1.1. KHÁI QUÁT
• Độ hòa ta n của m ột c h ấ t A tro n g m ột du ng môi xác định là nồn g độ bão hòa của ch ất đó,
N ếu A là c h ất rán , dun g môi là ch ất lỏng, khi nồng độ bão hòa ta co' cân bằng: A (pha rán) A (pha lỏng)
N ếu A là ch ất khí, du n g môi là c h ất lỏng, khi nồng độ bão hòa ta co' cân bấng: A (pha khí) ĩ— A (pha lỏng).
N ếu c h ấ t ta n A p hân bô' tro n g hai dung môi (1) và (2) không h ò a ta n vào n h a u th ì khi hệ đ ạ t trạ n g th ái cân bằng t a có cân bằng:
A (pha 1) ^ A (pha 2),
Các cân b àn g này được gọi là cân b àn g d u n g dịch.
• Độ hòa ta n củ a c h ấ t lỏng hoặc chất rán th ư ờ n g được biểu th ị b ằ n g khối lượng tín h r a gam củ a chất ta n tro n g 100g dung môi.
Độ hòa ta n của c h ấ t khí tro n g c h ãt lỏng th ư ờ n g biểu th ị b àng th ể tích c h ấ t ta n tro n g m ột th ể tíc h củ a dun g môi.
Ví dụ, ở 20°c m ộ t lít nước hòa ta n được 702 lít khí N H 3.
• Độ hòa tan của một chất phụ thuộc: vào bản chất của chát ấy. vào bán chất của dung môi cũng như phụ thuộc vào điều kiện vổ nhiệt độ và áp suất khi hòa tan.
Nói chung, các chất phân cực (NaCL dễ tan vào dung môi phân cực (Ií',0), các chất không phân cực (hexan) dễ tan vào dung môi không phân cực (benzen). Vi vậy, một cách định tính người ta nói:
các chất giống nhau thi dễ hòa tan vào nhau.
• Quá trìn h hòa tan cũng là một quá trinh cân bằng nên cũng tuân theo nguyên lí chuyển dịch cân bằng Le Chatelier.
- Nếu quá trinh hòa tan thu nhiệt thì độ hòa tan sẽ tán g khi nhiét độ tâng.
- Nếu quá trinh hòa tan tỏa nhiệt, thi khi nhiệt độ tăng, độ hòa tan sẽ giảm.
Biến thiên th ể tích trong quá trìn h hòa tan chất rắn hay chất*
lỏng trong dung môi lỏng thường nhỏ, không đáng kể nên độ hòa tan của các chát rắn, lỏng trong dung môi lỏng hầu như không phụ thuộc vào áp suất.
- Quá trinh hòa tan các chất khí trong dung môi lỏng luốn luôn kem theo sự giảm thể tích. Vì vậy độ hòa tan tàng khi áp suất tăng, Trong trường hợp chung, quá trinh hòa tan chất khí trong dung môi lỏng là quá trình tỏa nhiệt, vì vậy, theo nguyên lí chuyển dịch cân bảng độ hoa tan chất khí sẽ giảm khi nhiệt độ tăng.
2.2. Sự PHÂN BỐ CHẤT TAN TRONG HAI CHẤT LỎNG KHÔNG HÒA TAN
• Ta giả thiết có hai chất lỏng 1 và 2 không hòa tan vào nhau. Khi đổ chung vào một bỉnh, chúng tạo th àn h 2 pha riêng biệt, nếu cho thêm vào bình một chất A có th ể hòa tan đổng thời vào hai chất lỏng nói trên thì sau khi lác kĩ ta có cân bằng:
A (pha 1) ^ A (pha 2)
Ti số nô ng độ của A tro n g hai pha được xác định bởi đ ịn h l u ậ t p h â n b ố N e r n s t (1891). Ỏ t r ạ n g t h á i c â n b à n g , t ỉ sô c á c n ồ n g d ộ c ủ a m ộ t c h ấ t t r o n g h a i p h a l ỏ n g t h i b à n g m ộ t h à n g sô.
CA (pha 2) CA (pha 1) K được gọi là h ệ s ố p h â n bố.
T a cần nhớ rằn g định lu ậ t p h ân bố chỉ được nghiệm đú n g khi ở cả hai pha, ch ất tan A đểu tồn tạ i ở m ột d ạn g giống nhau. Thí dụ, tro n g nước cũng n h ư tro n g CC14 rượu đều tổ n tạ i ở cùng m ột d ạ n g giống nhau (C2H5OH).
(T a th í dụ ở pha 1, A ở d ạn g m onome, ở p h a 2 A ở d ạ n g dìme: 2A ^ At th ì ta co'
[A2]
[Ar = K)
H ì n h VI.1. Phễu chiết
• T ro n g các phòng th í nghiệm hóa học,
người t a th ư ờ n g sử dụ n g các d u n g môi hữu cơ (đậc biệt là ete) để chiết các sả n ph ẩm hữu cơ từ m ột hỗn hợp tro n g môi trư ờ n g nước (sử d ụ n g phễu chiết). Sự tác h plutoni ra khỏi u ran i cũ n g co' th ể được th ự c h iện b ằn g phương p háp chiết. * •
ững dụng. Ỏ 20°c, hệ số p h ân bô' của quinon tro n g nước và tro n g ete K = 0,326. M ột lít du n g dịch nước chứa 0,5g quinon.
Hỏi nếu chiết dung dịch với m ột lít ete thì trong d u n g dịch nước còn bao nhiêu gam quinon.
• Gọi X là k h ố i lượng q u in o n còn lại tro n g nước.
Khối lượng quinon tro n g ete sẽ là 0,5 - x(g) (mỗi p h a đểu có V = 1 1).
Theo đinh ỉuât phân bố ta có: — --- - 0,326X
0,5 — X
X = 0,163 - 0,326 X ---* X = 0,123 g
2.3. ĐỘ HÒA TAN CỦA CHẤT KHÍ TRONG DUNG MÔI LỎNG. ĐỊNH LUẬT HENRY
• Sự hòa tan của chất khí A trong một dung môi lỏng được coi là sự phân bô' khí đó trong hai pha, pha khí và pha lỏng.
Khi dung dịch bão hòa ta có cân bằng:
A (pha khí) ^ A Ipha lỏngl Cũng như các trạn g thái cân bằng khác, ta có:
CA (pha lỏng)
CA (pha khí) 6
Đối với nồng độ của A trong pha khí người ta thường biểu thị bằng áp suất riêng phán của A.
CA (pha lỏng)
Từ đd, ta có: - ¿ - — 7— ,7— = K P A (pha khi)
hav c .\ (pha lỏng) = K Pa (pha khí).
Đó là nội dung định lu ậ t H e n ry (1803).
ò một n h iệt độ không đổi, dộ hòa tan của một chất khí tro n g một dung môi lỏng tỉ lệ th u ậ n với áp suất riêng phẩn của kh í đó. K được gọi là hằng sô' H e n ry hay hệ sô' hòa tan.
• K không những chỉ phụ thuộc vào khí A m à còn phụ thuộc vào bản chất của dung môi, vào nhiệt độ và vào cách biểu thị nống độ (chẳng hạn nếu thành phần biểu thị bằng phân sô' mol X thì ta có X A = K ^ a).
H ệ thứ c trê n còn được viết dưới dạng: P A = ^ . c = K ’C, từ đó ta có th ể nói: Áp s u ấ t riên g p h ầ n của một khí hòa ta n trê n dung dịch th ì tỉ lệ với nồng độ của nó tro n g dung dịch.
• Đ ịnh lu ậ t H enry không nghiệm đúng m ột cách nghiêm ngặt khi áp su ấ t q u á cao hay khi trạ n g th ái phân tử của c h ất ta n biến đổi khi hòa ta n tro n g d u n g dịch (chẳng han, các p h ân tử N H3, COi tro n g nước dễ tạ o th à n h các h iđ ra t hay m ột p h án bị p hân li).
