Chuong11 dung dịch lỏng

Chöông 11

DUNG DÒCH LOÛNG


KHÁI NIỆM VỀ DUNG DỊCH
• Đònh nghóa
• Dung dòch là hệ đồng thể gồm chất tan (chiếm phần
nhỏ) và dung môi (chiếm phần lớn), thành phần của
dung dòch có thể thay đổi trong giới hạn rộng.
•
• Dung dòch có thể ở pha khí, lỏng hay rắn.
• Mỗi chất trong dung dòch được gọi là cấu tử.
• Dung môi là chất dùng để hòa tan chất tan.


Tùy thuộc kích thước hạt của chất phân ta có:
• Huyền phù: Hệ dò thể gồm ít nhất 1 cấu tử có kích
thước lớn hơn 1μm, lớn hơn hệ keo.
•
• Hệ keo: Hệ dò thể có các hạt phân tán có kích thước từ
1 đến 1000 nm.
– Nguồn: (and suspension)

•
• (Nhũ tương: Hệ các hạt chất lỏng không tan trong dung
môi lỏng)


Các loại dung dòch

• Vậy dung dòch lỏng được tạo thành khi hòa tan các
chất K, L, R vào dung môi lỏng.
• Trong giới hạn của chương trình, chỉ xét tính chất
các dung dòch lỏng, loãng phân tử.


Sự tạo thành dung dòch
• Xét quá trình hòa tan của NaCl vào nước:
• Liên kết hydro của nước phải bò phá vỡ.
• NaCl phân ly thành Na+và Cl-.
• Lực lưỡng cực-ion được thiết lập:
• Na+ … -OH2 và Cl- … +H2O.
• Sự tương tác giữa chất tan và dung môi gọi là sự
solvat hóa (solvation).
–Nếu dung môi là nước ta gọi là sự hydrat hóa.


Sự thay đổi năng lượng khi tạo thành dung dòch
• Có 3 loại (bước) năng lượng khi tạo thành dung
dòch:
– Năng lượng tách phân tử chất tan (H1).
– Năng lượng tách các phân tử dung môi (H2).
– Năng lượng tạo thành liên kết giữa các phân tử chất tan –
dung môi (H3).

• Enthalpy của cả quá trình hòa tan là:
Hhoà tan = H1 + H2 + H3.
• Hhòa tan có thể âm hoặc dương phụ thuộc vào lực
nội phân tử các quá trình.

Phân bố Enthalpy
• Quá trình phá vỡ liên kết
các phân tử luôn thu nhiệt.
• Quá trình tạo liên kết các
phân tử luôn tỏa nhiệt.


Tính chất enthalpy của dung dòch
• Để xác đònh Hht dương hay âm, ta xem xét độ mạnh
của liên kết phân tử chất tan-chất tan và chất tandung môi:
• H1 và H2 đều dương.

• H3 luôn âm.
• Nếu H3 > H1 + H2 thì quá trình hòa tan tỏa nhiệt
(ví dụ hòa tan NH4NO3 vào nước có Hht = + 26.4 kJ/mol).
• Nếu H3 < H1 + H2 thì quá trình hòa tan tỏa nhiệt
(ví dụ hòa tan NaOH vào nước có Hht = -44.48 kJ/mol).


Quá trình hòa tan
• Qui luật: Chất phân cực hòa tan trong dung môi
phân cực, chất không phân cực hòa tan trong dung
môi không phân cực (độ phân cực càng gần độ tan
càng lớn).
Nếu Hht quá dương thì không tạo thành dung dòch.
• NaCl trong xăng: lực ion-lưỡng cực yếu vì xăng là
chất không cực. Do đó lực ion-lưỡng cực không đủ bù
với lực phân ly ion.
• Nước trong octane: Nước có liên kết Hydro mạnh.

Không có lực hút giữa nước và octane để bù vào lực
liên kết hydro.


CÁC LOẠI NỒNG ĐỘ DUNG DỊCH
Phần khối lượng, ppm (parts per million) và ppb (parts per
billion ). Definitions:
mass of component in solution
mass % of component 
 100
total mass of solution
mass of component in solution
ppm of component 
 106
total mass of solution
mass of component in solution
ppb of component 
 109
total mass of solution


Noàng ñoä phaàn mol (N)

moles of A in solution
NA 
total moles of solution

 N i  1 (i  1  n, all components of solution)
Noàng ñoä mol (CM, mol/lit)

moles solute
CM 
liters of solution


Noàng ñoä molan (Cm, mol/kg dung moâi)

moles solute
Cm 
kg of solvent


Độ tan và Dung dòch bão hòa
• Hòa tan: chất tan + dung môi  dung dòch.
• Kết tinh: dung dòch  chất tan + dung môi.

