Складу розчинів
Важливою характеристикою розчину є його кількісний склад, тобто вміст розчиненої речовини у певній кількості розчину або розчинника. Склад розчину можна виразити як часткою розчиненою речовини (безрозмірна величина), так і концентрацією розчиненої речовини (розмірна величина). Способи вираження концентрації залежать від одиниць вимірювання кількості розчину, розчиненої речовини і розчинника. Розглянемо найважливіші способи вираження кількісного складу розчинів.
4.1. Масова частка розчиненої речовини В (ω) – це відношення маси розчиненої речовини (mВ) до загальної маси розчину (mр-ну):
ω = mВ /mр-ну
Маса розчину, який складається з розчиненої речовини В і розчинника А, дорівнює сумі цих компонентів:
mр-ну = mА + mВ
Масову частку виражають у частках одиниці, або у відсотках (%), тобто на 100 г розчину:
ω = mВ /mр-ну. 100 %
4.2. Мольна частка розчиненої речовини (NВ) – це відношення кількості розчиненої речовини В (νВ) до загальної кількості речовини усіх компонентів розчину:
νВ
NВ = ------------------
∑νі
де νі – кількість речовини кожного компонента розчину.
Мольну частку виражають також у частках одиниці або у відсотках, притому сума мольних часток усіх компонентів розчину дорівнює одиниці.
4.3. Молярна концентрація (СМ) – це відношення кількості розчиненої речовини νВ до об’єму розчину, дм3:
νВ mB
СМ = --------- = -----------
V MBVр-ну
де mB - маса розчиненої речовини, г; МВ – молярна маса розчиненої речовини, г/моль; Vр-ну – об’єм розчину (у дм3).
Оскільки об’єм розчину Vр-ну дорівнює відношенню маси розчину m р-ну до густини ρ р-ну, яку виражають в кг/м3 або г/см3:
m р-ну
Vр-ну = -----------,
ρ р-ну
то підставивши цей вираз у приведену вище формулу, одержимо:
mB ρ р-ну
СМ = --------------
MB mр-ну
Молярну концентрацію виражають в моль/м3, або моль/л. Її позначають літерою М, наприклад, запис 0,25 М означає, що в 1 дм3 розчину міститься 0,25 моль розчиненої речовини.
4.4. Молярна концентрація еквівалента. (Секв) її ще називають нормальністю і позначають літерою (Н) – це відношення кількості еквівалентів розчиненої речовини (νекв) до об’єму розчину в дм3:
νекв mB
Секв = --------- = -----------
Vр-ну MеквVр-ну
Розчинність речовин та її залежність
Від різних чинників
Розчинність – це здатність речовини розчинятись у тому чи іншомурозчиннику. Вона тим більша, чим сильніша взаємодія між компонентами розчину. Тому справджується твердження алхіміків: «similia similsbus solventur» («подібне розчиняється в подібному»). В даний час це правило є золотим правилом розчинності.
5.1. Розчини газів у рідинах. Гази по-різному розчиняються у тому чи іншому розчиннику. Неполярні гази важко розчиняються у полярному розчиннику, зокрема у воді, і краще розчиняються у неполярних органічних розчинниках. Доведено, що розчинність газів залежить також від температури, тиску, наявності електролітів.
1. Залежність розчинності газів від температури. Розчинення є екзотермічним процесом, пов’язаним із сольватацією молекул газу молекулами розчинника. Тому, згідно с принципом рухомої рівноваги Ле-Шательє, з підвищенням температури розчинність газів зменшується.
З цим пов’язана поява бульбашок при нагріванні води, а також те, що у гарячу погоду риби підіймаються до поверхні води (через зменшення розчинності кисню у води). Кип’ятінням рідини можна суттєво зменшити вміст газів. З цієї причини у прокип’яченої воді практично не відбувається газової корозії.
2. Залежність розчинності газів від тиску. За законом Генрі-Дальтона, розчинність газу у рідині прямо пропорційна його тиску над рідиною.
Якщо газоподібна фаза складається із суміші декількох газів, то розчинність кожного із них прямо пропорційна парціальному тискові відповідного газу. Наприклад, якщо наситити у пляшці воду чистим вуглекислим газом (СО2) під тиском, що дорівнює одній атмосфері, то при відкриванні пляшці на повітрі при атмосферному тискові з розчину буде виділятися СО2, тому що в повітрі парціальний тиск СО2 складає близько 0,03 атмосфери. Збільшення розчинності газів при підвищенні тиску широко використовується, зокрема, для виготовлення шипучих напоїв, насичених СО2 під тиском.
