Лекция №4 Растворы

d > 100 нм
Тонкодисперсные системы (коллоидные), 1нм

d > 100 нм

Истинные (молекулярные) d < 1нм

1нм = 10-9 м

Что такое РАСТВОРЫ ?





Растворы и химические соединения: общее и разное

% или долях единицы
0 < C < 1
0

C < 100 %

15%-ный р-р NaNO3: 15 г NaNО3 в 100 г р-ра

доля растворенного вещества (или мольный процент)
Обозначается i
Измеряется в % или

в долях единицы

Представляет отношение числа молей данного вещества к общему числу молей в растворе.

Хв = ———

nв-ва

 ni

Хв = ——— 100

nв-ва

 ni

0 < х < 1

0 < х < 100

НСl: 1 моль или 36,5 г НСl в 1 л

р-ра

(или нормальность)

Обозначается N, H, н., CN

(моль экв/л)

1н. р-р Н2SO4: 1 моль экв. или 49 г Н2SO4 в 1 л р-ра

N1 V1 = N2  V2

N = M · Z

Z – эквивалентное число, зависит от природы вещества

= ———————
mв-ва · 1000
Мr · (mр-ра – mв-ва)
(моль/1 кг р-ля)
1m

р-р MgCl2: 1моль или 95 г MgCl2 в 1 кг Н2О

С (насыщ.) < C (пересыщ.)
Растворимость (S)

– концентрация насыщенного раствора данного вещества при данной температуре, [г/100 г р-ля].

S(KNO3) = 110г/ 100г воды при 60°С

На растворимость влияют:

природа растворителя и растворенного вещества

температура

давление

- хорошо
растворимы в полярных р-рителях (воде)
• Кислород (неполярное в-во) -

хорошо растворим в неполярных р-рителях (бензоле С6Н6)

случаев взаимная растворимость жидкостей увеличивается с увеличением температуры
Т

S растет с ↑Т
Если Нраств < 0 (ЭКЗО-), то

S падает с ↑Т

Что такое стандартная энтальпия растворения?





моль/л;
КГ -

постоянная Генри;
ргаза - парциальное давление газа над раствором, Па.

C = Г  ргаза

Растворимость газов растет с увеличением давления

Р

Закон Генри





В справочниках растворимость газов указывают в мл/100 мл воды.

О механизме растворения

Гидратация (сольватация)

– ограниченное растворение
Растворимость жидкости в жидкости
Закон распределения


К -коэффициент распределения
С1 и

С2 – равновесные концентрации вещества в жидкостях (1) и (2)

s (I2) в хлороформе > s (I2) в воде в 130 раз

Экстрагирование

Экстракция





3ТБФ
2(TlI3 · 3ТБФ) + H2SO4 + H2O2 + 3ТБФ =

Tl2SO4 + 3(I2 · 3ТБФ) + 2H2O

Пример

Способ извлечения таллия из растворов

1.

Экстракция

(из сернокислого раствора раствором иода в трибутилфосфате)

Реэкстракция Tl

(раствором серной кислоты c добавкой пероксида водорода)

2.

0,2 – 0,6 г/л Tl

20 –35 г/л

 Процесс экстракции

пар при t = const
испарение
конденсация
Закон Рауля
(Рº

> Р)





пара раствора равно атмосферному давлению
tкип.р-ра > tкип.р-ля, т.к.
Pнас.р-ра < Pнас.р-ля
tкип.=

t кип. р-ра - 100

Повышение температуры кипения раствора равно:

насыщенного пара твердой фазы равно давлению насыщенного пара жидкой фазы
tкр.р-ра

< tкр.р-ля, т.к.

Pнас.тв. < Pнас.жид. (лед – вода)

Понижение температуры кристаллизации
(затвердевания) раствора:

tкр.= 0 - t кр. р-ра

закона Рауля
Повышение температуры кипения и понижение температуры затвердевания раствора прямо

пропорционально моляльной концентрации раствора

t кип. = Kэб  Сm

t зат. = Kкр  Сm

Kэб. - эбулиоскопическая постоянная

Ккр. - криоскопическая постоянная

Для бензола: Ккр. = 5,10, Кэб. = 2,57.





в другую жидкую фазу, которую называют экстрагентом. Этот процесс идет

успешно при условии, что жидкие фазы практически взаимно не растворимы.

В качестве экстрагентов применяют органические вещества: трибутилфосфат ТБФ [(С4Н9О)3Р=О]; метилизобутилкетон МИБК [(C5H12)C=O]; триоктиламин ТОА [R3N] и др.

Экстракция

Экстрагент после насыщения его извлекаемым элементом называется экстрактом. Водный раствор, из которого извлечен металл, называется рафинатом.

Этапы технологии экстракции: 1-й этап – экстракция металла из раствора в органический растворитель; 2-й этап – разделение экстракта и рафината; 3-й этап – реэкстракция – перевод металла из экстракта в водный раствор; 4-й этап – восстановление технологических свойств экстрагента и возвращение его в процесс – в следующий цикл.

экстракционные колонны с пульсацией.
Cхема экстракционной колонны с насадкой
В

экстракционных колонная процесс осуществляется по схеме противотока: Cверху вниз движется тяжелый исходный водный раствор 1. Навстречу, снизу вверх, поднимается более легкая органическая фаза – экстрагент 3. В верхней части происходит вывод экстракта 2. Водный раствор после обработки выводится из колонны снизу 4.

в металлургии. В частности, в гидропроцессах металлургии редких металлов экстракция

применяется для разделения Ta и Nb, Zr и Hf, РЗЭ, получения из водных растворов таких элементов как Re, In, Tl, Sc, U и др.

Разделение продуктов экстракции (экстракта и рафината) производят в отстойниках. Реэкстракцию органической фазы (после промывки в воде) осуществляют горячей водой, растворами кислот, щелочей солей

Примеры процессов экстракции.

1. Экстракция рения из водных растворов. Экстракция из растворов с H2SO4 протекает по механизму межфазного анионного обмена. Экстрагент – ТОА тироктиламин [(R3NH)+]

(R3NH)HSO4 + ReO4-  (R3NH)ReO4 + HSO4-

выделяют перренат аммония.
2. Экстракция индия описывается реакцией:
In3+ + 3(HRe2PO4)2

= In(R2PO4)3 · 3HR2PO4 + 3H+

HRe2PO4 – экстрагент – одноосновная кислота (R – радикал)

Реэкстракцию проводят 8-10 н. cоляной кислотой. В результате из растворов с концентрацией In 0,03-0,09 г/л получают реэкстракты с концентрацией In 25-55 г/л, из которых цементацией на цинке выделяют черновой индий.

В результате экстракции раствора, содержащего 20-30 мг/л рения, получили раствор с содержанием рения – 1-2 г/л. Концентрация рения увеличилась в 50-70 раз.

· 2HR2PO4 + 2H+
Реэкстракция: раствором HCl (10 н.) или растворами

карбоната натрия или аммония.

Эффективность этого способа следующая: содержание урана в исходном растворе после выщелачивания руды – 0,8-1,4 г/л; в реэкстракте – 17-43 г/л. Концентрация раствора увеличилась в 20-30 раз.