Жидкие растворы

В большинстве практических случаев мы имеем дело не с чистыми жидкостями, которые содержат молекулы только одного вида, а с жидкостями, представляющими собой смеси различных веществ. Если одно из веществ находится в смеси в количестве много большем, чем другие, то смесь называют раствором. Преобладающее вещество называется растворителем. Для простоты будем рассматривать только бинарные растворы, т.е. растворы, состоящие из двух веществ – растворителя и растворенного вещества.

Количественно растворы характеризуются концентрацией. Существует много способов выражения концентрации. Важнейшие из них.

1 Массовая доля – отношение массы данной составной части раствора к массе всего раствора. Если выразить это отношение в процентах, то получится массовая концентрация.

2 Молярная доля – отношение числа молей растворенного вещества к общему числу молей в растворе. Выраженная в процентах она называется молярной концентрацией

3 В особых случаях концентрацию раствора характеризуют величиной его плотности и выражают в единицах градуировки прибора для измерения плотности – ареометра.

При изучении свойств растворов концентрация, наряду с давлением объемом и температурой, является основным параметром состояния. В некоторых случаях вещества могут растворяться друг в друге неограниченным образом, т.е. концентрация может быть любой. Для других веществ имеются ограничения по количеству растворенного вещества при данной температуре и давлении. Эта максимальная равновесная концентрация называется растворимостью. Раствор с максимальной концентрацией называется насыщенным. Растворимость обычно зависит от температуры и давления, возрастая с температурой и уменьшаясь с повышением давления.

Механизм растворения. В чистых жидкостях все частицы одинаковы. В растворах имеются частицы разных видов. Если в жидкости А растворено вещество В, то свойства раствора будут определяться взаимодействиями частиц А-А, В-В и А-В. Все эти взаимодействия различны, величина и относительная роль каждого из них зависит от концентрации раствора. С этих позиций жидкие растворы являются гораздо более сложными системами, чем чистые жидкости, хотя растворенное вещество равномерно распределено по объему и раствор представляет собой однофазную систему. Само растворение является следствием взаимодействия частиц растворителя с частицами растворяемого вещества. Частицы растворителя ослабляют связь между частицами растворяемого вещества, за счет чего они удерживались друг возле друга, разъединяют их, после чего разъединенные частицы по механизму диффузии равномерно распределяются по всему объему растворителя. В некоторых случаях при растворении происходит изменение природы растворяемых частиц. Например – соли, кислоты, щелочи – при растворении их в воде. Молекулы таких веществ распадаются в растворе на ионы, несущие электрический заряд.

Теплота растворения. Разделение частиц растворенного вещества и перевод их в раствор требует совершения работы против сил, которыми они были связаны первоначально. Работа эта производится силами взаимодействия между частицами растворителя и растворяемого вещества. Энергию, затрачиваемую на совершение этой работы, называют теплотой растворения. Так как расходуемая энергия есть внутренняя, то из общих соображений следует, что при растворении получаемый раствор должен охлаждаться. Но в ряде случаев растворение проводит к значительным разогревам растворов. Это объясняется тем, что энергия, затрачиваемая на разделение молекул растворяемого вещества, оказывается меньше, чем энергия, выделяющаяся при образовании новых связей между молекулами растворителя и фрагментами молекул растворяемого вещества. Мыслимы растворы, при образовании которых теплота растворения равна нулю. Это случай равных взаимодействий А-А, В-В и А-В. Такие растворы называются идеальными.

Дата добавления: 2014-01-07