Sự hình thành và các tính chất của dung dịch Mai Xuân Bách

Hệ phân tán Ví dụ3 R/K Hơi bụi, khói trong không khí 4 K/L oxy, carbonat trong nước 5 L/L Cồn trong nước, nhũ tương 6 R/L Các muối, đường hòa tan trong nước, huyền phù, keo 7 K/R Hydro d

SỰ HÌNH THÀNH VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA DUNG DỊCH

ThS Mai Xuân Bách

Mục tiêu học tập

1 Trình bày được định nghĩa, các loại nồng độ.

2 Giải thích được các thông tin về trạng thái

một chất nguyên chất trên giản đồ pha.

3 Trình bày được khái niệm về hiện tượng sôi,

nóng chảy, thăng hoa.

4 Trình bày được khái niệm độ tan, các yếu tố

ảnh hưởng đến độ tan của chất rắn, lỏng, khí.

5 Trình bày được tính chất của dung dịch: nội

dung, biểu thức, ý nghĩa của định luật Henry, phân bố, Raoult, Van‘t Hoff.

1 Hệ phân tán

• Một chất phân tán thành những hạt rấtnhỏ trong một chất khác làm thành một

hệ phân tán Có tất cả 9 hệ phân tán

Hệ phân tán Ví dụ

3 R/K Hơi bụi, khói trong không khí

4 K/L oxy, carbonat trong nước

5 L/L Cồn trong nước, nhũ tương

6 R/L Các muối, đường hòa tan trong nước,

huyền phù, keo

7 K/R Hydro do hấp phụ trong platin

8 L/R Hơi nước bị hấp phụ trong than hoạt.

9 R/R Các hợp kim, khoáng chất,

2 Dung dịch

• Theo nghĩa rộng: Tất cả các hệ phân tán đều

có thể gọi là dung dịch Các chất phân tán thành những hạt rất nhỏ được gọi là chất tan, môi trường phân tán gọi là dung môi.

• Theo nghĩa hẹp: Thông thường thì người ta gọi dung dịch là một hệ phân tán mà dung môi là một chất lỏng.

• Dung dịch chất lỏng được chia thành 3 loại tùy theo kích thước của tiểu phân chất tan.

Dung dịch thật

thước chất tan

Đặc tính dung

dịch

Ví dụ các chất tan

tử, đi qua được các màng siêu lọc và màng bán thấm, khuếch tán nhanh

Các phân

tử oxy, glucose,

các ion đơn giản.

Dung dịch keo

thước chất tan

tử, lọt qua giấy lọc thường, nhưng không qua được màng bán thấm, khuếch tán rất chậm

Keo bạc clorid (AgCl)n ; polymer thiên nhiên hoặc tổng hợp.

Hỗn dịch

thước chất tan

Chất tan nhìn thấy được trong các loại kính hiển vi, không qua được giấy lọc thường, không thẩm tích qua màng bán thấm, không khuếch tán

Các hạt khoáng,

phù sa, các nhũ tương

và huyền phù dược dụng.

3 Nồng độ

Phần trăm theo khối

lượng

%(KL/KL) Số g chất tan trong

100g dung dịch Phần nghìn theo

khối lượng

‰ (KL/KL) Số g chất tan trong

1000g dung dịch Phần trăm theo thể

tích

%(V/V) Số ml chất tan trong

100ml dung dịch Phần trăm khối

lượng thể tích

% (KL/V) Số g chất tan trong

100ml dung dịch Phần nghìn khối

lượng thể tích

‰ (KL/V) Số g chất tan trong

1000ml dung dịch

3 Nồng độ

Mol M, mol/L Số mol chất tan trong 1 L dung

dịch Đương lượng N Số đương lượng gam chất tan

trong 1 L dung dịch

Molan m Số mol chất tan trong 1000g (=

1kg) dung môi Phần mol X hoặc N 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 phần trăm mol)

Độ tan của chất X có khối lượng phân tử M=207,42 trong nước ở 100 o C là 25g/100g

H2O Hãy biểu thị nồng độ dung dịch theo các cách sau

• 20%

• 25%

• 1,2 M

• 0,12 mol/ ( 0,12 + 5,56)= 0,021 phầnmol

• 1,2 molan

4 Pha

• Hệ đồng thể: là hệ mà các phần khác nhau của nó có cùng thành phần, tính chất hóa học và nhiệt động

• Hệ dị thể: là hệ mà ở các phần khác nhau của nó thì khác nhau về thành phần và các tính chất hóa học, nhiệt động.

