Растворы. Общие понятия, страница 2

.                                                 (4.5)

Если газовая смесь является идеальной, то для каждого компонента выполняется уравнение состояния идеального газа. Из этого следует связь между парциальным давлением и концентрацией компонента:

     и    .                                      (4.6)

Содержание растворенного вещества в растворе может быть выражено с помощью специальной величины, называемой моляльность. По определению, моляльность растворённого вещества – это отношение количества растворенного компонента к массе растворителя:               .

В сравнении с мольной долей эта величина удобна для выражения состава растворов с низким содержанием растворённого вещества, а в сравнении с концентрацией – тем, что она не зависит от температуры. Практически, для моляльности используется только единица измерения [моль кг^–1]. Другие единицы не приняты.

В дальнейшем мы будем рассматривать чаще всего смеси или растворы из двух компонент, которые называются бинарными (двойными). В этом случае один из компонент будем обозначать А, а другой В, причем в случае растворов символ А будет означать растворитель, а В – растворённое вещество. Тогда предыдущие определения для растворённого вещества в бинарном растворе имеют вид:

,          ,         = ,         (4.8)

где w_A – масса растворителя, М_А – молярная масса растворителя. В связи с тем, что моляльность всегда обозначается символом m, совпадающим с обычным обозначением массы, при рассмотрении свойств растворов придётся использовать символ w для массы (другое частое обозначение массы в этой ситуации – g).

При обычных единицах измерения молярности [моль дм^–3] и моляльности [моль кг^–1] в водных растворах при комнатной температуре моляльность численно равна молярности при низком содержании растворённого вещества, то есть в разбавленных растворах. Для большинства веществ это справедливо при концентрациях менее приблизительно 0.1 моль дм^–3.

4.2. Парциальные молярные величины

Если при постоянных Т и р смешать жидкости с одинаковым составом, то объём смеси окажется равен сумме объёмов смешиваемых жидкостей. Например, если смешать две порции по 50 см³ воды, то получится 100 см³ воды. Это следует из того, что объём чистой фазы прямо пропорционален количеству вещества при постоянных Т и р. Коэффициентом пропорциональности является молярный объём вещества.

Если смешать две разные жидкости, то, в общем случае, объём смеси оказывается не равен сумме объёмов смешиваемых жидкостей. В качестве примера на рис. 4.1 показана зависимость объёма смеси этанол/вода, который получается при смешении объёма V/см³ этанола (по нижней оси абсцисс) с объёмом 100 – V/см³ воды (по верхней оси абсцисс). Как видно, наибольшее отклонение от ожидаемых 100 см³ наблюдается при смешивании приблизительно равных объёмов воды и этанола. Именно, если смешать 50.0 см³ этанола и 50.0 см³ воды, то получится только 96.3 см³ смеси. Причина этого заключается в том, что объём, который занимает жидкость, зависит от межмолекулярных взаимодействий. Межмолекулярные взаимодействия в смеси, в общем случае, отличаются от взаимодействий в чистых компонентах.

Другие экстенсивные свойства многокомпонентных фаз, в общем случае, так же не имеют простой связи с соответствующими свойствами чистых компонент. Поэтому вместо обычных молярных величин используются парциальные молярные величины. Если экстенсивную функцию состояния обозначить Y (Y = V, H, S, G, и т.д.), то парциальной молярной величиной Y_i i-того компонента смеси называют величину: