Растворы - это гомогенные (состоящие из одной фазы) системы, содержащие несколько компонентов. Растворы бывают газообразные, жидкие и твердые. Среди соединений (компонентов), образовавших раствор, выделяют растворенные вещества и растворитель.
Растворителем принято считать компонент, агрегатное состояние которого соответствует агрегатному состоянию раствора. Как правило, это компонент, содержание которого в растворе выше содержания остальных, называемых растворенными веществами. Наибольшее практическое значение имеют жидкие растворы, в частности – водные растворы, в которых растворителем является вода.
Растворимостью называется способность вещества растворяться в том или ином растворителе. Мерой растворимости вещества является его содержание в насыщенном растворе. Состав раствора и содержание растворенного вещества (концентрация) выражаются различными способами.
1. Массовая доля компонента w i - это отношение массы i- го компонента mi к массе раствора S mi:
w i = mi / S mi,
w i - безразмерная величина, принимающая значения от 0 до 1 или от 0 до 100% (в последнем случае говорят о процентной концентрации по массе).
2. Молярная доля компонента Хi - это отношение числа молей i -го компонента ni к сумме молей å n i всех компонентов, образующих раствор, безразмерная величина:
Хi = ni / å n i.
3. Моляльная концентрация растворенного вещества, или моляльность, Сm - число молей растворенного вещества n, приходящихся на 1 кг растворителя, моль/кг:
Сm = n / ms = 
,
где m –масса растворенного вещества (г); М – молярная масса растворенного вещества (г/моль); ms - масса растворителя (кг).
4. Молярная концентрация растворенного вещества, или молярность, С - число молей растворенного вещества n в 1 л раствора, моль/л, или, сокращенно, М:
С = n / V = 
,
где V - объем раствора (л); m –масса растворенного вещества (г); М – молярная масса растворенного вещества (г/моль).
5. Молярная концентрация эквивалента растворенного вещества, или нормальная концентрация, или нормальность, С экв - число молей эквивалентов растворенного вещества n экв в 1 л раствора, моль экв/л, или, сокращенно, н.:
С экв= n экв/ V = 
= 
,
где М экв – молярная масса эквивалента растворенного вещества (г/моль экв); z экв – число эквивалентности растворенного вещества; V - объем раствора (л); m –масса растворенного вещества (г); М – молярная масса растворенного вещества (г/моль).
6. Массовая концентрация С масс – масса растворенного вещества m в 1 л раствора, г/л:
С масс = m / V,
где V - объем раствора (л).
7. Титр Т – масса растворенного вещества в 1 мл раствора, г/мл.
Т = С масс/1000
Можно применять и другие способы выражения состава раствора.
Для приготовления раствора заданной концентрации взвешивают необходимые массы (отмеряют необходимые объемы) чистых компонентов раствора. В химических аналитических лабораториях используют концентрированные растворы известной концентрации: фиксаналы – растворы, помещенные в герметичные ампулы заводского производства, содержащие строго определенное (обычно 0.1 моль) количество химического соединения.
Установление состава раствора является одной из задач аналитической химии. Количественный анализ проводят физическими, химическими и физико-химическими методами. Одним из наиболее простых среди них является титриметрия.
Титриметрия – аналитический метод, основанный на измерении объема раствора реагента точно известной концентрации, взаимодействующего с определяемым веществом. Растворы реагентов известной концентрации, иcпользуемые в титриметрии, называют титрованными (стандартными) растворами, или титрантами.
Методика титрования: к раствору анализируемого вещества неизвестной концентрации (пробе) добавляют небольшими порциями раствор титранта до тех пор, пока не будет получен сигнал индикатора, свидетельствующий о прекращении реакции (достижении конечной точки титрования). Момент окончания титрования можно установить при помощи химической реакции или по изменению некоторого физического свойства. Часто используются органические красители, окраска которых изменяется по достижении конечной точки титрования.
Расчет концентрации исследуемого раствора, в соответствии с законом эквивалентов, проводят по формуле:
С экв 1 V 1 = С экв 2 V 2,
где С экв 1 и С экв 2 – молярные концентрации эквивалента пробы и титранта, соответственно, моль экв/л; V 1 – отмеренный объем пробы, л; V 2 – объем титранта, израсходованный на титрование, л.
При определении концентраций кислот и оснований используют метод кислотно-основного титрования, в основе которого лежит реакция нейтрализации:
Н+ + ОН- D Н2О.
В кислотной среде концентрация ионов водорода Н+ больше концентрации гидроксид-ионов ОН-, а в щелочной среде, наоборот, меньше. Для удобства характеристики среды используют понятие водородного показателя рН, численно равного отрицательному десятичному логарифму молярной концентрации ионов водорода в растворе:
рН = -lg 
.
Поскольку в водных растворах произведение молярных концентраций ионов водорода и гидроксид-ионов:
× 
= 
,
называемое ионным произведением воды, – величина постоянная и при Т =298К = 10-14, в нейтральной среде рН = 7, в кислотной рН < 7, в щелочной рН > 7
Истинная точка эквивалентности кислотно-основного титрования соответствует равенству молярных концентраций ионов водорода Н+ и гидроксид-ионов ОН-:
= 
.
Реакция нейтрализации не сопровождается видимыми изменениями, например, переменой окраски раствора. Поэтому для фиксирования точки эквивалентности используют органические красители, структура и окраска которых зависит от величины водородного показателя рН.
Лабораторная работа № 12
Взвешивание. Приготовление растворов. Титрование
Важнейшие понятия: Понятие "раствор". Характерные особенности жидкого состояния. Водородная связь, способы выражения содержания (концентрации) растворенного вещества в растворе. Массовая доля, мольная доля, молярная концентрация, молярная концентрация эквивалента. Индикатор.
Цель работы: изучение различных способов приготовления растворов заданной концентрации.
Меры предосторожности при выполнении работы:
1. Не касаться руками гранул щелочи! При взятии навески вещество отбирать только чистым шпателем.