• Pha (): là tập hợp các phần đồng thể trong hệ có thành phần, tính chất đồng nhất, được giới hạn với các phần đồng thể khác của hệ bởi các mặt phân cách

rõ ràng.

• Hệ đồng thể là hệ 1 pha, hệ dị thể là hệ nhiều pha.

4 Pha

• Cấu tử: là các chất hóa học có trong hệ.

• Số cấu tử độc lập (C): là số cấu tử tối thiểu

đủ để mô tả thành phần của hệ.

• Số bậc tự do (F): Số thống số cường độ có thể thay đổi mà không làm thay đổi số pha

và số cấu tử của pha đó.

• Giữa số cấu tử và số cấu tử độc lập (C) có mối quan hệ:

C = Số cấu tử - Số phương trình liên hệ giữa các cấu tử.

II Giản đồ pha

1 Khái niệm

2 Hình dạng

1 Khái niệm

• Giản đồ pha là đồ thị biểu diễn trạng tháivật lý của một chất trong khoảng biến đổirộng của áp suất và nhiệt độ

bằng nhau

4 Điểm ba (O): Tại đó cho biết một cặp giá trị duy nhất của hai thông

số P-T để ba trạng thái cùng tồn tại trong cân bằng

Phương trình Claudius - Clapeyron:

Giản đồ pha CO2

 Giản đồ pha của nước.

OA: Đường cong sôi(hóa lỏng), điểm tới hạn A

OB: Đường cong nóng chảy, đường OB

III Cân bằng lỏng hơi

1 Khái niệm chung

2 PT Claudius – Clapeyron

3 Ví dụ

4 Ứng dụng

1 Khái niệm chung

• Các phân tử trên bề mặt sẽ bay hơi khi chúng có động năng đủ lớn để thắng sức hút của khối lỏng(sự bay hơi) Năng lượng được cung cấp chủ yếu bởi nhiệt độ.

• Khi chất lỏng để trong bình kín, giả thiết ban đầu bình là chân không, các phân tử chất lỏng trên bề mặt có động năng lớn sẽ bay hơi.

• Số phân tử pha hơi tăng, áp suất hơi trong bình cũng tăng dần.

1 Khái niệm chung

• Đến một thời điểm nào đó, số phân tử bayhơi từ chất lỏng và số phân tử pha hơingưng tụ trở lại pha lỏng bằng nhau

• Áp suất hơi trong bình kín ở trạng thái cânbằng gọi là áp suất hơi bão hòa hoặc ápsuất hơi cân bằng hoặc gọi tắt là áp suấthơi

1 Khái niệm chung

• Nếu thay đổi thể tích bình(mở rộng hoặcthu hẹp) thì áp suất hơi không thay đổi

• Lực giữa các phân tử (lực Van der Waals)càng yếu, chất lỏng có áp suất hơi cànglớn

• Nhiệt độ sôi của một chất là nhiệt độ màtại đó áp suất hơi nước của chất bằng ápsuất bên ngoài

1 Quá trình bay hơi của chất

lỏng

2 Quá trình đạt được cân bằng

3 Đồ thị áp suất hơi – thời gian

2 PT Claudius - Clapeyron

Áp suất hơi của một chất phụ thuộc vào nhiệt độ Nhiệt độ càng cao thì áp suất hơi càng lớn Lực hút giữa các phân tử càng nhỏ thì áp suất hơi càng lớn

Sự phụ thuộc áp suất hơi

vào T

Sự phụ thuộc lnP vào 1/T

lnP= -∆Hhh

R

1

T + C

 Quan hệ giữa áp suất hơi và nhiệt độ sôi

•Trong hệ hở: Nhiệt độ sôi của một chất là nhiệt độ tại đó áp suất hơi

của chất bằng áp suất bên ngoài(khí quyển).

•Trong hệ kín thì sự sôi không xảy ra vì áp suất hơi chính là áp suất ngoài

và luôn thay đổi theo nhiệt độ.