Розчинність у воді різних газів, і у першу чергу кисню, вуглекислого газу та азоту має особливе значення для нормального перебігу фізіологічних процесів у живих організмах. У повітрі, що надходить у легені, парціальний тиск кисню більший, ніж відповідна йому концентрація кисню у крові, а парціальний тиск СО2 менший, ніж концентрація його у крові. Тому в легенях кисень розчиняється у крові, а СО2 виділяється із крові. Для поліпшення постачанню організму киснем при деяких видах анемії хворих розміщують у приміщеннях з підвищеним парціальним тиском кисню у повітрі. Цей метод лікування дає гарні результати при лікуванні газової гангрени, яку викликають анаеробні мікроби, що розмножуються в глибині рани, куди не доходить насичена киснем кров.
Зміну розчинності газів у крові слід враховувати при попаданні людини в екстремальні умови, пов’язані зі зміною атмосферного тиску.
Так, на певній висоті за умов зніженого тиску виникає гірська хвороба. При цьому значно зменшується концентрація кисню в крові (кисневе голодування), різко збільшується легенева вентиляція внаслідок втрати вуглекислого газу, зростає лужність крові, що приводить до розвитку алкалозу. Ці явища можна частково усунути вживанням лимонної кислоти, що й практикують альпіністи.
При опусканні на глибину внаслідок збільшення тиску концентрація газів у крові змінюється. Наприклад, на глибині 40 м нижче рівня моря загальний тиск становить близько 500 кПа і розчинність кисню та азоту в плазмі крові суттєво зростає. При швидкому підніманні водолазів з глибини різке зниження тиску призводить до бурхливого виділення розчинених у крові газів. Утворені бульбашки закупорюють капілярні кровоносні судини (газова емболія), порушують кровопостачання органів, що може спричинити серйозні функціональні розлади. Аналогічні явища спостерігаються при розгерметизації космічних кораблів і скафандрів космонавтів. Тому для попередження кесонної хвороби людину з глибини слід підіймати на поверхню повільно.
Це явище враховують і при внутрішньовенному введені лікарських засобів, не допускаючи попадання повітря у вену.
5.2. Розчини рідин у рідинах. Усі рідини залежно від взаємної розчинності, поділяють на: а) практично нерозчинені (ртуть-вода, бензин-вода, олія-вода); б) обмежено розчинені (анілін-вода, бензен-вода, ефір-вода); в) необмежено розчинні (етанол-вода, ацетон-вода та ін.). У перших двох випадках спостерігається розшарування рідин, а в останньому – утворення гомогенної системи.
Рідини, що не зміщуються між собою, утворюють емульсії.
Розчинність обмежено розчинних рідин залежить від температури та тиску.
5.3. Розчинність твердих речовин у рідинах. Розчинність твердих речовин у рідинах залежить від багатьох чинників: природи розчиненої речовини і розчинника, температури.
1. Вплив природи розчинної речовини. Усі речовини залежно від коефіцієнта розчинності поділяють на три групи: добре розчинні (р), малорозчинні (м) та практично нерозчинні (н) (таблиця розчинності).
2. Вплив природи розчинника. На основі експериментальних даних підтверджено золоте правило розчинності: „ подібне розчиняється у подібному”. Суть його у світлі сучасних уявлень про будову молекул полягає в тому, що в розчиннику з неполярними або малополярними молекулами легко розчиняються речовини з неполярними або малополярними зв’язками. Навпаки, у полярних розчинниках легко розчиняються сполуки з ковалентним полярним або іонним зв’язком. Із зменшенням полярності розчинника розчинність неполярних молекул зростає.
3. Вплив температури. Зміна температури по різному впливає на розчинність твердих речовин. Для переважної більшості речовин з підвищенням температури розчинність зростає. Але для деяких речовин розчинність зростає незначно, або, й навпаки, падає. Наприклад, підвищення температури води до 30-35°С, дає підвищення розчинності глауберової солі, але, коли температура ще зростає, то розчинність різко падає.
