Идеально чистой воды в природе не бывает. Дело в том, что вода является практически универсальным растворителем. В ней растворены газы: азот, кислород, аргон, углекислота – и другие примеси, находящиеся в воздухе. Особенно ярко свойства растворителя проявляются в морской воде, в которой растворяются практически все вещества. Принято считать, что в водах Мирового океана могут быть растворены практически все элементы таблицы периодической системы элементов. По крайней мере, на сегодня их обнаружено более 80, в том числе редкие и радиоактивные элементы. В наибольшем количестве в морской воде содержатся хлор, натрий, магний, сера, кальций, калий, бром, углерод, стронций, бор. Одного только золота растворено в Мировом океане по 3 кг на душу населения Земли!
В земной воде также всегда что-то растворено. Наиболее чистой считается дождевая вода, но и она растворяет в себе примеси, находящиеся в воздухе. Не думайте, что вода растворяет только легко растворимые вещества. К примеру, химики-аналитики утверждают, что вода немного растворяет даже стекло. Если растереть в ступке порошок стекла с водой, то в присутствии индикатора (фенолфталеина) появится розовая окраска – признак щелочной среды. Следовательно, вода частично растворила стекло и щелочь попала в раствор (недаром химики называют этот процесс выщелачиванием стекла).
«вакциной» против растворения в воде является содержание в веществе жира. Неслучайно клетки человеческого тела имеют мембраны, содержащие жировые компоненты. Благодаря этому вода не растворяет тело человека, а способствует его жизнедеятельности.
неводные растворы (растворители – бензин, эфир, бензол, толуол и т.д.).
Неводные растворы представляют собой гомогенные дисперсные системы, структурными единицами в которых являются ионы и молекулы. В большинстве случаев неводные растворы используют для наружного применения (например, для смазывания слизистых оболочек, кожных покровов, примочек, ингаляций, полосканий, промываний, капель для носа и уха, втираний). Значительно реже они применяются внутрь. Так же, как и к водным, к ним предъявляются определенные требования. Неводные растворы должны соответствовать медицинскому назначению для достижения необходимого лечебного эффекта, не содержать механических включений, быть стабильными при хранении. В состав этой группы растворов входят различные лекарственные вещества, однако в основном это антисептики, местные анестетики, противомикозные, антибактериальные, противовоспалительные и болеутоляющие средства.
С технологической точки зрения неводные растворители делят на две группы: летучие растворители (спирт этиловый, хлороформ, эфир, бензин, скипидар, и др.) и нелетучие растворители (жирные масла, жидкий парафин, глицерин, димексид, полиэтиленоксиды, эсилоны и др.). Помимо этого, в настоящее время применяют также комбинированные растворители (этанол с глицерином, глицерин с димексидом, водой и др.). Преимуществами их являются возможность сочетания в одной лекарственной форме нескольких действующих веществ с различной растворимостью, использование неводных растворителей одновременно в качестве лечебных средств. Неводные растворы просты в изготовлении, разнообразны по способам назначения, более стабильны при хранении, чем водные. Качество неводных растворов и выбор технологических приемов их изготовления зависят главным образом от физико-химических свойств растворителей. Неводные растворители отличаются друг от друга химической структурой, наличием и количеством функциональных групп, диэлектрической проницаемостью, различной растворяющей способностью по отношению к лекарственным веществам и, как следствие, различной стабильностью, степенью химической и фармакологической индифферентности.
Неводные растворители с успехом применяются и для титрования многих веществ, плохо растворяющихся в воде. Они так же уменьшают степень диссоциации окрашенных соединений и создают благоприятные условия для использования малопрочных соединений в фотометрическом анализе. Неводные растворители широко применяют в кислотно-основных титрованиях.
Вода играет важную роль в жизни организма. В воде растворяется большинство веществ, которые необходимы для обеспечения нормальной жизнедеятельности органов и тканей. Она является средой, в которой происходят почти все биохимические и биофизические реакции, связанные с обменом веществ и необходимые для обеспечения жизни. Вода выполняет роль транспортной системы (перенос питательных веществ, энзимов, продуктов метаболизма, газов, антител и др.). С помощью воды выводятся из организма продукты обмена веществ (шлаки), поддерживается состояние гомеостаза (кислотно-основное, осмотическое, гемодинамическое, термическое равновесие); отдача тепла организмом в окружающую среду происходит путем испарения воды е поверхности кожи и через легкие. Вода необходима для образования секретов и экскретов, обеспечения определенного тургора тканей; она способствует разжижению каловых масс.
14. Растворение веществ сопровождается тепловым эффектом: выделением или поглощением теплоты - в зависимости от природы вещества. При растворении в воде, например, гидроксида калия, серной кислоты наблюдается сильное разогревание раствора, т.е. выделение теплоты, а при растворении нитрата аммония - сильное охлаждение раствора, т.е. поглощение теплоты. В первом случае осуществляется экзотермический процесс (∆H < 0), во втором - эндотермический (∆H > 0). Теплота растворения ∆H - это количество теплоты, выделяющееся или поглощающееся при растворении 1 моль вещества. Так, для гидроксида калия ∆H ° = -55,65 кДж/моль, а для нитрата аммония ∆H ° = +26,48 кДж/моль.
В результате химического взаимодействия растворенного вещества с растворителем образуются соединения, которые называют сольватами (или гидратами, если растворителем является вода). Образование таких соединений роднит растворы с химическими соединениями.
Великий русский химик Д.И. Менделеев создал химическую теорию растворов, которую он обосновал многочисленными экспериментальными данными, изложенными в его книге «Исследования водных растворов по их удельному весу», вышедшей в 1887 г. «Растворы суть химические соединения, определяемые силами, действующими между растворителем и растворенным веществом», - писал он в этой книге. Теперь известна природа этих сил. Сольваты (гидраты) образуются за счет донорно-акцепторного, ион-дипольного взаимодействий, за счет водородных связей, а также дисперсионного взаимодействия (в случае растворов родственных веществ, например бензола и толуола).
Особенно склонны к гидратации (соединению с водой) ионы. Ионы присоединяют полярные молекулы воды, в результате образуются гидратированные ионы; поэтому, например, в растворе ион меди (II) голубой, в безводном сульфате меди он бесцветный. Многие из таких соединений непрочны и легко разлагаются при выделении их в свободном виде, однако в ряде случаев образуются прочные соединения, которые можно легко выделить из раствора кристаллизацией. При этом выпадают кристаллы, содержащие молекулы воды.
Кристаллические вещества, содержащие молекулы воды, называютя кристаллогидратами, а вода, входящая в состав кристаллогидратов, называется кристаллизационной. Кристаллогидратами являются многие природные минералы. Ряд веществ (в том числе и органические) получаются в чистом виде только в форме кристаллогидратов. Д.И. Менделеев доказал существование гидратов серной кислоты, а также ряда других веществ.
Таким образом, растворение - не только физический, но и химический процесс. Растворы образуются путем взаимодействия частиц растворенного вещества с частицами растворителя. Ученик Д.И. Менделеева Д.П. Коновалов всегда подчеркивал, что между химическими соединениями и растворами нет границ.
Жидкие растворы занимают промежуточное положение между химическими соединениями постоянного состава и механическими смесями. Как и химические соединения, они однородны и характеризуются тепловыми явлениями, а также часто наблюдающейся концентрацией - сокращением объема при смешивании жидкостей. С другой стороны, в отличие от химических соединений растворы не подчиняются закону постоянства состава. Они, как и смеси, могут быть легко разделены на составные части. Процесс растворения есть физико-химический процесс, а растворы - физико-химические системы.