4 Ứng dụng

• Tiệt trùng thuốc dụng cụ:

– Nồi hấp tiệt trùng.

• Sấy, cô thuốc ở áp suất giảm:

– Áp dụng cho các dưỡng chất không bền với nhiệt.

IV Cân bằng rắn - lỏng, rắn - hơi

1 Đồ thị

2 Cân bằng rắn lỏng

3 Câng bằng rắn hơi

1 Đồ thị

dP ∆P ∆H CF ∆H CF

dT ∆T T∆V T(V 2 - V 1 )

2 Cân bằng rắn-lỏng

• Các tiểu phân trong chất rắn dao độngliên tục quanh vị trí cân bằng nhất định,nhờ đó chúng có thể tích và hình dáng cốđịnh

• Khi tăng nhiệt độ, chúng dao động kịchliệt hơn Đến một lúc nào đó, một số tiểuphân đạt được động năng đủ lớn tách khỏimạng lưới tinh thể và trở thành tự do: sựnóng chảy bắt đầu

2 Cân bằng rắn-lỏng

• Khi đó, có nhiều tiểu phân chuyển vàotrong pha lỏng(nóng chảy), nhưng ngượclại cũng có một số tiểu phân trong phalỏng va chạm với pha rắn và trở thành cấutrúc tinh thể Cân bằng được thiết lập

• Nhiệt độ mà tại đó tồn tại cân bằng nàygọi là nhiêt độ nóng chảy và cũng là nhiệt

độ đông đặc

2 Cân bằng rắn-lỏng

• Vì chất rắn và chất lỏng gần như không có tính chịu nén do áp suất, nên áp suất chỉ có tác động rất nhỏ đến tốc độ chuyển động của các tiểu phân.

• Do đó khác với nhiệt độ sôi, nhiệt độ đông đặc chịu ảnh hưởng rất ít bởi áp suất Sự chuyển đổi pha Rắn Lỏng của hầu hết mọi chất là một đường gần như dựng đứng, hơi nghiêng sang phải ở nhiệt độ cao Lý do là chất lỏng chiếm không gian nhiều hơn chất rắn, ở áp suất cao, cần động năng lớn hơn để tăng không gian thể tích.

• Một chất thăng hoa dễ hơn nóng chảy khi sự liên hợp giữa các lực nội phân tử và áp suất

là không đủ lớn để giữ các tiểu phân lại gần nhau Chúng dễ tách khỏi trạng thái rắn.

Ví dụ 3:

Nếu tăng áp suất 1 atm thì điểm đông đặc của nước lỏng( Điểm

nóng chảy của nước đá) thay đổi thế nào? Biết ở 0 0 C (T = 273,16 0

K) H cp (= Hđđ = Hnc) = 1440 cal/mol, thể tích của nước =

18,018 và của nước đá = 19,651 cm 3 /mol.

Giải

V= V Lỏng – V rắn = (18,018 - 19,651) 10 -3 L /mol = -1,633 10 -3 L /mol

H dđ = 1440  4,184 = 6024,96 J/mol = 59,48 L.atm/mol (L.atm = 101,3 J)

Áp dụng công thức 8-7.

1 Khái niệm

• Khi hòa tan một chất vào dung môi thì xảy

ra hai quá trình

– Quá trình hòa tan được đặc trưng bằng Vht

– Quá trình kết tinh được đặc trưng bởi Vkt

• Nếu Vht > Vkt gọi là dung dịch chưa bão hòa

• Nếu Vht = Vkt gọi là dung dịch bão hòa

• Nếu Vht < Vkt gọi là dung dịch quá bão hòa

1 Khái niệm

• Độ tan của một chất trong một dung môi

là nồng độ dung dịch bão hòa bền vững ởnhiệt độ và áp suất nhất định

– Có bao nhiêu cách biểu diễn nồng độ có bấy nhiêu cách biểu thị độ tan.

– Trong các biểu thức tính toán độ tan thường

có đơn vị M.

