Растворы - это однородные системы переменного состава, состоящие из двух или более веществ. Известны газообразные, жидкие и твердые растворы. К газообразным растворам относятся смеси любых газов, к твердым - многие сплавы металлов, стекла. Особое значение в природе и технике имеют жидкие растворы, образуемые растворением газов, жидкостей и твердых веществ в воде и других жидкостях. При растворении газов и твердых веществ в жидкости последнюю принято называть . При растворении жидкостей друг в друге растворителем считают ту из них, которой в растворе больше. Количество растворенного вещества, содержащееся в определенном количестве раствора или , называют концентрацией (см.) раствора. Растворы, в котором данное вещество больше не растворяется и, следовательно, избыток растворяемого вещества находится в равновесии с раствором, называют насыщенным. Концентрация ненасыщенного раствора меньше, а пересыщенного больше, чем насыщенного раствора. Пересыщенные растворы обычно образуются при медленном охлаждении горячих насыщенных растворов. Способность вещества растворяться в том или ином количестве в данном растворителе при образовании насыщенного раствора называют растворимостью вещества. Растворимость газов в жидкостях принято выражать коэффициентом поглощения (абсорбции), который указывает, сколько объемов газа (при t° 0° и давлении в 1 атм.) растворяется в одном объеме жидкости при данной температуре и парциальном давлении газа, равном 1 атм. Растворимость жидкостей и твердых веществ в жидкостях обычно выражают числом граммов растворяемого вещества на 100 г растворителя или на 100 мл насыщенного раствора. Растворимость зависит от природы растворяемого вещества и растворителя. С повышением температуры растворимость газов уменьшается, а жидкостей и твердых веществ в большинстве случаев повышается. Растворимость газов прямо пропорциональна давлению, при котором растворяется газ.

Растворы играют исключительную роль в природе и технике. Воды Мирового океана и атмосфера представляют собой растворы. С растворами связаны все физиологические и биохимические процессы, так как внутренней средой любого организма являются водные растворы различного рода веществ. Многие лекарственные средства также являются растворами.

См. также Буферные растворы, Диффузия, Изотонические растворы, Коллоиды, .

Растворы (истинные растворы) - однородные (гомогенные) системы переменного состава, состоящие из двух или более веществ. От механических смесей растворы отличаются однородностью, от химических соединений - переменным составом.

Растворы играют исключительно важную роль в природе, технике и обыденной жизни. Подавляющее большинство известных химических реакций протекает в растворах. Воды мирового океана и атмосфера представляют собой растворы. Физиологические жидкости также являются растворами. Почти все лекарственные вещества оказывают свойственное им действие на организм в растворенном состоянии.

В зависимости от агрегатного состояния различают газообразные, жидкие и твердые растворы. К газообразным относят смеси любых газов и паров, в том числе и воздух. К твердым - многие сплавы, стекло, некоторые минералы и горные породы. Особое значение для изучения жизненных процессов в норме и патологии имеют жидкие растворы, образуемые растворением в жидкостях газов, жидкостей или твердых веществ.

При растворении в жидкости газов или твердых веществ жидкость принято называть растворителем, а газы или твердые вещества, находящиеся в растворах,- растворенными веществами.

В случае растворения одной жидкости в другой растворителем считают ту из них, которая находится в растворах в относительно большем количестве.

Насыщенным раствором называют раствор, находящийся в равновесии с избытком растворяемого вещества, ненасыщенным - раствор, концентрация которого меньше, чем насыщенного, а пересыщенным - раствор, концентрация которого больше, чем насыщенного.

В зависимости от величины молекулярного веса растворенного вещества жидкие растворы подразделяют на растворы низкомолекулярных веществ, например водные растворы обычных кислот, щелочей и солей, и на растворы высокомолекулярных соединений, к которым относятся растворы белков, полисахаридов, нуклеиновых кислот в воде, каучука в бензоле, нитроклетчатки в спиртоэфирной смеси и др. Растворы высокомолекулярных соединений обладают рядом характерных свойств, присущих типичным коллоидным растворам. (см. коллоиды).

Процесс растворения сопровождается выделением или поглощением тепла.

Растворимость данного вещества в жидкости измеряется концентрацией (см.) насыщенного его раствора в этой жидкости.

Установлен ряд качественных правил растворимости веществ в жидкостях. Полярные вещества хорошо растворимы в полярных растворителях (вода, спирт, ацетон и др.) и плохо в неполярных жидкостях (бензол, четыреххлористый углерод, сероуглерод и т. д.). Наоборот, неполярные вещества хорошо растворимы в неполярных растворителях и плохо - в полярных. Последнее правило кладется в основу некоторых теорий клеточной проницаемости. При этом имеется в виду, что оболочка многих клеток состоит из неполярных веществ - липидов.

Растворимость газов в жидкостях выражают коэффициентом поглощения, который указывает, сколько объемов данного газа, приведенных к нормальным условиям (t° 0° и давление 1 атм.), растворяется в одном объеме жидкости при данной температуре и парциальном давлении газа, равном 1 атм.

Растворимость газов в жидкостях изменяется в широких пределах в зависимости от природы жидкости и газа, а также от давления и температуры. Так, например, при t° 18° коэффициент поглощения азота равен 0,01698; кислорода - 0,03220; хлористого водорода - 427,9; аммиака - 748,8. Кислород примерно вдвое более растворим в воде, чем азот, поэтому в воздухе, растворенном в воде, содержание кислорода значительно больше, чем в атмосфере (34,1% по объему при t° 18° вместо 21,2% в атмосфере). Это имеет большое биологическое значение для организмов, обитающих в воде.

Зависимость растворимости газа от давления выражается законом Генри (см. Абсорбция).

При растворении смеси газов растворимость каждого газа согласно закону Дальтона пропорциональна его парциальному давлению над раствором.

С повышением температуры растворимость газа в жидкости уменьшается. Этим свойством газа пользуются для удаления из жидкостей растворенных в них газов.

Для этого раствор кипятят в течение некоторого времени, в результате чего газ удаляется из раствора вместе с пузырьками пара.

Указанная зависимость растворимости газов от температуры имеет большое биологическое значение для организмов, обитающих в воде.

С повышением температуры дыхание организмов и потребность в кислороде возрастают, тогда как концентрация его в воде падает, вследствие чего при нагревании может наступить гибель организмов от удушья из-за недостатка кислорода. При насыщении воды кислородом организмы становятся менее чувствительными к повышению температуры.

При растворении в воде солей и многих неэлектролитов, склонных к гидратации, растворимость в ней газов, как правило, значительно уменьшается в соответствии с законом И. М. Сеченова.

