СВОЙСТВА РАСТВОРОВ

Природа и способы выражения состава растворов

Растворы — гомогенные (однородные) системы переменного состава, состоящие из двух компонентов (составных частей) или более и продуктов их взаимодействия. Растворы представляют собой системы с молекулярной степенью раздробленности частиц, не разделяющиеся на исходные составные части при сколь угодно долгом стоянии. Растворы занимают промежуточное положение между механическими смесями и химическими соединениями. С первыми их роднит переменность состава, со вторыми — его однородность.

Если агрегатное состояние вещества и раствора одинаковое, то растворителем считают компонент, которого в растворе избыток, а растворенным веществом — компонент, взятый в меньшем количестве.

В зависимости от агрегатного состояния растворителя различают твердые, жидкие и газообразные растворы. Например, сплавы, стекло — твердые растворы; раствор соли или спирта в воде, раствор золота в ртути (амальгама) — жидкие; воздух, смесь газов — газообразные.

В зависимости от размера частиц различают растворы:

О истинные — размер частиц менее 1-10_9м, частицы в таких растворах невозможно обнаружить оптическими методами; о коллоидные — размер частиц МО-9—5* 10—7 м, частицы в таких растворах можно обнаружить при помощи ультрамикроскопа. Коллоидные растворы относятся к дисперсным системам, в которых одно или несколько веществ (дисперсная фаза) равномерно распределены в другом веществе (дисперсионная среда) в виде мелких частиц.

Дисперсные системы классифицируются следующим образом:

О грубодисперсные (частицы более 10-5 м) — неустойчивы во времени, например дым — твердое вещество распределено в газе;

0 тонкодисперсные (10-7—10-9 м) — устойчивы во времени, например молоко — очень маленькие капли масла и белка в воде;

О молекулярно-дисперсные (менее 10-10 м) — называют истинными растворами — устойчивы во времени.

Образование растворов происходит при взаимодействии растворенного вещества и растворителя. При этом действуют силы как физической природы, так и химической.

Долгое время считалось, что растворы являются физическими образованиями, в которых отсутствует взаимодействие между растворителем и растворенным веществом. Основоположники теории физической природы растворов С. Аррениус (1883) и Я. Вант-Гофф (1885) описывали поведение так называемых идеальных растворов, например газовых смесей.

Д.И. Менделеев создал (1887) химическую теорию растворов (сольватную), согласно которой существует взаимодействие между растворителем и растворенным веществом. В результате химического взаимодействия растворенного вещества с водой образуются соединения — гидраты. Доказательством этой теории могут быть тепловые явления. Так, растворение веществ происходит либо с выделением теплоты, либо с ее поглощением. Еще одним подтверждением теории Менделеева является существование кристаллогидратов — солей, в состав которых входит вода, например медный купорос CuS04'5H20, карналлит MgCl2KCl-6H20. И.А. Каблуков соединил (1891) представления Аррениуса и химическую теорию растворов Менделеева. В соответствии с его теорией между частицами растворенного вещества и молекулами растворителя происходит взаимодействие, в результате которого образуются соединения переменного состава — сольваты. В водных растворах содержатся не свободные ионы, а гидратированные. Причем именно гидратация является основной причиной ионизации молекул. В образовании сольватов принимают участие непрочные межмолекулярные силы, например водородная связь и электростатические взаимодействия.

В настоящее время разрабатывается теория, объединяющая физическую и химическую теории раствора. Главная задача современной физико-химической теории растворов состоит в нахождении молекулярного и пространственного строения продуктов раствора, а также в исследовании процессов их образования.

Растворимость веществ — это способность вещества образовывать с другими веществами однородные системы — растворы, в которых вещество находится в виде отдельных атомов, ионов, молекул или частиц. Растворимость веществ зависит от природы растворенного вещества, природы растворителя, концентрации раствора и температуры. В природе нет абсолютно нерастворимых веществ. Можно говорить только о практической нерастворимости данного вещества в данном растворителе. Растворимость газов в жидкостях зависит от температуры и давления; растворимость жидких и твердых веществ — практически только от температуры.

Растворимость s выражается концентрацией растворенного вещества в его насыщенном растворе либо в процентах, либо в весовых или объемных единицах, отнесенных к 100 г или 100 см3 (мл) растворителя (г/100 г или см3/100 см3):

По растворимости в воде вещества делятся на три группы:

0 растворимые — в 100 г воды растворяется более 10 г вещества при комнатной температуре (например, сахар, поваренная соль, медный купорос, спирт, аммиак);

О малорастворимые — в 100 г воды растворяется менее 1 г вещества (например, гипс, бензол, кислород);

О нерастворимые — в 100 г воды растворяется менее 0,1 г вещества (например, сульфат бария, хлорид серебра, растительное масло, керосин, благородные газы).

Растворимость веществ в воде зависит от температуры. Например, если попытаться растворить в стакане воды хлорид калия КС1, то окажется, что при комнатной температуре в воде растворится только часть соли и как бы ни перемешивать раствор с остатком нерастворившейся соли, соль больше не растворится, т.е. раствор будет насыщен этой солью. Образование

раствора происходит самопроизвольно и необратимо вплоть до состояния устойчивого равновесия (насыщенного раствора). При растворении в воде меньшего количества хлорида калия при той же температуре раствор будет ненасыщенным. Если раствор сначала нагреть, а затем охладить, возникает нестабильное состояние, появляется избыток растворенного вещества, и если оно не выпадет в осадок, то образуется пересыщенный раствор.

Способы выражения состава раствора делятся на две группы — доли и концентрации, причем концентрация — это величина (размерная или безразмерная), определяющая количественный состав раствора, смеси или сплава.

Доли:

О массовая доля растворенного вещества W — отношение массы растворенного вещества трв, г, к массе раствора тр.р, г:

О мольная доля вещества N, доли единицы или %, — отношение количества вещества п{Х), моль, к суммарному количеству всех веществ, образующих раствор:

О объемная доля:

Концентрации:

О молярная концентрация растворенного вещества (моляр- ность) показывает количество этого вещества п, моль, содержащегося в 1 л:

например: 1 М — одномолярный раствор (1 моль на 1 л); 2 М — двухмолярный раствор (2 моль на 1 л); 0,1 М — децимолярный раствор (0,1 моль на 1 л); 0,01 М — сантимолярный раствор ит.д.;

О нормальная (молярная концентрация эквивалента, Сп) — число эквивалентов данного вещества в 1 л раствора:

где z — фактор эквивалентности.

Например, раствор, содержащий 0,1 моль-экв/л, называют децинормальным и записывают 0,1 н. Нормальность зависит от реакции, в которой участвует вещество. Например, одномолярный (1М) раствор H2S04 будет однонормальным (1н), если он реагирует со щелочью с образованием гидросульфата KHS04, и двухнормальным (2н) в реакции с образованием сульфата K2S04.

Нормальность растворенного вещества в конкретной реакции всегда в ?раз больше его молярной концентрации: С„ = Z', О моляльная концентрация (моляльность Ст) — число моль растворенного вещества в 1 кг растворителя:

Например, раствор с концентрацией 0,5 моль/кг называют 0,5-моляльным; 2Ст (НС1) означает, что в растворе на каждый 1 кг растворителя приходится 2 моль хлороводорода (двумо- ляльный раствор).

Молярность и моляльность — различные величины. При выражении концентрации в моляльности в отличие от моляр- ности расчет ведут по массе растворителя, а не по объему раствора.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >