Bài 40. Dung dịch

11/1/2010
DUNG DỊCH VÔ CÙNG LOÃNG
CHƯƠNG VII
DUNG DỊCH LỎNG VÔ CÙNG LOÃNG
GVHD: Th.S Nguyễn Thị Kim Ngọc
Thứ 6, ngày 5 tháng 11 năm 2010
11/1/2010
DUNG DỊCH VÔ CÙNG LOÃNG
I. Cân bằng dung dịch loãng – hơi bão hòa
A. Áp suất hơi bão hòa của dung dịch lỏng
- Hơi cân bằng với dung dịch lỏng goị là hơi bão hòa.
- Nếu nó chứa mọi cấu tử của dung dịch thì áp suất hơi sẽ bằng tổng áp suất hơi riêng phần của các cấu tử.
- Một số cấu tử có thể không bay hơi (hoặc chỉ bay hơi không đáng kể) ở nhiệt độ khảo sát và thực tế là không có mặt trong hơi.
11/1/2010
DUNG DỊCH VÔ CÙNG LOÃNG
B. Định luât Raoult về sự hạ áp suất hơi của dung môi trên dung dịch
♣ Trường hợp hơi là lí tưởng
Đối với dung dịch loãng, ta có: p1 = k1x1
- Khi x1 = 1 (dung môi lỏng nguyên chất)
→ p1= p01 = k1 (1 cấu tử)
p1 = p01x1 (1)
Dung dịch 2 cấu tử ta có: x1+ x2 = 1
→ x1 = 1 – x2 (*)
11/1/2010
DUNG DỊCH VÔ CÙNG LOÃNG
Thay (*) vào (1) được: p1= p01(1 – x2) (2)



∆p1= p01 –p1 : Độ hạ tuyệt đối áp suất hơi của dung môi và đo bằng đơn vị mmHg



Độ hạ tương đối áp suất hơi hơi của dung môi và là một đại lương không có thứ nguyên.
11/1/2010
DUNG DỊCH VÔ CÙNG LOÃNG
Độ hạ tương đối áp suất hơi của dung môi trên dung dịch loãng bằng phần mol của dung dịch chất tan trong dung dịch.
Đối với dung môi rất loãng, n2 << n1
(3)
→
11/1/2010
DUNG DỊCH VÔ CÙNG LOÃNG
Nếu m2 là nồng độ molan → n2 = m2 và n1=1000/M1 (M1 là khối lượng phân tử dung môi), ta có: Ka
11/1/2010
DUNG DỊCH VÔ CÙNG LOÃNG



♣ Trường hợp hơi là không lí tưởng: khi đó phải thay áp suất hơi hoạt áp
(1) → f1= f01x1 = f01(1-x2) (7)
f1: hoạt áp dung môi trên dung dịch loãng
f01: hoạt áp của hơi dung môi lỏng nguyên chất ở cùng nhiệt độ và áp suất ngoài như dung dịch (định luật Raoult tổng quát)
11/1/2010
DUNG DỊCH VÔ CÙNG LOÃNG
C. Định luật Henry về áp suất hơi chất tan
♣ Đối với dung dịch loãng
Nếu là hơi lí tưởng: ta viết