ứng dụng. Áp x u ấ t hơi c ủ a N H3 trê n d u n g dịch 1% bằng 4,0 m m H g.
H ãy tín h áp s u ấ t của nó trê n d u n g dịch 2,5% tạ i cùng một nhiệt độ.
CA (pha lỏng) 1 _ 2ựj
* P A (pha khí) ^ 4,0 p p = 2 , 5 . 4 , 0 = IQ m m llg
2.4. Đ ộ HÒA TAN CÙA CHẤT RÁN TRONG DUNG MÔI LỎNG
• Độ hòa ta n của c h ấ t rắ n A tro n g du ng môi lỏng được coi là sự p h â n bố c h ấ t ta n tro n g p h a rá n (không ta n còn lại) và tro n g p h a lỏng khi d u n g dịch bão hòa.
Khi dun g dịch bão hòa (còn c h ấ t r á n không tan ) ta cđ cân bàng:
c (pha lỏng) A (pha rá n ) A (pha lỏng), khi đó ta có: -7“ -;--- --- = k
c ( p h a rắn )
VI nồn g độ củ a c h ất rắ n được coi là b ằn g m ột h ằ n g số nên ta co': c (pha lỏng) = K. Điều đo' co' ngh ĩa là:
T ạ i m ột n h iệ t dộ xác d ịn h , ở tr ạ n g th á i cân b ằ n g (dung dịch bão hòa) n ồ n g độ của c h ấ t ta n b ằ n g m ộ t h ằ n g số.
Nói m ột cách khác, tại m ột n h iệ t độ xác định và tro n g một dun g môi xác định, mỗi chất rá n co' m ộ t độ hòa ta n xác định.
• Như đã nói ở trên, áp suất hầu như không co' ảnh hưởng đến độ tan của chất rắn trong dung môi lỏng.
• Quá trỉnh hòa tan của các chất rán trong dung môi lỏng thường là quá trin h thu nhiệt AH > 0 (về giá trị tuyệt đối, nấng lượng m ạng lưới tương đối lớn, năng lượng sonvat ho'a tương đối nhỏ). Vì vậy, độ hòa tan của hấu hết các chất rán đều tăng khi tă n g nhiệt độ.
Trong phòng thí nghiệm, người ta thường lợi dụng tính chất này để làm tinh khiết các chất rắn: chất rán cấn làm sạch được hòa tan vào một dung môi thích hợp ở nhiệt độ cao đến khi bão hòa, sau đó lọc nóng để loại chất bẩn rổi để dung dịch nguội dần.
Vì ở nhiệt độ thấp, độ hòa tan nhỏ nên chất rán kết tinh trở lại ở dạng tinh khiết.
• Chỉ cd m ột số ít chất rắn co' độ hòa tan trong nước giảm khi nhiệt độ tăng, thí dụ: CaíOH ),, Li2S 0 4.
• Vì quá trìn h hòa tan cũng dẫn đến trạ n g thái cân bằng nên sự phụ thuộc của độ hòa tan vào nhiệt độ cũng được tính theo công thức:
c 2 A H , 1 1 .
lg Cị 2,303R ( T , " T j)
Trong đó Cj, C2 lấn lượt là độ hòa tan ở nhiệt độ Tj và T2, AH là nhiệt hòa tan.
ứng dụng, ỏ 40°c và 60°c, K N 03 co' độ hòa tan trong nước lần lượt là C] = 63,9 g/lOOg nước, c2 = 109,9 g/lOOg nước.
Hãy tính nhiệt hòa tan AH trong nước của KNO3
109,9 A H , 1 1 ,
• lg 63,9 - ~ 2 ,3 0 3 .8 ,3 1 4 ( 333 ~ 313/
A H , 1 1 ,
2 ,3 0 3 .8 ,3 1 4 ( 313 333 /
---- ằ AH = 23498,9 J/m ol = 23,5 kJ/m ol.