2 Quá trình hòa tan

• Tiểu phân chất tan tách rời nhau

• Tiểu phân dung môi tách rời nhường chỗcho các tiểu phân chất tan

• Tiểu phân chất tan và dung môi hòa hợptạo thành pha đồng thể

Độ tan của chất rắn trong chất lỏng:

G ht = H ht  T S ht (S ht > 0)

∆H < 0 Dung dịch luôn được hình thành

Nhiệt tăng, độ tan tăng

∆H > 0 Dung dịch chưa chắc được hình thành

Tăng nhiệt thì độ tan giảm

• Các chất có bản chất liên kết giống nhau thì

dễ hòa tan vào nhau và ngược lại.

• Bài tập:

– Ethanol hay Methanol tan tốt trong benzen hơn? – Nước tan trong ethanol hay benzen tốt hơn?

Fe Zn Cs

1000

75Các cation Electron không định xứ

-Kim loại

HH ClCl

1100

150-Hạt nhân – Cặp e

Cộng hóa

trị

NaCl KF

4000 Cation - Anion

400-Ion

Trong phân tử

Ví dụ

E (kj/mol)

Tương tác

Mô hình Lực liên kết

Các loại liên kết khi hình thành dung dịch

40

0,05-Các mây e- phân cực

Khuếch tán

2-10

Điện tích lưỡng cực – Mây e - phân cực

Liên kết hydro

5-25

Điện tích các lưỡng cực

Lưỡng cực –

Lưỡng cực

600

40-Điện tích ion – điện tích lưỡng cực

Ion - Lưỡng cực

Giữa các phân tử

Ví dụ

E (kJ/mol )

Tương tác

Mô hinh Lực liên kết

Lực liên kết giữa các phân tử

5 Yếu tố ảnh hưởng

a Nhiệt độ

b Áp suất

a) Nhiệt độ

1 Chất rắn/Chất lỏng

2 Chất lỏng/ Chất lỏng

3 Chất khí / Chất lỏng

a1 Chất rắn/Chất lỏng

Các trường hợp

1 Hòa tan vô hạn vào nhau CH3OH/H2O

2 Không hòa tan vào nhau: Dầu hỏa/H2O

3 Hòa tan một phần vào nhau: Ether/H2O

Định luật phân bố

• Nếu một chất X có khả năng tan trong 2dung môi không trộn lẫn L1 và L2 thì X sẽđược phân bố vào 2 DM đó sao cho

Cx1/l1:Cx2/l2 = const ở to xác định và khôngphụ thuộc vào lượng chất hòa tan X

a3 Chất khí/Chất lỏng

• Đặc điểm

• Ảnh hưởng của to

• Ứng dụng

Đặc điểm

• Chất khí hòa tan rất ít trong nước:

– Lực tương tác giữa phân tử chất tan – dung môi yếu.

• Một số chất tan nhiều trong nước dotương tác với thành phần khác trong nước

CO2/H2O, O2/Máu

Ảnh hưởng to

• Hht < 0 nên nếu to tăng thì độ tan giảm

Ảnh hưởng của to

Ứng dụng

• Loại oxy hòa tan trong nước bằng cáchđun sôi để bào chế dung môi pha chếthuốc tiêm

b Ảnh hưởng của áp suất

1 Định luật Henry

2 Ứng dụng

b1 Định luật Henry

• Ta có

Khí + Dung Môi < > Dung dịch

• Khi chất khí hòa tan vào dung môi thì ápsuất giảm Theo nguyên lý chuyển dịchcân bằng Le Chatelier, cân bằng sẽ chuyểndịch theo chiều thuận khi tăng áp suất, khi

đó khí sẽ hòa tan nhiều hơn

• Định luật Henry Sk = Kh Pk Trong đó K:hằng số Henry, Pk là áp suất của khí

b2 Hệ quả

• Vchất khí / Vchất lỏng ở to xác định không phụthuộc vào pk

• Do vậy biểu thị độ tan của chất khí bằng

số ml khí trong 100ml dung môi c%(tt/tt)

• Vậy nếu V(k) tan ko tăng, liệu có tănglượng khí hòa tan ko?