Nếu pha hơi là không lí tưởng
11/1/2010
DUNG DỊCH VÔ CÙNG LOÃNG
Là định luật Henry tổng quát
- Định luật Raoult và định luật Henry: chứng minh đối với dung dịch loãng, nếu dung môi tuân theo định luật Raoult thì chất tan tất yếu phải tuân theo định luật Henry và ngược lại.
Hệ số k2 gọi là hệ số Henry
- k2 là một hằng số nào đó, tùy vào điều kiện tồn tại của hệ (T, p ngoài đã cho)
- Khi dung dịch không lí tưởng và rất loãng không thề suy ra x2 = 1 nên k2 p02
11/1/2010
DUNG DỊCH VÔ CÙNG LOÃNG
Điểm khác giữa 2 định luật
Trong dung dịch không lí tưởng và loãng:
- Định luật Raoult: p1 = p01x1 = k1x1 (k1 = p01)
Định luật Henry: p2 = k2x2 (k2 ≠ x2).
+ Nếu dung dịch là lí tưởng: nếu định luật Raoult đúng với mọi nồng độ thì định luật Henry cũng đúng với mọi nồng độ khi đó
→ x2 = 1, f2 = k2 = f02
11/1/2010
DUNG DỊCH VÔ CÙNG LOÃNG
Gọi là định luật Raoult - Henry tổng quát nhất.
+ Khi pha hơi là lí tưởng: hoạt áp trùng với áp suất. Ta có:
11/1/2010
DUNG DỊCH VÔ CÙNG LOÃNG
D. Thế hóa học của các cấu tử trong dung dịch loãng
Khi dung dịch lỏng cân bằng với hơi bão hòa của nó thì thế hóa học của mỗi cấu tử I trong cả 2 pha bằng nhau µLi=µKi
Thế hóa học của I trong pha hơi:
µKi = µ0i(T) + RTlnfi
+ Đối với dung môi 1, theo định luật Raoult f1= f01x1, vậy:
µ1 = µL1 = µK1 = µ01(T) + RTlnf01 + RTlnx1
11/1/2010
DUNG DỊCH VÔ CÙNG LOÃNG
Hoạt áp f01 của hơi dung môi nguyên chất chỉ phụ thuôc vào T, p ngoài.
µ01(T,p) = µ01(T) + RTlnf01 và
µ1= µ01(T,p) + RTlnx1
µ01(T,p) là thế hóa học của của dung môi lỏng nguyên chất (x1=1), phụ thuộc vào T, ít phụ vào p.
+ Đối với chất tan trong dung dịch loãng
Theo định luật Henry: f2=k2x2 (k2 ≠ f02)
µ2=µL2=µK2=µ02 (T) + RTlnk2 + RTlnx2
11/1/2010
DUNG DỊCH VÔ CÙNG LOÃNG
Hệ số Henry k2 là hàm của T và p,nên ta có thể đặt: µ02(T,p) = µ02(T) + RTlnk2
Và được:
µ2 = µ02(T,p) + RTlnx2 (12)
Chú ý Dung dịch không lí tưởng và loãng
+ µ02(T,p) không là thế hóa học của chất tan
(cấu tử 2) nên không suy ra x2 = 1
+ Số hạng µ02(T,p) phụ thuôc chủ yếu T,
ít phụ thuộc vào p
11/1/2010
DUNG DỊCH VÔ CÙNG LOÃNG
E. Độ tăng điểm sôi của dung dịch loãng chất tan không bay hơi
Nhiệt độ sôi của pha lỏng
Bất cứ pha lỏng nào, nguyên chất hay dung dịch cũng đều bắt đầu sôi ở nhiệt độ mà tại đó áp suất hoi bão hòa của nó trở thành bằng áp suất ngoài.
+ Đối với chất lỏng nguyên chất: áp suất ngoài không đối thí nhiệt độ sôi không đổi suốt thời gian sôi cho đến khi chuyển hết thành hơi.
11/1/2010
DUNG DỊCH VÔ CÙNG LOÃNG
- Chất lỏng nguyên chất: nhiệt độ bắt đầu sôi và nhiệt độ sôi kết thúc là một.
Dung dịch áp suất ngoài không đổi (trường hợp chung): nhiệt độ bắt đầu sôi và nhiệt độ sôi kết thúc là khác nhau và thay đổi liên tục trong suốt quá trình sôi.

11/1/2010
DUNG DỊCH VÔ CÙNG LOÃNG
+ Đối với dung dịch loãng chất tan không bay hơi:
Hơi bão hoà của dung dịch gồm hơi bão hoà của dung môi. Theo định luật Raoult, áp suất hơi bão hoà luôn luôn thấp hơn áp suất hơi bão hoà của dung môi lỏng nguyên chất ở cùng nhiệt độ và áp suất ngoài.
11/1/2010
DUNG DỊCH VÔ CÙNG LOÃNG
2. Thiết lập công thức đối với ∆Ts
Đối với dung dịch đủ loãng để có thể áp dụng định luật Raoult, ta có:
p = p1 = p01x1 = p0 = 1,013 bar
Sau khi lấy logarit và lấy đạo hàm theo T:
11/1/2010
DUNG DỊCH VÔ CÙNG LOÃNG
p01: Áp suất hơi bão hòa của dung môi nguyên chất, tuân theo phương trình Clapeyron - Clausius dạng:
Lh,1: nhiệt hóa hơi của 1 mol dung môi nguyên chất
11/1/2010
DUNG DỊCH VÔ CÙNG LOÃNG
Từ (a) và (b) ta được:
Hoặc:
11/1/2010
DUNG DỊCH VÔ CÙNG LOÃNG
Khi lấy tích phân:
11/1/2010
DUNG DỊCH VÔ CÙNG LOÃNG
+ Đối với dung dịch rất loãng, x2<<1, ta có công thức gần đúng:
Mặt khác, ta có (Ts-T0s) là bé.
Chấp nhận TsT0s = (T0s)2.
Phương trình (c) thành:
11/1/2010
DUNG DỊCH VÔ CÙNG LOÃNG
Gọi ΔTs= Ts-T0s là độ tăng điểm sôi của dung dịch
11/1/2010
DUNG DỊCH VÔ CÙNG LOÃNG
+ Đối với dung dịch rất loãng có nồng độ molan m2 (số mol chất tan trong 1000g dung môi) ta có:


