Учение о растворах

Раствор - гомогенная равновесная система переменного состава, образованная из двух или более компонентов (ингредиентов).

Растворитель - среда, в которой растворенные вещества равномерно распределены в виде молекул или ионов.

Растворы часто занимают промежуточное состояние между механической смесью и химическим соединением.

Различия между раствором и химическим соединением:

1. состав раствора может варьироваться в очень широких пределах, а состав химического соединения неизменен;

2. из раствора можно выделять отдельные компоненты, не разрушая его однородности (с химическим соединением это невозможно).

Различия между раствором и простой механической смесью:

1. часто при растворении образуются сольваты или гидраты:

CuSO₄ + 4H₂O = [Cu(H₂O)₄] SO₄;

2. при растворении может измениться цвет раствора по сравнению с растворяемым веществом;

3. растворение часто сопровождается эндотермическим или экзотермическим эффектом.

Из этого следует, что растворение – это физико-химический процесс, в котором играют роль физические и химические явления. Согласно физической теории, растворы рассматривают как смеси, образующиеся в результате измельчения растворяемого вещества в среде растворителя без непосредственного химического взаимодействия с ним. При этом большая роль отводится такому физическому явлению, как диффузия. Благодаря диффузии молекулы, ионы удаляются с поверхности ратворяющегося векщества и равномерно распределяются по всему объему растворителя. Из-за этого, при отсутствии перемешивания, быстрота растворения зависит от скорости диффузии.

Классификация растворов

1. По агрегатному состоянию:

а) Газообразные (воздух, воздушные смеси). В растворах газов, как и в индивидуальных веществах, находящихся в газообразном состоянии, наблюдается слабое взаимодействие между молекулами смешиваемых веществ. Для газового раствора характерно химическое движение молекул и отсутствие определенной геометрической структуры. Они находятся в виде химической смеси, каждому компоненту которой присущи индивидуальные физические и химические свойства. В качестве примера такой смеси можно привести воздух, состоящий из растворенных друг в друге азота, кислорода, углекислого газа, инертных и др. газов, паров воды и некоторых твердых микрочастиц (которые называют пылью).

б) Твердые (сплавы, таблетки, пища). Они представляют собой однородные крисьталлы, образующиеся, как правило, из металлов. При этом для одних металлов их взаимная растворимость в твердом состоянии неограниченна, другие же рнастворимы друг в друге лишь до определенной концентрации. Для получения твердого раствора проводят охлаждение расплава, что сопровождается, как правило, выпадением кристаллов.

в) Жидкие (плазма крови, лимфа, речная и морская вода, микстуры). Они обладают внутренней структурой, которая при больших разбалениях близка к структуре растворителя, а в концентрированных растворах – растворенного вещества. Этот тип растворов наиболее распространен.

2. По физическим свойствам (например электропроводность):

а) неэлектролиты (раствор глюкозы);

б) электролиты (физиологический раствор).

3. По размеру частиц:

a) истинные растворы (растворенные вещества находятся в растворе в виде молекул или ионов);

признаки: (1) прозрачны;

(2) устойчивы при хранении;

(3) диаметр частиц < 1 ммк.

б) коллоидные растворы (растворенные вещества в виде сложных агрегатов);

признаки: (1) при прохождении света через раствор специфично рассеивают его, образуя конус Тиндаля;

(2) при хранении разрушаются;

(3) диаметр частиц лежит в интервале 1 - 100 ммк

в) дисперсные системы (взвеси)

существуют в виде эмульсий или суспензий;

признаки: (1) непрозрачны;

(2) неустойчивы;

(3) диаметр частиц > 100 ммк

4. По количеству растворенных частиц:

a) насыщенные (устойчивы - имеет место равновесие между раствором и твердым веществом); ∆G = 0.

б)ненасыщенные; ∆G < 0.

в)пересыщенные. ∆G > 0; система неустойчива, при встряхивании из них образуются насыщенные растворы и выделяется избыток растворённого вещества.

Растворимость газов

Этот процесс можно рассматривать:

1) либо как механический процесс (действие сил Ван-дер-Ваальса) – например при растворении в воде Н₂ , О₂ , N ₂, инертных газов;

2)либо как химическое взаимодействие

(NH₃ + H₂O = NH₄OH; Cl₂ + H₂O = HCl + HClO).

Растворимость газов зависит от нескольких факторов:

1. От давления по закону Генри – масса газа, растворяющегося в данном объёме жидкости при постоянной температуре, прямо пропорциональна его парциальному давлению:

m_газа = k × P,

где m – масса газа в растворе;

k – константа пропорциональности;

Р – парциальное давление.

2. От температуры – чем выше температура, тем хуже растворяется газ.

3. От наличия в растворе других веществ по закону И.М. Сеченова (был выведен при подсчёте кислородной ёмкости крови) – на растворимость газов в жидкости влияют другие вещества:

,

где - растворимость газа в чистом растворителе;

- растворимость газа в растворе соли;

- концентрация соли в растворе;

- константа Сеченова, положительная величина.

Анализ формулы показывает, что всегда .

Растворимость жидких и твёрдых веществ

1. Как правило не зависит от давления, потому что при смешивании жидкостей объем меняется незначительно и может измениться только при давлении в несколько тысяч атмосфер;

2. Как правило это эндотермический процесс: при повышении температуры растворимость возрастает, так как энергия затрачивается на разрушение кристаллической решетки и равномерное распределение молекул (ионов) по всему объему раствора.

3. Если же при растворении выделяется теплота, то следовательно в растворе образуются сольватные частицы (если растворитель – вода, то чакстицы называют гидратными) и процесс будет экзотермическим.

Дата добавления: 2015-05-26