Cân bằng
động

• Sự bão hòa: Khi cân bằng hòa tan – kết tinh thiết lập.
• Độ tan: Lượng chất tan cần thiết để tạo dung dòch bão
hòa ở điều kiện xác đònh (g chất tan/ 100g dung môi).
• Ví dụ: Độ tan của NaCl trong 100 ml H2O ở 100oC là 35.9g.


Dung dòch baõo hoøa


CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐỘ TAN
Tương tác Chất tan – Dung môi

Áp suất: Độ tan của khí ảnh hưởng bởi áp suất.


• Đònh luật Henry: Nếu Sk là độ tan của chất khí
A, k là hằng số, Pk là áp suất riêng phần của A:
•

S k  kPk

– Hằng số Henry, phụ thuộc bản chất quá trình,
đơn vò là l.atm/mol, atm/(NA) hoặc Pa.m3/mol.
• Một số giá trò của k:
– Oxygen (O2) : 769.2 l.atm/mol
– Carbon dioxide (CO2) : 29.4 l.atm/mol
– Hydrogen (H2) : 1282.1 l.atm/mol


Equation:
Dimension:
O2

769.23

1.3 E-3

4.259 E4

H2

1282.05

7.8 E-4

7.099 E4

CO2

29.41

3.4 E-2

0.163 E4

N2

1639.34

6.1 E-4

9.077 E4

He

2702.7

3.7 E-4

14.97 E4

Ne

2222.22

4.5 E-4

12.30 E4

Ar

714.28

1.4 E-3

3.955 E4

CO

1052.63

9.5 E-4

5.828 E4


Anh hửụỷng cuỷa nhieọt ủoọ


Đònh luật Raoult
• Áp suất hơi của mỗi cấu tử i trong dung dòch
loãng phụ thuộc vào áp suất riêng và phần mol

của nó trong dung dòch.

Pi  N i Pi

0

• Nhắc lại đònh luật Dalton trong hỗn hợp khí:

PA  N A Ptotal


Psolution   N i Pi

0

i

• P0i là áp suất hơi của cấu tử tinh khiết.
• Ni là phần mol của cấu tử i trong dung dòch.
•Đònh luật Raoult không đúng khi lực hút dung
môi – dung môi và chất tan – chất tan lớn hơn
lực hút chất tan – dung môi trong dung dòch.


ĐỘ TĂNG NHIỆT ĐỘ SÔI
• Tại điểm sôi của chất lỏng tinh khiết, áp suất hơi của
dung dòch sẽ < 1atm . Do đó, cần nhiệt độ cao hơn để
đạt áp suất hơi 1 atm cho dung dòch (TS). Ta có:

TS  K S Cm

• KS là hằng số, phụ thuộc bản chất dung môi.


ĐỘ HẠ NHIỆT ĐỘ ĐÔNG ĐẶC

Độ hạ nhiệt độ đông đặc được đònh nghóa:
Tđ = Kđ.Cm
Bảng Kđ và Ks cho dưới đây của một số dung
môi.


Boiling Point (°C)

Kb (°C/(mol kg-1))

Freezing Point
(°C)

Kf (°C/(mol kg-1))

Aniline

184.3

3.69

–5.96

–5.87

Acetic Acid

118.1

3.07

16.6

–3.90

Benzene

80.1

2.65

5.5

–4.90

Carbon Disulfide

46.2

2.34

–111.5

–3.83

Carbon
Tetrachloride

76.8

4.88

–22.8

–29.8

Chloroform

61.2

3.88

–63.5

–4.90

Cyclohexane

80.74

2.79

6.55

–20.2

Diethyl Ether

34.5

2.16

–116.2

–1.79

Ethanol

78.4

1.19

–114.6

–1.99

Formic acid

101.0

2.4

8.0

–2.77

Nitrobenzene

210.8

5.24

5.7

–7.00

Phenol

181.75

3.60

43.0

–7.27

Water

100.00 (exact)

0.52

0.0

–1.86

Solvent


Sự thẩm thấu
• Là sự di chuyển của dung môi từ dung dòch có nồng độ
cao đến dung dòch có nồng độ thấp thông qua màng bán
thẩm.
• Màng bán thẩm: Chỉ cho một số cấu tử của dung dòch đi
qua. Ví dụ màng tế bào.
• Màng bán thẩm có thể cho cấu tử chuyển qua theo 2
hướng.
• Khi dung môi chuyển động qua màng, mức dung dòch
mất cân bằng.