Смешивание растворов с разными концентрациями

 

Смешали m1 граммов раствора №1 c массовой долей вещества w₁ и m₂ граммов раствора №2 c массовой долей вещества w₂ . Образовался раствор (№3) с массовой долей растворенного вещества w₃ . Как относятся друг к другу массы исходных растворов?

Решение Пусть w₁ > w₂ , тогда w₁ > w₃ > w₂ . Масса растворенного вещества в растворе №1 составляет w1 · m1, в растворе №2 – w₂ · m₂. Масса образовавшегося раствора (№3) – (m₁ – m₂). Сумма масс растворенного вещества в растворах №1 и №2 равна массе этого вещества в образовавшемся растворе (№3):

w ₁ · m₁ + w ₂ · m₂ = w₃· (m₁ + m₂) w₁ · m₁ + w ₂ · m₂ = w₃ · m₁ + w₃ · m₂ w ₁ · m₁ – w₃ · m₁ = w₃ · m₂ – w₂ · m₂ (w₁– w₃) · m₁ = (w₃– w₂) · m₂ m₁ / m₂ = (w₃– w₂ ) / (w₁– w₃)

Таким образом, массы смешиваемых растворов m1 и m2 обратно пропорциональны разностям массовых долей w1 и w2 смешиваемых растворов и массовой доли смеси w3. (Правило смешивания).

Для облегчения использования правила смешивания применяют правило креста :

m1 / m2 = (w3 – w2) / (w1 – w3)

Для этого по диагонали из большего значения концентрации вычитают меньшую, получают (w₁ – w₃), w₁ > w₃ и (w₃ – w₂), w₃ > w₂. Затем составляют отношение масс исходных растворов  m₁ / m₂ и вычисляют.

Пример Определите массы исходных растворов с массовыми долями гидроксида натрия 5% и 40%, если при их смешивании образовался раствор массой 210 г с массовой долей гидроксида натрия 10%.

5 / 30 = m₁ / (210 - m₁) 1/6 = m₁ / (210 – m₁) 210 – m₁ = 6m₁ 7m₁ = 210 m₁ =30 г;  m₂ = 210 – m₁ = 210 – 30 = 180 г

 

Разбавление раствора

 Исходя из определения массовой доли, получим выражения для значений массовых долей растворенного вещества в исходном растворе №1 (w₁) и полученном растворе №2 (w₂):

w₁ = m₁ / (ρ₁ · V₁)  откуда  V₁= m₁ /( w₁ ·ρ₁) w₂ = m₂ / (ρ₂ · V₂) m₂ = w₂ ·ρ₂ · V₂

Раствор №2 получают, разбавляя раствор №1, поэтому m₁ = m₂. В формулу для V₁ следует подставить выражение для m₂. Тогда

V₁= (w₂ ·ρ₂ · V₂) / (w₁ · r₁) m₂ = w₂ ·ρ₂ · V₂ или

w1 · ρ1 ·  V1	=	w2 · ρ2 ·  V2
m1(раствор)		m2(раствор)

 m1(раствор) / m2(раствор) = w2 / w1

При одном и том же количестве растворенного вещества массы растворов и их массовые доли обратно пропорциональны друг другу.

Пример Определите массу 3%-ного раствора пероксида водорода, который можно получить разбавлением водой 50 г его 3%-ного раствора.

m₁(раствор) / m₂(раствор) = w₂/ w₁ 50 / x = 3 / 30 3x = 50 · 30 = 1500 x = 500 г

Основные свойства растворов и их классификация

Раствором называется правильно подобранная смесь вяжущего, заполнителя, воды и, в необходимых случаях, специальных добавок, затвердевающая после нанесения ее на поверхность и превращающаяся в камень. До затвердения смесь этих материалов называют растворной смесью.

Вяжущее в растворе заполняет пространство между частичками заполнителя, прочно связывая их между собой в процессе твердения.

Вода в растворе вступает в химическую реакцию с вяжущим.

Заполнитель создает жесткий скелет в растворе, снижает его усадку и экономит вяжущее.

Классификация растворов.

Растворы классифицируют по различным признакам. По плотности растворы подразделяются на тяжелые (1500 кг/м³ и более) и легкие (менее 1500 кг/м³).

По скорости схватывания растворы подразделяются на быстросхватывающиеся и медленносхватывающиеся.

