Общая характеристика. Концентрация растворов

Растворами называются однородные (гомогенные) системы, состоящие из двух и более компонентов. Растворы представляют собой дисперсные системы, в которых частицы одного вещества равномерно распределены в другом. Свойства дисперсных систем, в первую очередь их устойчивость, зависят от размеров распределенных частиц. В зависимости от степени дисперсности различают взвеси, коллоиды и истинные растворы.

Частицы взвесей имеют обычно размер 10^-3 —10^-5 см. Их характерной особенностью является неустойчивость во времени: взвешенные частицы (диспергированная фаза) либо оседают, либо всплывают на поверхность в зависимости от соотношения плотностей. Если распределенное вещество находится в виде отдельных молекул, система является устойчивой и не разделяется при длительном стоянии. Такие растворы называют истинными или молекулярными. Промежуточными между истинными растворами и взвесями являются коллоидные растворы. Размеры частиц коллоидных растворов лежат в интервале 10^-5 – 10^{-7 см, а истинных — менее 10-7 см.}

Растворы являются, как минимум, двухкомпонентными системами. Тот компонент, который количественно преобладает и находится в том же агрегатном состоянии, что и образующийся раствор, называется растворителем. Растворы больше напоминают химические соединения и отличаются от механических смесей.

Важной характеристикой растворов является концентрация.

Концентрацией раствора называется количество растворенного вещества, содержащееся в определенном количестве раствора или растворителя. Различают два типа обозначений концентраций веществ — аналитические и технические.

Аналитические обозначения употребляют для растворов реагентов, применяемых в анализе веществ, где в качестве основной массовой единицы веществ используют моль.

Молярность М — число молей растворенного вещества, содержащееся в 1 л раствора. Раствор, содержащий в 1 л 1 моль растворенного вещества, называется одномолярным или молярным; 0,1 моль—децимолярным (0,1 М раствор); 0,01 моль — сантимолярным и т. д.

Вместо молярности применяют и более точный термин — формульная концентрация F — число молей вещества, соответствующих его химической формуле, содержащееся в 1 л раствора. При этом учитывают, что вещество в растворе обычно распадается на ионы.

Моляльность m — число молей вещества, приходящееся на 1 кг растворителя.

Эквивалентность, или нормальность, N — число молей эквивалентных масс М_Э, содержащееся в 1 л раствора. Раствор называется однонормальным, или нормальным, если в 1 л его содержится 1 моль-экв растворенного вещества (1 н. раствор); полунормальным, если он содержит 0,5 моль-экв в 1 л (0,5 н. раствор) и т. д.

Технические обозначения концентраций широко распространены в технике, медицине, фармации. Наиболее употребительны

Массовая процентная концентрация — количество граммов растворенного вещества, содержащееся в 100 г раствора..

Объёмный процент употребляют для обозначения концентрации смесей жидкостей или газов.

Массо-объемная процентная концентрация — количество граммов вещества в 100 мл раствора.

Растворимость

Способность вещества растворяться в том или ином растворителе называется растворимостью. Переход растворяемого вещества в раствор осуществляется самопроизвольно (ΔG < 0), и раствор остается ненасыщенным. Наряду с этим происходит и обратный процесс — его выделение. Со временем скорости этих процессов выравниваются и наступает динамическое равновесие, при котором состав системы не меняется. Энтальпийный и энтропийный факторы процесса становятся одинаковыми (ΔG = 0), т. е. раствор становится насыщенным.

Мерой растворимости вещества при данных условиях служит концентрация его насыщенного раствора. По растворимости твердые вещества условно делят на легкорастворимые, труднорастворимые (или малорастворимые) и практически нерастворимые.

Растворимость большинства твердых веществ с понижением температуры уменьшается и часть вещества выделяется в кристаллическом виде. Выделение вещества при охлаждении горячего насыщенного раствора называется кристаллизацией. Если охлаждение насыщенного раствора производить медленно, исключая попадание в него кристаллов растворенного вещества, то кристаллизация может не произойти. Такие растворы называются пересыщенными.

До настоящего времени не существует единой научной теории, позволяющей вывести общие законы растворимости. Подобное положение в значительной степени обусловлено тем, что растворимость разных веществ по-разному зависит от температуры, природы растворителя и растворяемого вещества.

Растворение представляет собой сложный физико-химический процесс. В основе химической теории растворов лежит идея (Менделеев) о существовании в них определенных химических соединений. Механизмы растворения могут быть разными.

Химическое растворение основано на химическом превращении, в результате которого можно получить соответствующий раствор целевого продукта. Подобные процессы приводят к образованию растворов молекулярного или ионного типа. Если же растворение не сопровождается такой выраженной реакцией, как при химическом растворении, то процесс ограничивается взаимодействием молекул растворяемого вещества с молекулами растворителя, которое называется сольватацией. Продукты этого взаимодействия называются сольватами (от лат. solvere — растворять).

Растворение можно рассматривать в виде следующих последовательных процессов:

а) разрушение связей в исходном веществе с поглощением энергии (эндотермический процесс)

АВ=А + В

б) сольватация (гидратация) частиц А и В с образованием сольватов (гидратов) и выделением энергии (экзотермический процесс)

А + Н₂О-=А-Н₂О

В + Н₂О-=В*Н₂О