Растворимость жидкостей в жидкостях колеблется в широких пределах. Известны жидкости, неограниченно растворяющиеся друг в друге, например спирт и вода, серная кислота и вода, и др. Существуют жидкости, ограниченно растворимые друг в друге, например эфир растворим в воде в небольших количествах. При добавлении больших количеств образуются два слоя. Верхний слой представляет собой насыщенный раствор воды в эфире и содержит при t° 18° 1,2% воды и 98,8% эфира; нижний слой, являющийся насыщенным раствором эфира в воде, содержит 93,5% воды и 6,5% эфира.

Известны жидкости, практически нерастворимые друг в друге, например ртуть и вода, бензол и вода. С увеличением температуры взаимная растворимость ограниченно растворимых жидкостей в большинстве случаев возрастает и часто при достижении определенной для каждой пары жидкостей температуры, называемой критической, жидкости полностью смешиваются одна с другой. Например, фенол и вода при t° 68,8° (критическая температура) и выше растворяются друг в друге в любых пропорциях; ниже критической температуры они лишь ограниченно растворимы друг в друге.

При изменении давления взаимная растворимость жидкостей меняется незначительно.

Растворимость твердых веществ в жидкостях обычно выражают в граммах твердого безводного вещества, приходящихся на 100 г растворителя в насыщенном растворе или на 100 мл насыщенного раствора. В зависимости от природы твердого вещества и растворителя растворимость твердых веществ в жидкостях колеблется в очень широких пределах. Так, например, при 25° в 100 г воды растворяется 257 г AgNO 3 и лишь 3·10 -20 г HgS.

Растворимость твердых веществ зависит от степени их измельчения. Мелкие кристаллики, или зерна, размеры которых меньше примерно 0,1 мм, более растворимы чем крупные. Различные по содержанию кристаллизационной воды кристаллогидраты одного и того же химического соединения обладают неодинаковой растворимостью. Например, растворимость Na 2 SO 4 ·10Н 2 O в воде меньше растворимости Na 2 SO 4 .

Растворимость твердых веществ в жидкостях почти не зависит от давления, но, как правило, сильно изменяется с температурой.

Обычно растворимость твердых веществ возрастает с повышением температуры, но известны вещества, как например Са(ОН) 2 , Са(С 2 Н 3 O 2) 2 и др., растворимость которых с повышением температуры понижается.

См. также Буферные растворы, Диффузия, Изотонические растворы, Электролиты.

Лекция по теме: «Растворы»

Понятие о дисперсных системах.

Дисперсными системами называются системы, в которых одно вещество, находясь в мелкораздробленном состоянии (дисперсная фаза), равномерно распределено в другом (дисперсная среда).

В зависимости от размеров частиц дисперсной фазы различают следующие дисперсные системы:

Грубодисперсные системы, размер частиц велик (эмульсии, суспензии). Примером может служить раствор глины в воде.

Коллоидные растворы (золи) (10 -9 -10 -6 ). К ним можно отнести раствор кремниевой кислоты, растворы солей кремниевой кислоты (силикатный клей).

Истинные растворы, в которых размеры дисперсной фазы очень малы (10 -10 -10 -9 ).

По агрегатному состоянию фаз Вильгельм Фридрих Оствальд предложил ставшую весьма распространенной классификацию:

Дисперсные системы

Вид дисперсной системы, ее обозначение.

Примеры дисперсных систем

Дисперсионная фаза

Дисперсионная среда

Твердое тело

Газ (г)

Аэрозоль (т/г)

Пыль, дым, хлопья снега

Жидкость (ж)

Суспензии (т/ж)

Коллоидные растворы (т/ж)

Истинные растворы

(т/ж)

Глина, зубная паста, губная помада.

Раствор яичного белка, плазма крови, спиртовая вытяжка хлорофилла, кремниевая кислота.

Растворы солей, щелочей, сахара.

Твердое тело (т)

Твердые растворы (т/т)

Сплавы, минералы, цветные стекла.

Жидкость

Газ (г)

Аэрозоль (ж/г)

Туман, облака, моросящий дождь, струя из аэрозольного баллончика.

Жидкость(ж)

Эмульсия (ж/ж)

Истинные растворы (ж/ж)

Молоко, масло, майонез, крем, мази, эмульсионные краски.

Нисшие спирты +вода, ацетон + вода.

Твердое тело (т)

Твердая эмульсия (ж/т)

Жемчуг, опал.

Газ

Газ (г)

Дисперсной системы не образуется

Жидкость (ж)

Пена (г/ж)

Пена газированной воды, мыльная пена, взбитые сливки, взбитый крем, пастила.

Твердое тело (т)

Твердая пена (г/т)

Пенопласт, пенобетон, пеностекло, пемза, лава.

Дисперсные системы изучает специальный раздел химии – коллоидная химия. Мы будем знакомиться в основном с третьей группой – истинными растворами .

Растворы - гомогенные (однородные) системы переменного состава, которые содержат два или несколько компонентов.

По агрегатному состоянию растворы подразделяются:

Наиболее распространены жидкие растворы. Они состоят из растворителя (жидкости) и растворенных веществ (газообразных, жидких, твердых):

Жидкие растворы могут быть водные и неводные. Водные растворы - это растворы, в которых растворителем является вода. Неводные растворы - это растворы, в которых растворителями являются другие жидкости (бензол, спирт, эфир и т. д.).

На практике чаще применяются водные растворы.

Растворение веществ (образование растворов).

Растворение - сложный физико-химический процесс, который включает несколько стадий:

1. Разрушение кристаллической решетки растворенного вещества.

Рассмотрим растворение хлорида калия в воде.

Например, при внесении в воду кристалликов хлорида калия с их поверхности постепенно начинают отрываться ионы К + и С l - .

Причиной этого являются собственные колебательные движения частиц и притяжение со стороны молекул растворителя.

2. Постепенный переход частиц, образующих кристалл, в раствор.

Рис. . Схема разрушения кристаллической решетки хлорида калия в воде

3. Распределение частиц, перешедших в раствор, по всему объему растворителя.

Растворы, компонентами которых являются ионы, называются ионными (растворы электролитов, так как они проводят электрический ток). Растворы, компонентами которых являются электро-нейтральные частицы, называются молекулярными (растворы неэлектролитов).

Долгое время считалось, что растворитель - это среда, химически инертная по отношению к растворенному веществу. То есть между частицами растворителя и частицами растворенного вещества отсутствует межмолекулярное взаимодействие, как и в обычных механических смесях.

Данная теория получила название физической теории растворов . Основоположниками физической теории являлись Якоб Г. Вант-Гофф (1885 г.) и Сванте А. Аррениус (1883 г.).

Впоследствии оказалось, что физическая теория применима лишь к небольшой группе так называемых идеальных растворов. Примерами идеальных растворов являются многие газовые растворы (газовые смеси), образованные из не реагирующих между собой газов. Как и отдельные газы, такие газовые растворы подчиняются газовым законам. Физические свойства таких смесей (плотность, давление и др.) вычисляются как аддитивные (от лат. – сложение), т. е. из свойств компонентов, составляющих смесь. Например, общее давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений14 ее компонентов (закон Дальтона, 1800 г.).