Vậy
11/1/2010
DUNG DỊCH VÔ CÙNG LOÃNG
- Là nhiệt hóa hơi riêng của dung môi nguyên chất (J/g) và là hằng số nhiệt độ T0S nên ta đặt:
+ Độ tăng điểm sôi của dung dich loãng tỉ lệ với nồng độ molan m2 của chất tan trong dung dịch.
+ Ks gọi là hằng số nghiệm sôi của dung môi nguyên chất.
11/1/2010
DUNG DỊCH VÔ CÙNG LOÃNG
Từ (d) và (e) ta có:
11/1/2010
DUNG DỊCH VÔ CÙNG LOÃNG
3. Phép nghiệm sôi (phí nghiệm)
Thay (17) vào (15) ta được:
Suy ra:
11/1/2010
DUNG DỊCH VÔ CÙNG LOÃNG
4. Thiết lập công thức đối với ∆Tb
Tb = Kb.m2




λnc, l= Lnc,l/M1 là nhiệt độ nóng chảy riêng của dung môi nguyên chất;
Kb là hằng số nghiệm lạnh hay hằng số hàn nghiệm
11/1/2010
DUNG DỊCH VÔ CÙNG LOÃNG
5. Phép nghiệm lạnh (hàn nghiệm)
11/1/2010
DUNG DỊCH VÔ CÙNG LOÃNG
F. Áp suất thẩm thấu
1. Áp suất thẩm thấu
- Đối với dung môi nguyên chất:
μ10 = μ10 (T) + RTlnp10
- Nếu dung môi không ở dạng nguyên chất:
p1 = p10x1 = (1 - x2)
μ1 = μ10 (T) + RTlnp1
Ở T và P không đổi:
11/1/2010
DUNG DỊCH VÔ CÙNG LOÃNG
2. Định luật Van’t Hoff
π = c2RT (23)
C2 là nồng độ mol - thể tích của chất tan, c2= n2/V = g2/(M2V);
n2 là số mol chất tan;
g2 là khối lượng chất tan;
M2 là phân tử khối chất tan;
R là hằng số khí
Nếu V(lít), áp suất π(atm) thì
R = 0,082l.atm/K.mol
11/1/2010
DUNG DỊCH VÔ CÙNG LOÃNG
3. Nhiệt động lực học về áp suất thẩm thấu
- Để xác định sự phụ thuộc của µ1 vào P, ta dùng hệ thức:
Về nguyên tắc, V1 có sự phụ thuộc vào P, do đó có thể chấp nhận V1 = const
11/1/2010
DUNG DỊCH VÔ CÙNG LOÃNG
Kết hợp với (21) được:


Đối với dung dịch loãng, p1= po1x1, tức là
(p1/po1) = x1, do đó:
11/1/2010
DUNG DỊCH VÔ CÙNG LOÃNG
Vì x2 <<1 nên –ln(1-x2)  x2 và:



Đối với dung dịch rất loãng, có thể xem gần đúng n1V1 bằng V của dung dịch:
πV =n2RT, hoặc π =n2/V.RT = c2RT
 Đó chính là phương trình Vant’ Hoff đối với áp suất thẩm thấu của dung dịch loãng.
11/1/2010
DUNG DỊCH VÔ CÙNG LOÃNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN
KHOA SƯ PHẠM KHOA HỌC TỰ NHIÊN
BỘ MÔN HOÁ LÝ
Lớp CHO1081 – Nhóm 7
Thực hiện
(Tháng 10/2010)
11/1/2010
DUNG DỊCH VÔ CÙNG LOÃNG
11/1/2010
DUNG DỊCH VÔ CÙNG LOÃNG