По количеству вяжущего растворы подразделяются на жирные и тощие. Жирными называют растворы с избытком вяжущего. Такие растворы пластичны, но при твердении могут потрескаться и дают большую усадку. Тощие растворы содержат недостаточное количество вяжущего материала. Такие растворы малопластичны, менее удобны в работе, но они дают небольшую усадку, что позволяет использовать их в облицовочных работах.

По виду вяжущего материала растворы подразделяются на глиняные, известковые, гипсовые, известково-гипсовые, цементные, цементно-известковые.

В зависимости от среды твердения различают воздушные растворы, твердеющие в воздушно-сухих условиях (например, гипсовые), и гидравлические, начинающие твердеть на воздухе и продолжающие твердеть в воде или во влажной среде (цементные).

В зависимости от количества вяжущих растворы подразделяют на простые - приготовленные на одном вяжущем материале - и смешанные - приготовленные на нескольких вяжущих.

Составы всех растворов записывают в виде чисел, обозначающих объемные части вяжущего и заполнителя. Составы простых растворов записывают в виде соотношения, состоящего из двух чисел. Первое число (как правило, единица) обозначает, что в растворе содержится одна объемная часть вяжущего материала. Второе число показывает, сколько объемных частей заполнителя необходимо взять на одну часть вяжущего материала. Например, цементный раствор состава 1: 3 означает, что на одну часть вяжущего (цемента) приходится три части заполнителя (песка).

Для смешанных растворов соотношение состоит из трех чисел. Первое число (единица) показывает объемную часть основного вяжущего материала; второе число обозначает количество дополнительного вяжущего, а третье - количество частей заполнителя. Рассмотрим, например, цементно-известковый раствор состава 1:2:8. Из названия раствора ясно, что первое число обозначает количество цемента (одна объемная часть), второе - количество извести (две объемные части), а третье - количество песка (восемь объемных частей).

Свойства растворных смесей.

К основным свойствам растворных смесей относятся удобоукладываемость, подвижность, водоудерживающая способность и расслаиваемость.

Удобоукладываемость - это свойство растворной смеси легко распределяться плотным и тонким слоем на основании, равномерно заполняя все его неровности и шероховатости. Удобоукладываемость зависит от пластичности (подвижности) и водоудерживающей способности смеси.

Для того чтобы с растворной смесью было легко работать, она должна быть пластичной. Пластичность смеси характеризуется ее подвижностью. Подвижность - это способность растворной смеси растекаться под действием собственной массы или приложенных к ней внешних сил. Для определения подвижности растворной смеси применяют эталонный конус (рис. 1). Масса 300 г, высота - 180 мм, диаметр основания - 150 мм, угол при вершине - 30°. Через каждые 10 мм на поверхности конуса нанесены деления по высоте. Конус опускают, и он под действием собственной массы погружается в растворную смесь. Подвижность растворной смеси измеряется в сантиметрах. Она равна глубине погружения эталонного конуса. Погружение конуса на глубину 7 см означает, что подвижность растворной смеси равна 7 см.

Рисунок 1. Эталонный конус для определения подвижности раствора: 1 - корпус; 2 - цепочка; 3 – кольцо

Водоудерживающая способность - это свойство растворной смеси удерживать воду при наличии ее отсоса пористым основанием.

Если растворную смесь с недостаточной водоудерживающей способностью (например, известковую) нанести на такое пористое основание, как кирпичная кладка, то поры основания быстро всосут в себя воду из растворной смеси, она обезводится, что приведет к уменьшению сроков схватывания, и в конечном результате затвердевший раствор будет менее плотным и прочным. Поэтому перед нанесением растворной смеси на пористое основание его предварительно смачивают водой.

Расслаиваемость - разделение растворной смеси на твердую и жидкую фракции при ее перевозке или хранении. Твердая и более тяжелая фракция - песок и вяжущее вещество - опускаются вниз, жидкая фракция - вода - собирается вверху.

Свойства растворов.

К основным свойствам растворов относятся прочность, водонепроницаемость, морозостойкость, усадка.

Прочность раствора характеризуется его маркой, которая определяется пределом прочности при сжатии стандартных образцов - кубов с ребрами 7,07 см, выполненных из растворной смеси и испытанных после 28-суточного твердения при температуре 25 °С (ГОСТ 5802 - 86). По пределу прочности на сжатие (кгс/см²) для строительных растворов установлены следующие марки: 4, 10, 25, 50, 75, 150, 200.

Водонепроницаемость - это свойство раствора не пропускать через себя воду. Степень водонепроницаемости зависит в основном от пористости раствора. Менее всего пропускают воду плотные растворы (например, цементные). Водонепроницаемость раствора повышают введением в него добавок при приготовлении растворной смеси - церезита, жидкого стекла или полимерных смол.