P общ. = P 1 + P 2 + … P n .

В 1887 г. Д.И. Менделеев предложил химическую, или сольватную (гидратную) теорию растворов . Он доказал, что в реальных растворах между молекулами растворителя и растворенного вещества происходит взаимодействие, которое носит различный характер:

1. Химическое (донорно-акцепторное взаимодействие) взаимодействие, между растворителем и растворенным веществом. Например, хлор, растворяясь, взаимодействует с водой с образованием хлорной воды:

С l 2 + Н 2 O → HCl + НОС l .

2. Ион-дипольное взаимодействие (при растворении веществ с ионной кристаллической решеткой). Например, в случае растворения хлорида натрия образуются ионы натрия и хлора, вокруг которых за счет сил электростатического притяжения удерживаются молекулы воды.

3. Диполь-дипольное взаимодействие (при растворении веществ с молекулярной кристаллической решеткой).

Доказательством физико-химического характера процесса растворения являются тепловые эффекты при растворении, т. е. выделение или поглощение теплоты.

Тепловой эффект растворения равен сумме тепловых эффектов физического и химического процессов. Физический процесс протекает с поглощением теплоты, химический - с выделением.

Если в результате гидратации (сольватации) выделяется больше теплоты, чем ее поглощается при разрушении структуры вещества, то растворение - экзотермический процесс. Выделение теплоты наблюдается, например, при растворении в воде таких веществ, как NaOH ; AgNO 3 ; H 2 SO 4 , ZnSO 4 и др.

Если для разрушения структуры вещества необходимо больше теплоты, чем ее образуется при гидратации, то растворение - эндотермический процесс. Это происходит например, при растворении в воде NaNO 3 ; КС l ; K 2 SO 4 ; KNO 2 ; NH 4 Cl и др.

Итак, разрушение структуры растворяемого вещества и распределение его частиц между молекулами растворителя - это физический процесс. Одновременно происходит взаимодействие молекул растворителя с частицами растворенного вещества, т. е. химический процесс. В результате этого взаимодействия образуются сольваты.

Сольваты - продукты переменного состава, которые образуются при химическом взаимодействии частиц растворенного вещества с молекулами растворителя.

Если растворителем является вода, то образующиеся сольваты называются гидратами. Процесс образования сольватов называется сольватацией. Процесс образования гидратов называется гидратацией. Гидраты некоторых веществ можно выделить в кристаллическом виде при выпаривании растворов. Например:

При растворении в воде сульфата меди (II) происходит его диссоциация на ионы:

CuSO 4 ⇄ Cu 2+ + SO 4 2-

Образующиеся ионы взаимодействуют с молекулами воды:

При выпаривании раствора образуется кристаллогидрат сульфата меди (II) – CuSO 4 5Н 2 O .

Кристаллические вещества, содержащие молекулы воды, называются кристаллогидратами.

Вода, входящая в их состав, называется кристаллизационной водой. Примеры

Одновременно с процессом растворения происходит обратный процесс - процесс кристаллизации . Перешедшие в раствор молекулы находятся в непрерывном движении. Они могут столкнуться с твердой поверхностью еще не растворившегося вещества, снова притянуться к ней и вернуться в состав кристалла. Вероятность такого столкновения тем выше, чем выше концентрация частиц растворенного вещества. А так как концентрация частиц растворенного вещества растет по мере растворения, то в какой-то момент времени скорость растворения становится равной скорости кристаллизации. При этом в раствор переходит столько же частиц, сколько их выделяется из раствора. То есть вещество больше не растворяется.

Раствор, в котором данное вещество при данной температуре больше не растворяется (т. е. раствор, находящийся в равновесии с растворяемым веществом), называется насыщенным .

Раствор, в котором еще можно растворить добавочное количество данного вещества, называется ненасыщенным .

Раствор, содержащий растворенного вещества больше, чем его должно быть в данных условиях в насыщенном растворе, называется пересыщенным .

В спокойном состоянии они могут годами оставаться без изменения.

Но стоит бросить в раствор кристаллик того вещества, которое в нем растворено, как вокруг него начинают расти другие кристаллы и через некоторое время весь избыток растворенного вещества выкристаллизовывается. Иногда кристаллизация начинается от простого сотрясения раствора или от трения стеклянной палочкой о стенки сосуда, в котором находится раствор. При кристаллизации выделяется значительное количество теплоты, вследствие чего сосуд с раствором заметно нагревается. Очень легко образуют пересыщенные растворы глауберова соль, бура, тиосульфат натрия.

В итоге, пересыщенные растворы являются неустойчивыми системами. Они Способны к существованию только при отсутствии в системе твердых частиц растворенного вещества.

Количественной характеристикой растворимости является коэффициент растворимости.

Коэффициент растворимости показывает, какая максимальная масса вещества может раствориться в 1000 мл растворителя при данной температуре. Растворимость выражают в граммах на литр (г/л).

По растворимости в воде вещества делят на 3 группы:

Растворимость веществ зависит от природы растворителя, от природы растворенного вещества, температуры, давления (для газов). Растворимость газов при повышении температуры уменьшается, при повышении давления - увеличивается.

Зависимость растворимости твердых веществ от темпе ратуры показывают кривые растворимости . Растворимость многих твердых веществ увеличивается при повышении температуры.

Рис. Кривые растворимости некоторых солей

По кривым растворимости можно определить:

1) коэффициент растворимости веществ при различных температурах;

2 ) массу растворенного вещества, которое выпадает в осадок при охлаждении раствора от t 1 °С до t 2 ° С.

Процесс выделения вещества путем испарения или охлаждения его насыщенного раствора называется перекристаллизацией. Перекристаллизация используется для очистки веществ.

Важной характеристикой любого раствора является его состав.

Количественная характеристика состава растворов

Для качественной характеристики растворов используют понятия «разбавленный раствор» (содержит мало растворенного вещества) и «концентрированный раствор» (содержит много растворенного вещества). Но границы между ними условны.

При работе с растворами необходимо знать их количественный состав. Количественный состав растворов выражается различными способами. Мы изучим два способа: массовая доля растворенного вещества и молярная концентрация (молярность).

Массовая доля растворенного вещества

Массовой долей растворенного вещества называется отношение массы растворенного вещества к массе раствора:

Где

ω - массовая доля растворенного вещества, выраженная и долях единицы;

m (в-ва) - масса растворенного вещества, г;

m (р-ра) - масса раствора, г.

Массовую долю можно выражать также в процентах (%):

Где

Массовую долю растворенного вещества в процентах (%) часто называют процентной концентрацией раствора.

Молярная концентрация

Молярная концентрация показывает число молей растворенного вещества в одном литре раствора.

