Тема 5. Химические системы: растворы

Растворами называют гомогенные фазы, состав и свойства которых может изменяться в определенных, часто весьма широких пределах.

Например,– все газовые смеси, включая воздушную атмосферу, являются истинными растворами со свойствами, близкими к идеальным.

В жидких растворах частицы растворенного вещества связаны с окружающими их частицами растворителя. Эти комплексы называются сольватами, а для водных растворов гидратами. Образование раствора не просто механический процесс. При растворении имеет место взаимодействие растворенного вещества и растворителя. Чаще всего в роли растворителя выступает вода. При растворении может выделяться или поглощаться теплота, происходить образование кристаллогидратов и иных процессов.

Растворенными веществами при одинаковом агрегатном состоянии компонентов обычно считаются компоненты, находящиеся в недостатке, в то время как компонент, находящийся в избытке, считается растворителем.

При разных агрегатных состояниях компонентов раствора растворителем обычно считается компонент, агрегатное состояние которого совпадает с агрегатным состоянием раствора.

В случае жидких растворов твердых и газообразных веществ растворителем всегда считается жидкий компонент, независимо от концентрации растворенных веществ, которая часто превышает 50 масс.%. При образовании раствора его свойства изменяются по сравнению с чистым растворителем.

Существуют следующие изменения:

1.Зависящие от природы растворенного вещества (цвет, вкус и т.п.).

2.Не зависящие от природы растворенного вещества (изменения температуры кипения, температуры замерзания, явление осмоса).

Классификация растворов

1. Идеальные растворы -это совокупность невзаимодействующих частиц, имеющая объем, аддитивно складывающийся из объемов отдельных компонентов.

Идеальные растворы образуются атермально, т.е. без теплового эффекта (из чистых компонентов, находящихся в том же агрегатном состоянии, что и раствор).

Объем идеального раствора аддитивно складывается из объемов отдельных компонентов (образованного из чистых компонентов, находящихся в том же агрегатном состоянии, что и раствор).

Все свойства идеальных растворов, в отличие от реальных, легко рассчитываются, исходя только из их концентрации и свойств отдельных компонентов.

2. Предельно разбавленные растворы. Предельно разбавленным (п.р.) раствором называют раствор, в котором свойства растворителя практически остались неизменными по сравнению с чистым растворителем ввиду низкой концентрации растворённого вещества, в то время как свойства растворенного вещества могут очень сильно отличаться от его свойств в чистом виде ввиду попадания в среду растворителя.

3. Реальные растворы. Различные свойства реальных растворов в той или иной степени отклоняются от идеальных (например, термодинамические).

Количественной характеристикой способности вещества растворяться в данном растворителе является концентрация его насыщенного раствора.

Насыщенным при данной температуре называют раствор, в котором растворённое вещество не способно более растворяться.

Растворимость веществ зависит от природы растворённого вещества, природы растворителя и условий протекания процесса растворения (концентрации, температуры, давления, присутствия других растворённых веществ).

Так, в зависимости от природы растворённого вещества, растворимость может быть неограниченной (вода – спирт), ограниченной, или частичной (вода – эфир), близкой к нулю – практическое отсутствие растворимости (вода – керосин). Неограниченная растворимость встречается только в таких системах, в которых растворитель и растворённое вещество находятся в одинаковых фазовых состояниях. Например, при обычных условиях все газы взаимно неограниченно растворимы. Если растворитель и растворённое вещество находятся в разных фазах, то растворимость всегда имеет некоторый ограничительный предел, принимающий разные значения в зависимости от природы компонентов раствора.

Обычно растворимость твердых веществ и жидкостей выражают значением коэффициента растворимости (S), т.е. массой безводного вещества, растворяющегося при данных условиях в 100 г растворителя с образованием насыщенного раствора.

Величина, выражающая относительное содержание компонентов в растворе называется концентрацией.

Концентрация растворов выражается отношением массы, числа моль или моль эквивалентов растворенного вещества, приходящегося на массу, общее количество моль или объем всего раствора или только растворителя.