• Có, V(k) không tăng nhưng áp suất tăngnên PV tăng

• Nội dung và biểu thức định luật Henry? Ứng dụng

VI Tính chất của dung dịch

1 Định luật Raoult 1

• Phbh của DM trên bề mặt DD bằng nồng

độ phần mol của DM trong dung dịch

nhân với Phbh của DM nguyên chất

ts = Ks m ƯD: Cô cao

tđ = Kđ m ƯD: Chống đông

4 Định luật Van‘t Hoff

a Khuyếch tán

b Thẩm thấu

c Áp suất thẩm thấu (𝝅)

d Định luật Van‘t Hoff

e Phân loại dung dịch

f Vai trò của 𝝅

g Ứng dụng

b Thẩm thấu

• Hiện tượng thẩm thấu là hiện tượngkhuếch tán chỉ cho DM đi qua màng bánthấm

c Áp suất thẩm thấu



d Định luật Van‘t Hoff

• Áp suất thẩm thấu của dung dịch tỷ lệthuận với nồng độ dung dịch

• 𝝅V= nRT hay 𝝅 = CMRT

• Ví dụ: Nồng độ các chất tan trong máu ở

370C là 0,295 mol/L Tính áp suất thẩmthấu gây nên bởi máu

ÁpdụngcôngthứcVan’tHoff

 = CMRT = 0,295 0,082 310 = 7,5 atm

e Phân loại dung dịch

• Đẳng trương 𝝅 = 7,3, Tế bào giữ nguyênhình dạng

• Ưu trương 𝝅> 7,3, Tế bào teo xẹp

• Nhược trương 𝝅 < 7,3, Tế bào trươngphồng, vỡ

f Vai trò của 𝝅

• Duy trì các hoạt động sống của tế bào

– Cây hút nước và chất dinh dưỡng.

– Cá nước mặn không sống ở nước ngọt.

• Khi áp suất thẩm thấu trong/ngoài tế bàosai khác quá nhiều với giá trị sinh lý dẫntới bệnh lý

g Ứng dụng 𝝅

• Bào chế: Thuốc tiêm, nhỏ mắt

• Bảo quản: Siro thuốc

• Giải thích: Thuốc chống táo bón

• Sản xuất: Nước ngọt

VII Tính chất của dung dịch

các chất điện ly

• Các tính chất của dung dịch tuân theođịnh luật Raoult và Van‘t Hoff chỉ phụthuộc vào số hạt chất tan trong một khốilượng nhất định của dung mội, không phụthuộc bản chất của chất tan

• Các phương trình Van‘t Hoff và Raoult ápdụng cho dung dịch điện ly

VII Tính chất của dung dịch

VII Tính chất của dung dịch

các chất điện ly

• Nếu dung dịch chất điện ly là lý tưởng thì i

là số tiểu phân mà mỗi phân tử chất điện

ly phải phân ly ra

• Thực tế thì hầu hết các dung dịch chấtđiện ly là không lý tưởng nên i nhỏ hơngiá trị dự đoán

• Hòa tan 50ml etylenglicol (C2H6O2), một chất tan không điện ly, vào 450ml H2O ở nhiệt độ 50 o C Cho biết áp suất hơi bão hoà của H2O nguyên chất tại nhiệt độ này là 92 mmHg, khối lượng riêng của nước là 1,0 g/ml của etylenglicol là 1,1g/ml

a) Tính áp suất hơi của dung dịch ở 50 o C

b) Tính áp suất thẩm thấu của dung dịch ở 50 o C

c) Tính sự thay đổi nhiệt độ sôi và nhiệt độ đông của dung

dịch so với nước nguyên chất Ks=0,512 và Kd= 1,86

• a nethylenglicol=55/62=0,8871 ndm = 450/18=

25 xdm=25/25,8871=0,9657  phbh= 92*0,9657= 88,8444mmHg

• b Giả thiết sau khi hoà tan, thì V sẽ là 0,5l

CM = 0,8871/0,5= 1,7742M π = CMRT = 1,7742 * 0,082 * 323= 46,99 atm

• c nồng độ molan là 0,8871/0,45= 1,9713 molan

• Thay đổi nhiệt độ sôi = +1,01 o C, thay đổi nhiệt độ đông đặc – 3,67 o C

Ví dụ 1: Acid lactic, C 2 H 4 (OH)COOH là một acid yếu đơn chức, vì vậy cũng là chất điện ly yếu Nhiệt độ đông đặc của dung dịch acid lactic 0,0100 m trong nước là -0,0206 0

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

0,0111 0,0100