Молярную концентрацию можно рассчитать по формуле

На практике часто переходят от одного способа выражения концентрации к другому по известной плотности раствора, применяя формулу т = ρ V.

Основные понятия

Раствором называют гомогенную систему, состоящую из двух или более компонентов.

Один из компонентов раствора – растворитель, остальные – растворенные вещества . Растворителем обычно считают тот компонент, чье агрегатное состояние не изменяется при образовании раствора. Если оба компонента находятся в одинаковом агрегатном состоянии, то растворителем является тот компонент, который находится в большем количестве.

Растворы бывают насыщенными, ненасыщенными и пересыщенными.

Насыщенный раствор – это раствор, который находится в равновесии с твердой фазой растворенного вещества, т.е. содержит максимально возможное количество растворенного вещества при данной температуре.

Ненасыщенный раствор – это раствор, концентрация которого меньше концентрации насыщенного раствора.

Пересыщенный раствор – это раствор, в котором растворяемого вещества содержится больше, чем в насыщенном при данной температуре.

Растворимостью называют способность одного вещества растворятся в другом. Количественно растворимость твердых веществ и жидкостей определяется коэффициентом растворимости. Коэффициент растворимости выражается массой вещества, растворяющегося при данных условиях в 100 г растворителя с образованием насыщенного раствора. Обычно вещество считают растворимым (р ), если величина коэффициента растворимости превышает 1. При коэффициенте растворимости от 1 до 0,01 вещество мало растворимо (м ). При коэффициенте растворимости менее 0,01 вещество практически нерастворимо (н ).

Растворение веществ часто сопровождается выделением или поглощением теплоты. Что является следствием химического взаимодействия растворенного вещества с растворителем. Этот процесс называется гидратацией , если растворитель – вода, или сольватацией , если взят неводный растворитель. При этом образуются соединения, который соответственно называются гидратами и сольватами .

Гидраты, как правило, не стойкие вещества. Но некоторые из них настолько прочны, что вода входит в состав кристаллов растворенного вещества. Такие вещества называются кристаллогидратами, а содержащаяся в них вода называется кристаллизационной.

Состав кристаллогидрата изображается формулой, которая показывает какое количество кристаллизационной воды содержится в кристаллогидрате:

· медный купорос (кристаллогидрат сульфата меди) – CuSO 4 ·5H 2 O;

· глауберова соль (кристаллогидрат сульфата натрия) – Na 2 SO 4 ·10H 2 O.

Тема 7. Растворы и дисперсные системы Оглавление

Тема 7. Растворы и дисперсные системы 1

7.1.Основные понятия и определения. Структура темы 3

7.1.1.Классификация растворов 3

7.1.2.Структура темы 4

7.2.Дисперсные системы (смеси) их виды 5

7.2.1.Грубодисперсные системы 6

7.2.2.Тонкодисперсные системы (коллоидные растворы) 6

7.2.3.Высокодисперсные системы (истинные растворы) 9

7.3.Концентрация, способы ее выражения 10

7.3.1.Растворимость веществ. 10

7.3.2.Способы выражения концентрации растворов. 11

7.3.2.1.Процентная 12

7.3.2.2.Молярная 12

7.3.2.3.Нормальная 12

7.3.2.4.Моляльная 12

7.3.2.5.Мольная доля 12

7.4.Физические законы растворов 13

7.4.1.Закон Рауля 13

7.4.1.1.Изменение температур замерзания 14

7.4.1.2.Изменение температур кипения 15

7.4.2.Закон Генри 15

7.4.3.Закон Вант-Гоффа. Осмотическое давление 15

7.4.4.Идеальные и реальные растворы. 16

7.4.4.1.Активность – концентрация для реальных систем 17

7.5.Теория растворов 17

7.5.1.Физическая теория 18

7.5.2.Химическая теория 18

7.6.Теория электролитической диссоциации 19

7.6.1.Растворы электролитов 20

7.6.1.1.Константа диссоциации 20

7.6.1.2.Степень диссоциации. Сильные и слабые электролиты 24

7.6.1.3.Закон разведения Оствальда 27

7.6.2.Электролитическая диссоциация воды 27

7.6.2.1.Ионное произведение воды 28

7.6.2.2.Водородный показатель. Кислотность и основность растворов 29

7.6.2.3.Кислотно-основные индикаторы 29

7.7.Реакции ионного обмена. 31

7.7.1.Образование слабого электролита 32

7.7.2.Выделение газа 34

7.7.3.Образование осадков 34

7.7.3.1.Условие образование осадка. Произведение растворимости 34

7.7.4.Гидролиз солей 36

7.7.4.1.Смещение равновесия при гидролизе 38

1. Основные понятия и определения. Структура темы

Дисперсные системы или смеси представляют собой многокомпонентные системы, в которых одно или несколько веществ равномерно распределено в виде частиц в среде другого вещества.

В дисперсных системах различают дисперсную фазу - мелкораздробленное вещество и дисперсионную среду - однородное вещество, в котором распределена дисперсная фаза. Например, в мутной воде, содержащей глину, дисперсной фазой являются твердые частички глины, а дисперсионной средой - вода; в тумане дисперсная фаза - частички жидкости, дисперсионная среда - воздух; в дыме дисперсная фаза -- твердые частички угля, дисперсионная среда - воздух; в молоке - дисперсная фаза - частички жира, дисперсионная среда - жидкость и т. д. Дисперсные системы могут быть как гомогенными так и гетерогенными.

Гомогенная дисперсная система является раствором.

1. Классификация растворов

По размеру растворенных веществ все многокомпонентные растворы разделяют на:

грубодисперсные системы (смеси);

тонкодисперсные системы (коллоидные растворы);

высокодисперсные системы (истинные растворы).

По фазовому состоянию растворы бывают:

По составу растворенных веществ жидкие растворы рассматривают как:

электролиты;

неэлектролиты.

1. Структура темы

1. Дисперсные системы (смеси) их виды

Дисперсная система - это смесь из двух или более веществ, которые совершенно или практически не смешиваются и не реагируют друг с другом химически. Первое из веществ (дисперсная фаза ) мелко распределено во втором (дисперсионная среда ). Фазы разделены между собой границей раздела и их можно отделить друг от друга физическим способом (центрифугировать, сепарировать и т.д.).

Основные виды дисперсных систем: аэрозоли, суспензии, эмульсии, золи, гели, порошки, волокнистые материалы типа войлока, пены, латексы, композиты, микропористые материалы; в природе - горные породы, почвы, атмосферные осадки.

По кинетическим свойствам дисперсной фазы дисперсные системы можно разделить на два класса:

Свободнодисперсные системы, у которых дисперсная фаза подвижна;

Связнодисперсные системы, дисперсионная среда которых твердая, а частицы их дисперсной фазы связаны между собой и не могут свободно перемещаться.