Морозостойкость - это свойство раствора в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное число циклов попеременного замораживания и оттаивания без видимых признаков разрушения и значительного снижения прочности и массы. Морозостойкость раствора характеризуется маркой (Мрз). Марка определяется числом циклов попеременного замораживания и оттаивания, которые выдержат образцы - кубы с ребром 7,07 см в насыщенном водой состоянии. Различают следующие марки раствора по морозостойкости: Мрз 10, 15, 25, 35, 50, 100, 150, 200, 300.

Усадка - это уменьшение объема раствора при твердении вяжущих веществ. Усадка - нежелательное явление, так как она может вызвать появление трещин на отделываемой поверхности, разрушение штукатурки и облицовки.

Органическая химия, наука, изучающая соединения углерода с другими элементами (органические соединения), а также законы их превращений. Название "органическая химия" возникло на ранней стадии развития науки, когда предмет изучения ограничивался соединениями углерода растительного и животного происхождения. Не все соединения углерода классифицируются как органические. Например, СО₂, HCN, CS₂ традиционно относят к неорганическим. Условно можно считать, что прототипом органических соединений является метан СН₄.

К настоящему времени число известных органических соединений превышает 10 млн. и увеличивается каждый год на 250-300 тыс. Многообразие органических соединений определяется уникальной способностью атомов углерода соединяться друг с другом простыми и кратными связями, образовывать соединения с практически неограниченным числом атомов, связанных в цепи, циклы, бициклы, трициклы, полициклы, каркасы и др., образовывать прочные связи почти со всеми элементами периодической системы, а также явлением изомерии - существованием разных по свойствам веществ, обладающих одним и тем же составом и молекулярной массой.

Многообразие и громадное число органических соединений определяет значение органической химии как крупнейшего раздела современной химии. Окружающий нас мир построен главным образом из органических соединений; пища, топливо. одежда, лекарства, краски, моющие средства, взрывчатые вещества, материалы, без которых невозможно создание транспорта, книгопечатания, проникновение в космос и прочее, - все это состоит из органических соединений. Важнейшую роль органические соединения играют в процессах жизнедеятельности. На стыке органической химия с неорганической химией и биохимией возникли химия металлоорганических соединений и биоорганическая химия соответственно, широко использующие методы и представления органической химии. Отдельный раздел органической химии составляет химия высокомолекулярных соединений: по величине молекул органические вещества делятся на низкомолекулярные (с молекулярной массой от нескольких десятков до нескольких сотен, редко до тысячи) и высокомолекулярные (макромолекулярные; с молекулярной массой порядка 10⁴-10⁶ и более).

Основным методом органической химии является синтез. Развитие методов синтеза в первую очередь способствовало установлению строения самых сложных соединений. Идеальным завершением процесса определения структуры молекул органических соединений является полный синтез (тотальный синтез), т.е. получение с помощью совершенно однозначных химических методов соединения, структура которого была предложена на основании изучения другими методами. Органический синтез - очень тонкое искусство, и химику, приступающему к синтезу, необходимо совершенное сочетание теоретических и практических знаний с интуитивным подбором средств, наиболее подходящих для построения самых сложных молекул (см. также Органический синтез).

Органическая химия изучает не только соединения, получаемые из растительных и животных организмов (так называемые природные вещества), но в основном соединения, созданные искусственно с помощью лабораторного или промышленного органического синтеза. Более того, объектами изучения компьютерной органической химии являются соединения, не только не существующие в живых организмах, но которые, по-видимому, нельзя получить искусственно (например, гипотетический аналог метана, имеющий не природное тетраэдрическое строение, а форму плоского квадрата, в центре которого лежит атом С, а в вершинах - атомы Н).

Органический синтез связывает органическую химию с химической промышленностью, как малотоннажной (тонкий органический синтез, производство лекарств, витаминов, жидких кристаллов, ферментов, феромонов и др.), так и крупнотоннажной (основной органический синтез, производство искусственного волокна, пластмасс, переработка нефти и газа и др.).

Строение органических соединений устанавливают с помощью методов анализа органических соединений, включающих помимо элементного анализа такие физические методы, как ЯМР, масс-спектрометрия, ИК-спектроскопия, рентгеновский структурный анализ, электронография и др.; развиваются также методы выделения, очистки и разделения органических веществ, например различные виды хроматографии.