Растворы

Растворы имеют огромное значение в минеральной и органической жизни Земли, в науке, технике, строительстве.

Раствор - однородная в фазовом отношении сложная система переменного состава.

		Т в е р д ы е (минералы, сплавы)
Растворы

Ж и д к и е (раствор NaCl в воде)
		Г а з о о б р а з н ы е (воздух – 21 % О2 + 78 % N2 + 1 % др. газов)

Наиболее распространены жидкие растворы. Они состоят из растворителя (жидкость) и растворенного вещества. Например: раствор газа в жидкости – кислород в воде; раствор твердого вещества в жидкости – сахар в воде; раствор жидкости в жидкости – серная кислота в воде. В случае смеси жидкостей растворителем является жидкость, которая содержится в большем количестве. Кроме того, жидкими растворами являются и те, в которых растворитель не вода, а другая жидкость (спирт, ацетон, толуол, керосин и др.).

Способность вещества растворяться всегда ограничена, исключение составляют жидкости, смешивающиеся друг с другом в разных соотношениях, например вода и этиловый спирт. Количество вещества, которое может раствориться при данной температуре в определенном количестве растворителя, называется растворимостью (S). Единицы измерения растворимости г или моль растворенного вещества в 1 дм³ растворителя; г растворенного вещества в 100 г растворителя. Растворимость разных веществ в воде при постоянной температуре различается весьма сильно. Хорошо растворимыми считаются вещества, которые растворяются в воде более 10 г/л. Слабо растворимые – растворяются в воде в диапазоне от 0,01 до 10 г/л. Практически нерастворимые – растворяются в воде менее 0,01 г/л. Раствор, в котором при данной температуре вещество больше растворяться не может, называется насыщенным (С= S, здесь С – концентрация растворенного вещества). Ненасыщенный раствор содержит меньше растворенного вещества, чем насыщенный (С S) при данной температуре; п е р е с ы щ е н н ы й раствор содержит растворенного вещества больше, чем насыщенный (С  S). Растворимость веществ обычно зависит от температуры. Растворимость большинства твердых и жидких веществ с повышением температуры увеличивается, газообразных - уменьшается.

Растворение - сложный физико-химическийц процесс. С одной стороны, растворяющееся вещество удаляется с поверхности кристалла и равномерно распреде- ляется по объему растворителя - физический процесс (диффузия). Скорость диффузии оказывает значительное влияние на скорость растворения. С другой - частицы растворенного вещества и растворителя взаимодействуют друг с другом - химический процесс (сольватация). Если растворителем является вода, то говорят о гидратации растворенного вещества. Гидратная оболочка довольно прочно связана с частицами растворенного вещества и при его выделении из раствора входит в состав кристаллов.

CuSO₄ + H₂O  синий р-р  CuSO₄ 5H₂O

растворение выпаривание

CuSO₄ - вещество белого цвета; CuSO₄ 5H₂O – кристаллогидрат меди - вещество синего цвета. Вода, входящая в состав кристаллогидрата, называется кристаллизационной.

Помимо наличия кристаллогидратов, доказательством того, что растворение хими- ческий процесс, является тепловой эффект при растворении. Например, если поместить в стакан с водой твердую соль NH₄NO_3, то в результате растворения последней темпе- ратура раствора понижается так сильно, что стакан примерзает к поверхности,на которой стоит, если она смочена водой; при добавлении H₂ SO₄ в стакан с водой последний заметно нагревается.

Установлено, что тепло поглощенное при растворении (отрицательный тепловой эффект ) затрачивается на разрушение кристаллической решетки и диффузия раство- ряющегося вещества на весь объем раствора (физический

процесс). Причиной положительного теплового эффекта служит образование сольватов (химический процесс).

Общий тепловой эффект растворения - алгебраическая сумма положительного и отрицательного тепловых эффектов. В зависимости от природы растворяемого вещества соотношение положительного и отрицательного эффектов при растворении меняется и, следовательно, меняются величина и знак суммарного теплового эффекта.

Любой растворитель характеризуется параметрами: давление насыщенного пара, осмотическое давление, температуры кипения и замерзания. Для разбавленных растворов неэлектролитов аналогичные свойства изменяются пропорционально концентрации растворенного вещества и описываются законами Ф. Рауля и Я. Вант-Гоффа.

 закон Рауля

Давление насыщенного пара растворителя над раствором всегда меньше, чем над чистым растворителем. При этом чем больше концентрация растворенного вещества, тем больше понижается давление пара над раствором.

P = P^o ^o ,

где ^o – молярная доля растворителя в растворе; Р и Р^о - соответственно давление пара растворителя над раствором и растворителем.