По размеру частиц дисперсной фазы различают грубодисперсные системы (взвеси) с размером частиц более 500 нм и тонкодисперсные (коллоидные растворы или коллоиды) с размерами частиц от 1 до 500 нм.

Таблица 7.1. Разновидность дисперсных систем.

Диспер-сионная среда	Диспер-сная фаза	Название дисперсной системы	Примеры дисперсных систем
	Жидкость	Аэрозоль	Туман, облака, карбюраторная смесь бензина с воздухом в двигателе автомобиля.
	Твердое вещество	Аэрозоль	Дым, смог, пыль в воздухе
Жидкость			Газированные напитки, взбитые сливки
	Жидкость	Эмульсии	Молоко, майонез, жидкие среды организма (плазма крови, лимфа), жидкое содержимое клеток (цитоплазма, кариоплазма)
	Твердое вещество	Золь, суспензия	Речной и морской ил, строительные растворы, пасты.
Твердое вещество		Твердая пена	Керамика, пенопласты, полиуретан, поролон, пористый шоколад.
	Жидкость		Желе, желатин, косметические и медицинские средства (мази, тушь, помада)
	Твердое вещество	Твердый золь	Горные породы, цветные стекла, некоторые сплавы.

Неводные растворы, определение, характеристика

НЕВОДНЫЕ РАСТВОРЫ. РАСТВОРИТЕЛИ, ХАРАКТЕРИСТИКА. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА В АПТЕЧНЫХ и заводских условиях. НОМЕНКЛАТУРА

План:

1. Неводные растворы, определение, характеристика.

2. Особенности технологии растворов на неводных летучих растворителях.

3. Особенности технологии растворов на неводных нелетучих растворителях.

4. Оценка качества неводных растворов.

Перспективы совершенствования качества и технологии неводных растворов.

Неводные растворы, определение, характеристика.

Неводные растворы - это жидкие лекарственные формы, представляющие собой гомогенные дисперсные системы, структурными единицами в которых являются ионы и молекулы. Эти растворы предназначены главным образом для наружного применения (смазывания, обтирания, примочки, капли для носа, ушные и т.п.). Значительно реже они применяются внутрь, для инъекций и для ингаляций.

Причины применения неводных растворителей:

1. Необходимость получения растворов из трудно растворимых в воде лекарственных веществ;

2. Для устранения гидролиза лекарственных веществ;

3. Возможность пролонгирования действия;

4. Для увеличения стабильности лекарственных веществ в растворе.

К неводным растворам предъявляются требования , аналогичные требованиям к растворам водным, то есть:

Соответствие медицинскому назначению для достижения необходимого лечебного эффекта;

Полнота растворения лекарственных веществ;

Отсутствие механических включений;

Соответствие концентраций лекарственных веществ, объема или массы растворов прописанному;

Стабильность при хранении.

Достоинствами неводных растворов являются:

Простата изготовления;

Разнообразие способов назначения;

Стабильность неводных растворов (они более стабильны, чем водные).

Недостатки:

Невозможность процеживания растворов на вязких растворителях;

Некоторые летучие растворители огнеопасны. Поэтому работу с ними необходимо производить вдали от источников огня.

Растворители , входящие в состав неводных растворов, подразделяют на две группы:

Þ летучие (этанол, диэтиловый эфир, хлороформ);

Þ нелетучие (глицерин, минеральные масла (вазелиновое), силиконы (эсилон 4, 5), полиэтиленоксиды (ПЭО - 400), димексид).

Изготовление растворов на неводных растворителях характеризуется теми же стадиями, что и водных растворов, т.е. отвешивание или отмеривание лекарственных веществ и растворителей, растворение и смешивание, фильтрование, упаковка, оформление. В то же время каждая из этих стадий в технологии неводных растворов имеет свои особенности, обусловленные главным образом физико-химическими свойствами растворителей.

Что такое Растворы?Растворитель?и Растворимость? Дайте определение понятиям!

Екатерина муренко

Раство́р - гомогенная (однородная) смесь, образованная не менее чем двумя компонентами, один из которых называется растворителем, а другой растворимым веществом, это также система переменного состава, находящаяся в состоянии химического равновесия.

Химический раствор - это смесь одной или нескольких кислот с водой.

Раствор - однофазная система переменного состава, состоящая из двух или более компонентов. Растворы - гомогенные (однородные) системы, то есть каждый из компонентов распределён в массе другого в виде молекул, атомов или ионов

Растворитель - компонент, агрегатное состояние которого не изменяется при образовании раствора. В случае же растворов, образующихся при смешении газа с газом, жидкости с жидкостью, твёрдого вещества с твёрдым, растворителем считается компонент, количество которого в растворе преобладает

Раствори́мость - способность вещества образовывать с другими веществами однородные системы - растворы, в которых вещество находится в виде отдельных атомов, ионов, молекул или частиц.

Ольka

РАСТВОРЫ - однородные смеси переменного состава. Р. делят на газовые, жидкие и твёрдые. К газовым Р. относят воздух, природные горючие газы и др. ; их чаще называют смесями.

РАСТВОРЫ - гомогенные системы, состоящие из двух или более компонентов, состав к рых в определенных пределах может непрерывно изменя

РАСТВОРИМОСТЬ, способность вещества образовывать с др. веществом (или веществами) гомог. смеси с дисперсным распределением

Растворители - индивидуальное химическое соединение или их смесь, способная растворять различные вещества, то есть образовывать с ними однородные системы переменного состава двух или большего числа компонентов

Содержание статьи

РАСТВОРЫ, однофазные системы, состоящие из двух или более компонентов. По своему агрегатному состоянию растворы могут быть твердыми, жидкими или газообразными. Так, воздух – это газообразный раствор, гомогенная смесь газов; водка – жидкий раствор, смесь нескольких веществ, образующих одну жидкую фазу; морская вода – жидкий раствор, смесь твердого (соль) и жидкого (вода) веществ, образующих одну жидкую фазу; латунь – твердый раствор, смесь двух твердых веществ (меди и цинка), образующих одну твердую фазу. Смесь бензина и воды не является раствором, поскольку эти жидкости не растворяются друг в друге, оставаясь в виде двух жидких фаз с границей раздела. Компоненты растворов сохраняют свои уникальные свойства и не вступают в химические реакции между собой с образованием новых соединений. Так, при смешивании двух объемов водорода с одним объемом кислорода получается газообразный раствор. Если эту газовую смесь поджечь, то образуется новое вещество – вода, которая сама по себе раствором не является. Компонент, присутствующий в растворе в большем количестве, принято называть растворителем, остальные компоненты – растворенными веществами.

Однако иногда бывает трудно провести грань между физическим перемешиванием веществ и их химическим взаимодействием. Например, при смешивании газообразного хлороводорода HCl с водой H 2 O образуются ионы H 3 O + и Cl – . Они притягивают к себе соседние молекулы воды, образуя гидраты. Таким образом, исходные компоненты – HCl и H 2 O – после смешивания претерпевают существенные изменения. Тем не менее ионизация и гидратация (в общем случае – сольватация) рассматриваются как физические процессы, происходящие при образовании растворов.

