và nhiệt độ đông đặc củabenzen tinh khiết là 5,4780C Hãy xác định dạng tồntại của acid benzoic trong dung dịch

36

3 Tìm nhiệt độ bắt đầu đông đặc của dung dịch 54g

glucozo C6H12O6 hòa tan trong 250 g H2O, biết Kđ của

H2O là 1,86oC/mol.kg-1

4 Hòa tan 2,76 g glyxerin trong 200 g H2O, nhiệt độ bắt đầu đông đặc của dung dịch là -0,279oC; Kđ = 1,86.Định M của phân tử glyxerin

5 Tìm nhiệt độ bắt đầu sôi của dung dịch 9g glucozo

hòa tan trong 100g nước, Ks của nước là 0,52

2.3 Aùp suất thẩm thấu và định luật Van’t Hoff

 Áp suất thẩm thấu 

Sự thẩm thấu và áp suất thẩm thấu

Định luật Van’t Hoff

- Áp suất thẩm thấu  là áp suất cần thiết tác dụng lên dung dịch để nó không tăng thể tích

- Thẩm thấu là quá trình tự xảy ra

- Aùp suất thẩm thấu chỉ phụ thuộc vào số lượng mà

không phụ thuộc bản chất của các tiểu phân chất tan

• Trong y dược, còn dùng đơn vị của  là Osmols (Osm)

• Osmols là áp suất thẩm thấu của dung dịch chứa 1 mol (gam) chất tan không điện li trong 1kg nước tinh khiết hoặc 1kg dung môi tinh khiết

• 1 Osm = 1000 mOsm

• Vai trò của áp suất thẩm thấu:

- Sự thẩm thấu là 1 trong những con đường chuyển hóa cơ bản để các phân tử nước (dung môi) vào-ra các tế bào

qua màng bán thấm

- Máu và hầu hết các dịch trong cơ thể có : 7-7,5 atm

- Trong chuyên ngành Y Dược, người ta gọi các dung dịch ưu trương, đẳng trương, nhược trương là so với áp suất thẩm thấu của máu người trong giới hạn ở trên.

- Nếu sai khác 1atm hay 50 mOsm so với giá trị trung bình (7,3 atm hay 286 mOsm) là biểu hiện của những bệnh lý nặng ( như bệnh gan, suy thận, urê huyết,

nhiễm độc, … )

- Bốn ion sinh học thiết yếu : Na+ K+ Mg2+ và Ca2+ có vai trò điều tiết thể tích dịch cơ thể ở người và mọi

động vật Na+ là cation chủ yếu ở ngoại bào, có vai trò

cơ bản là điều chỉnh thể tích nước trong cơ thể

42

- Dung dịch truyền tĩnh mạch với thể tích lớn để nuôi dưỡng ( dd glucose), để duy trì thể tích máu và cân bằng điện giải (dd NaCl), hoặc để điều trị bệnh (các dung dịch thuốc) luôn cần phải đẳng

trương với máu người

- Thuốc nhỏ mắt, rửa mắt phải đẳng trương với

dịch mắt để không làm biến đổi thể tích các tế bào giác mạc.

- Thuốc lợi tiểu do thẩm thấu có cơ chế làm tăng áp suất thẩm thấu ở ống thận để thu hút nhiều

nước về thận rồi bài xuất qua nước tiểu.

Ứng dụng của thẩm thấu:

- Muối dưa, muối cá …

- Muối, đường thường dùng để bảo quản thực

phẩm: vi khuẩn bị mất nước chết.

- Tạo áp suất thẩm thấu rất lớn để bảo dược

phẩm được lâu: dạng sirô thuốc, ngâm trong mật ong các loại dược liệu quý, …

- Nếu áp lên dung dịch áp suất lớn hơn áp suất thẩm

thấu thì nước sẽ thẩm thấu qua màng ra ngoài dungdịch

P > 

Bài tập áp dụng:

1 Vì sao dung dịch glucose C6H12O6 (M=180) dùng

tiêm truyền lượng lớn vào tĩnh mạch ngoại vi cho

bệnh nhân để bù nước hoặc để nuôi dưỡng, phải có

nồng độ 5% trong nước

2 Dung dịch chứa m = 160g hemoglobin trong 2 lít có

áp suất thẩm thấu bằng 0,026atm ở 40C

Hãy xác định phân tử lượng của hemoglobin

3 Hòa tan 35 g hemoglobin (Hb) vào 1 lượng nước vừa

đủ để được 1 lit dung dịch Aùp suất thẩm thấu của dung dịch đo được là 10 mmHg tại 25oC Tính khối lượng mol

3 Tính chất của dung dịch các chất điện ly

- Tính chất của dung dịch tuân theo định luật Raoult và van’t Hoff chỉ phụ thuộc vào số hạt (số tiểu phân) chất tan trong một khối lượng xác định của dung môi

=> Dự kiến rằng độ tăng nhiệt độ sôi (ts) của dd NaCl 0,05 m trong nước sẽ gấp 2 lần dd glucose 0,05 m

=> một hệ số gia tăng cần được đưa vào phương trình của Raoult và Van’t Hoff đối với dung dịch chất điện ly

Đó là hệ số Van’t Hoff (i)

47

Giá trị đo được cho dung dịch chất điện ly

i =

Giá trị đo được cho dung dịch chất không điện ly

Như vậy, để tính các đại lượng đặc trưng cho dung dịch chất điện ly, hệ số i cần được nhân vào các phương trình:

- Đối với độ hạ áp suất hơi:

- Đối với độ hạ nhiệt độ đông đặc:

- Đối với độ tăng nhiệt độ sôi:

- Đối với áp suất thẩm thấu:

48



i P

T 



m đ

T i 

Δ

RT C

i M





- Nếu dung dịch điện ly là lý tưởng, nghĩa là

mỗi đơn vị công thức của chất tan điện ly hoàn toàn ra các ion thì : i = 2 (NaCl); i = 3

(Mg(NO3)2) … Thực tế cho biết hầu hết các dung dịch điện ly là không lý tưởng nên i nhỏ hơn các con số dự đoán trên

- Ví dụ:

 thực nghiêm dd NaCl 0,05 m cho  ts = 0,0490C

dd glucose 0,05 m (i = 1) cho  ts = 0,0260C

=> i = 0,049/0,026 = 1,9 < 2( dự đoán) 49

 Dd KBr 0,1 m và KBr 1,0 m trong nước cho tđ :

o Đo thực nghiệm lần lượt là 0,349oC và 3,290C

o Tính theo Raoult cho chất không điện ly 0,186 và 1,860 C

a Tính hệ số i của dung dịch acid ở nồng độ đã cho

b Tính % số phần tử acid đã ion hóa trong dd này 50