Одним из важнейших типов смесей, представляющих собой гомогенную фазу, являются коллоидные растворы: гели, золи, эмульсии и аэрозоли. Размер частиц в коллоидных растворах составляет 1–1000 нм, в истинных растворах ~0,1 нм (порядка размера молекул).

Основные понятия.

Два вещества, растворяющиеся друг в друге в любых пропорциях с образованием истинных растворов, называют полностью взаиморастворимыми. Такими веществами являются все газы, многие жидкости (например, этиловый спирт – вода, глицерин – вода, бензол – бензин), некоторые твердые вещества (например, серебро – золото). Для получения твердых растворов необходимо сначала расплавить исходные вещества, затем смешать их и дать затвердеть. При их полной взаиморастворимости образуется одна твердая фаза; если же растворимость частичная, то в образовавшемся твердом веществе сохраняются мелкие кристаллы одного из исходных компонентов.

Если два компонента образуют одну фазу при смешивании только в определенных пропорциях, а в других случаях возникают две фазы, то они называются частично взаиморастворимыми. Таковы, например, вода и бензол: истинные растворы получаются из них только при добавлении незначительного количества воды к большому объему бензола или незначительного количества бензола к большому объему воды. Если же смешать равные количества воды и бензола, то образуется двухфазная жидкая система. Нижний ее слой – это вода с небольшим количеством бензола, а верхний – бензол с малой примесью воды. Известны также вещества, совсем не растворяющиеся одно в другом, например, вода и ртуть. Если два вещества лишь частично взаиморастворимы, то при данных температуре и давлении существует предельное количество одного вещества, которое способно образовать истинный раствор с другим в равновесных условиях. Раствор с предельной концентрацией растворенного вещества называют насыщенным. Можно приготовить и так называемый пересыщенный раствор, в котором концентрация растворенного вещества даже больше, чем в насыщенном. Однако пересыщенные растворы неустойчивы, и при малейшем изменении условий, например при перемешивании, попадании частичек пыли или добавлении кристалликов растворяемого вещества, избыток растворенного вещества выпадает в осадок.

Всякая жидкость начинает кипеть при той температуре, при которой давление ее насыщенного пара достигает величины внешнего давления. Например, вода под давлением 101,3 кПа кипит при 100° С потому, что при этой температуре давление водяного пара как раз равно 101,3 кПа. Если же растворить в воде какое-нибудь нелетучее вещество, то давление ее пара понизится. Чтобы довести давление пара полученного раствора до 101,3 кПа, нужно нагреть раствор выше 100° С. Отсюда следует, что температура кипения раствора всегда выше температуры кипения чистого растворителя. Аналогично объясняется и понижение температуры замерзания растворов.

Закон Рауля.

В 1887 французский физик Ф.Рауль, изучая растворы различных нелетучих жидкостей и твердых веществ, установил закон, связывающий понижение давления пара над разбавленными растворами неэлектролитов с концентрацией: относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором равно мольной доле растворенного вещества. Из закона Рауля следует, что повышение температуры кипения или понижение температуры замерзания разбавленного раствора по сравнению с чистым растворителем пропорционально молярной концентрации (или мольной доле) растворенного вещества и может быть использовано для определения его молекулярной массы.

Раствор, поведение которого подчиняется закону Рауля, называется идеальным. Наиболее близки к идеальным растворы неполярных газов и жидкостей (молекулы которых не меняют ориентации в электрическом поле). В этом случае теплота растворения равна нулю, а свойства растворов можно прямо предсказать, зная свойства исходных компонентов и пропорции, в которых они смешиваются. Для реальных растворов сделать такое предсказание нельзя. При образовании реальных растворов обычно выделяется или поглощается тепло. Процессы с выделением тепла называются экзотермическими, а с поглощением – эндотермическими.

Те характеристики раствора, которые зависят в основном от его концентрации (числа молекул растворенного вещества на единицу объема или массы растворителя), а не от природы растворенного вещества, называют коллигативными . Например, температура кипения чистой воды при нормальном атмосферном давлении равна 100° С, а температура кипения раствора, содержащего 1 моль растворенного (недиссоциирующего) вещества в 1000 г воды, составляет уже 100,52° С независимо от природы этого вещества. Если же вещество диссоциирует, образуя ионы, то температура кипения увеличивается пропорционально росту общего числа частиц растворенного вещества, которое благодаря диссоциации превышает число молекул вещества, добавленных в раствор. Другими важными коллигативными величинами являются температура замерзания раствора, осмотическое давление и парциальное давление паров растворителя.

Концентрация раствора

– это величина, отражающая пропорции между растворенным веществом и растворителем. Такие качественные понятия, как «разбавленный» и «концентрированный», говорят только о том, что раствор содержит мало или много растворенного вещества. Для количественного выражения концентрации растворов часто используют проценты (массовые или объемные), а в научной литературе – число молей или химических эквивалентов (см . ЭКВИВАЛЕНТНАЯ МАССА) растворенного вещества на единицу массы или объема растворителя либо раствора. Чтобы не возникало путаницы, следует всегда точно указывать единицы измерения концентрации. Рассмотрим следующий пример. Раствор, состоящий из 90 г воды (ее объем равен 90 мл, поскольку плотность воды равна 1г/мл) и 10 г этилового спирта (его объем равен 12,6 мл, поскольку плотность спирта равна 0,794 г/мл), имеет массу 100 г, но объем этого раствора равен 101,6 мл (а был бы равен 102,6 мл, если бы при смешивании воды и спирта их объемы просто складывались). Процентную концентрацию раствора можно рассчитать по-разному:

Единицы концентраций, используемые в научной литературе, основаны на таких понятиях, как моль и эквивалент, поскольку все химические расчеты и уравнения химических реакций должны основываться на том, что вещества вступают в реакции между собой в определенных соотношениях. Например, 1 экв. NaCl, равный 58,5 г, взаимодействует с 1 экв. AgNO 3 , равным 170 г. Ясно, что растворы, содержащие по 1 экв. этих веществ, имеют совершенно разные процентные концентрации.

Молярность

(M или моль/л) – число молей растворенного веществ, содержащихся в 1 л раствора.

Моляльность

(м) – число молей растворенного вещества, содержащихся в 1000 г растворителя.

Нормальность

(н.) – число химических эквивалентов растворенного вещества, содержащихся в 1 л раствора.

Мольная доля

(безразмерная величина) – число молей данного компонента, отнесенное к общему числу молей растворенного вещества и растворителя. (Мольный процент – мольная доля, умноженная на 100.)

Наиболее распространенная единица – молярность, но при ее расчете следует учитывать некоторые неоднозначности. Например, чтобы получить 1M раствор данного вещества, растворяют в заведомо небольшом количестве воды точную его навеску, равную мол. массе в граммах, и доводят объем раствора до 1 л. Количество воды, необходимое для приготовления данного раствора, может слегка различаться в зависимости от температуры и давления. Поэтому два одномолярных раствора, приготовленных в разных условиях, в действительности имеют не совсем одинаковые концентрации. Моляльность вычисляется исходя из определенной массы растворителя (1000 г), которая не зависит от температуры и давления. В лабораторной практике гораздо удобнее отмеривать определенные объемы жидкостей (для этого существуют бюретки, пипетки, мерные колбы), чем взвешивать их, поэтому в научной литературе концентрации чаще выражают в молях, а моляльность обычно применяют только при особо точных измерениях.

Нормальность используется для упрощения расчетов. Как мы уже говорили, вещества взаимодействуют друг с другом в количествах, соответствующих их эквивалентам. Приготовив растворы разных веществ одинаковой нормальности и взяв равные их объемы, мы можем быть уверены в том, что они содержат одно и то же количество эквивалентов.

В тех случаях, когда трудно (или нет необходимости) делать различие между растворителем и растворенным веществом, концентрацию измеряют в мольных долях. Мольные доли, как и моляльности, не зависят от температуры и давления.

Зная плотности растворенного вещества и раствора, можно пересчитать одну концентрацию в другую: молярность в моляльность, мольную долю и наоборот. Для разбавленных растворов данного растворенного вещества и растворителя эти три величины пропорциональны друг другу.

Растворимость

данного вещества – это его способность образовывать растворы с другими веществами. Количественно растворимость газа, жидкости или твердого тела измеряется концентрацией их насыщенного раствора при данной температуре. Это важная характеристика вещества, помогающая понять его природу, а также влиять на ход реакций, в которых это вещество участвует.

Газы.

В отсутствие химического взаимодействия газы смешиваются друг с другом в любых пропорциях, и в этом случае говорить о насыщении нет смысла. Однако при растворении газа в жидкости существует некая предельная концентрация, зависящая от давления и температуры. Растворимость газов в некоторых жидкостях коррелирует с их способностью к сжижению. Наиболее легко сжижаемые газы, например NH 3 , HCl, SO 2 , более растворимы, чем трудно сжижаемые газы, например O 2 , H 2 и He. При наличии химического взаимодействия между растворителем и газом (например, между водой и NH 3 или HCl) растворимость увеличивается. Растворимость данного газа изменяется с природой растворителя, однако порядок, в котором располагаются газы в соответствии с увеличением их растворимости, остается примерно одинаковым для разных растворителей.

Процесс растворения подчиняется принципу Ле Шателье (1884): если на систему, находящуюся в равновесии, оказывается какое-либо воздействие, то в результате протекающих в ней процессов равновесие сместится в таком направлении, что оказанное воздействие уменьшится. Растворение газов в жидкостях обычно сопровождается выделением тепла. При этом, в соответствии с принципом Ле Шателье, растворимость газов уменьшается. Это уменьшение тем заметнее, чем выше растворимость газов: такие газы имеют и бóльшую теплоту растворения. «Мягкий» вкус кипяченой или дистиллированной воды объясняется отсутствием в ней воздуха, поскольку его растворимость при высокой температуре весьма мала.

С ростом давления растворимость газов увеличивается. Согласно закону Генри (1803), масса газа, который может раствориться в данном объеме жидкости при постоянной температуре, пропорциональна его давлению. Это свойство используется для приготовления газированных напитков. Углекислый газ растворяют в жидкости при давлении 3–4 атм.; в этих условиях в данном объеме может раствориться в 3–4 раза больше газа (по массе), чем при 1 атм. Когда емкость с такой жидкостью открывают, давление в ней падает, и часть растворенного газа выделяется в виде пузырьков. Аналогичный эффект наблюдается при открывании бутылки шампанского или выходе на поверхность подземных вод, насыщенных на большой глубине углекислым газом.

При растворении в одной жидкости смеси газов растворимость каждого из них остается такой же, как и в отсутствие других компонентов при таком же давлении, как в случае смеси (закон Дальтона).

Жидкости.

Взаимная растворимость двух жидкостей определяется тем, насколько сходно строение их молекул («подобное растворяется в подобном»). Для неполярных жидкостей, например углеводородов, характерны слабые межмолекулярные взаимодействия, поэтому молекулы одной жидкости легко проникают между молекулами другой, т.е. жидкости хорошо смешиваются. Напротив, полярные и неполярные жидкости, например вода и углеводороды, смешиваются друг с другом плохо. Каждой молекуле воды нужно сначала вырваться из окружения других таких же молекул, сильно притягивающими ее к себе, и проникнуть между молекулами углеводорода, притягивающими ее слабо. И наоборот, молекулы углеводорода, чтобы раствориться в воде, должны протиснуться между молекулами воды, преодолевая их сильное взаимное притяжение, а для этого нужна энергия. При повышении температуры кинетическая энергия молекул возрастает, межмолекулярное взаимодействие ослабевает и растворимость воды и углеводородов увеличивается. При значительном повышении температуры можно добиться их полной взаимной растворимости. Такую температуру называют верхней критической температурой растворения (ВКТР).

В некоторых случаях взаимная растворимость двух частично смешивающихся жидкостей увеличивается при понижении температуры. Этот эффект наблюдается в том случае, когда при смешивании выделяется тепло, обычно в результате химической реакции. При значительном понижении температуры, но не ниже точки замерзания, можно достичь нижней критической температуры растворения (НКТР). Можно предположить, что все системы, имеющие НКТР, имеют и ВКТР (обратное не обязательно). Однако в большинстве случаев одна из смешивающихся жидкостей кипит при температуре ниже ВКТР. У системы никотин–вода НКТР равна 61° С, а ВКТР составляет 208° C. В интервале 61–208° C эти жидкости ограниченно растворимы, а вне этого интервала обладают полной взаимной растворимостью.

Твердые вещества.

Все твердые вещества проявляют ограниченную растворимость в жидкостях. Их насыщенные растворы имеют при данной температуре определенный состав, который зависит от природы растворенного вещества и растворителя. Так, растворимость хлорида натрия в воде в несколько миллионов раз выше растворимости нафталина в воде, а при растворении их в бензоле наблюдается обратная картина. Этот пример иллюстрирует общее правило, согласно которому твердое вещество легко растворяется в жидкости, имеющей с ним сходные химические и физические свойства, но не растворяется в жидкости с противоположными свойствами.

Соли обычно легко растворяются в воде и хуже – в других полярных растворителях, например в спирте и жидком аммиаке. Однако растворимость солей тоже существенно различается: например, нитрат аммония обладает в миллионы раз большей растворимостью в воде, чем хлорид серебра.

Растворение твердых веществ в жидкостях обычно сопровождается поглощением тепла, и в соответствии с принципом Ле Шателье их растворимость должна увеличиваться при нагревании. Этот эффект можно использовать для очистки веществ методом перекристаллизации. Для этого их растворяют при высокой температуре до получения насыщенного раствора, затем раствор охлаждают и после выпадения растворенного вещества в осадок профильтровывают. Есть вещества (например, гидроксид, сульфат и ацетат кальция), растворимость которых в воде с ростом температуры уменьшается.

Твердые вещества, как и жидкости, тоже могут растворяться друг в друге полностью, образуя гомогенную смесь – истинный твердый раствор, аналогичный жидкому раствору. Частично растворимые друг в друге вещества образуют два равновесных сопряженных твердых раствора, составы которых изменяются с температурой.

Коэффициент распределения.

Если к равновесной системе двух несмешивающихся или частично смешивающихся жидкостей добавить раствор какого-либо вещества, то оно распределяется между жидкостями в определенной пропорции, не зависящей от общего количества вещества, в отсутствие химических взаимодействий в системе. Это правило получило название закона распределения, а отношение концентраций растворенного вещества в жидкостях – коэффициента распределения. Коэффициент распределения примерно равен отношению растворимостей данного вещества в двух жидкостях, т.е. вещество распределяется между жидкостями соответственно его растворимостям. Это свойство используется для экстракции данного вещества из его раствора в одном растворителе с помощью другого растворителя. Еще одним примером его применения является процесс экстракции серебра из руд, в состав которых оно часто входит вместе со свинцом. Для этого в расплавленную руду добавляют цинк, который не смешивается со свинцом. Серебро распределяется между расплавленным свинцом и цинком, преимущественно в верхнем слое последнего. Этот слой собирают и отделяют серебро дистилляцией цинка.

Произведение растворимости

(ПР ). Между избытком (осадком) твердого вещества M x B y и его насыщенным раствором устанавливается динамическое равновесие, описываемое уравнением

Константа равновесия этой реакции равна

и называется произведением растворимости. Она постоянна при данных температуре и давлении и является величиной, на основании которой рассчитывают растворимость осадка и изменяют ее. Если в раствор добавить соединение, диссоциирующее на ионы, одноименные с ионами малорастворимой соли, то в соответствии с выражением для ПР растворимость соли уменьшается. При добавлении же соединения, реагирующего с одним из ионов, она, напротив, увеличится.

О некоторых свойствах растворов ионных соединений .

Растворы - это гомогенные (однородные) смеси, состоящие из двух или более компонентов (составных частей). Отличие раствора от других смесей в том, что молекулы веществ распределяются в нем равномерно и в любом микрообъеме такой смеси состав ее одинаков. На языке химической термодинамики такая смесь называется однофазной. Как и индивидуальные (чистые) вещества, растворы могут быть в жидкой, твердой или газовой фазе (см. Фазы). Например, воздух представляет собой раствор различных газов - азота, кислорода, водорода, углекислого газа, паров воды и др. В то же время частицы пыли, капельки жидкости (туман) не являются компонентами газового раствора, так как внутри пылинки мы нашли бы только твердое вещество, а внутри капельки тумана - только жидкость, воду. Таким образом, и пыль и туман - это твердая и жидкая фазы, рассеянные (диспергированные) в растворе газов. Отличие же раствора от чистого вещества состоит в том, что индивидуальное вещество имеет определенные физические константы, например температуры плавления и кипения, определенный химический состав, в то время как физические константы и состав растворов зависят от соотношения их компонентов. Так, плотность раствора соли в воде растет, а температура замерзания падает с увеличением содержания соли.

Чистые вещества при изменении их фазового состояния не изменяют своего химического состава, а при возвращении в исходное фазовое состояние приобретают исходные характеристики. Компоненты же растворов могут разделиться при изменении фазового состояния системы. Так, испарение воды из солевого раствора (операция, издавна применяемая при добыче соли) приводит, с одной стороны, к увеличению содержания (концентрации) соли в оставшемся растворе, а с другой, сконденсировавшаяся вода представляет собой чистое вещество. Дальнейшее испарение воды приведет к выпадению твердой фазы - кристаллов соли.

Процесс образования раствора - растворение - заключается в разрушении взаимодействия между молекулами индивидуальных веществ и образовании новых межмолекулярных связей между компонентами раствора. Растворение возможно только тогда, когда энергия взаимодействия между компонентами раствора больше суммы энергий взаимодействий в исходных веществах.

При растворении ионного кристалла поваренной соли в воде полярные молекулы растворителя покрывают ионы как бы шубой диполей (электрических зарядов, равных по величине и противоположных по знаку). Эта так называемая сольватная оболочка полностью разделяет ионы. Общее название такого взаимодействия с растворителем - сольватация. Сольватация приводит к образованию разнообразных связей между молекулами в растворе: ион-дипольной, которая описана выше, диполь-дипольной (например, диполи хлороформа взаимодействуют с диполями этанола ) или образованию водородных связей (см. Химическая связь). Последнее взаимодействие является одним из самых сильных и играет большую роль при растворении органических и неорганических веществ.

Растворению органических веществ друг в друге способствует схожесть их структур. Старинное химическое правило - подобное растворяется в подобном - объясняется тем, что в этом случае взаимодействия между различными молекулами похожи по типу и близки по энергии к взаимодействиям в исходных веществах. Так, образование водородных связей между молекулами воды и спирта легко компенсирует разрушение водородных связей в исходных веществах при смешении этих жидкостей. Неполярные же молекулы углеводородов не могут внедриться между молекулами воды, соединенными водородными связями, что и исключает их растворение. Часто растворение не полностью разрушает межмолекулярные связи внутри индивидуальных веществ, и они остаются частично связанными (ассоциированными). Например, органические кислоты по большей части присутствуют в органических неполярных растворителях в виде димеров, связанных водородными связями. Такие ассоциаты разрушаются при дальнейшем разбавлении. При концентрировании раствора ассоциация становится все сильнее, а молекул растворителя не хватает для разделения молекул или ионов растворенного вещества. При этом внутри раствора образуется система межмолекулярных связей исходного индивидуального вещества, которое выделяется в отдельную фазу. Оставшийся раствор, находящийся в равновесии с выделившимся компонентом, называют насыщенным. Повысив температуру, можно разрушить ассоциацию и перенести выпавший компонент в раствор. Однако это не всегда удается сделать.

Неорганические вещества с повышением температуры могут и снижать свою способность к растворению (растворимость). Растворимость твердых веществ в жидкости определяется теплотой растворения, которая может быть положительной (теплота при растворении выделяется, и с повышением температуры вещество растворяется хуже) или отрицательной (теплота при растворении поглощается, и растворимость с повышением температуры растет). Поскольку в газах межмолекулярные взаимодействия отсутствуют, их способность к взаимному растворению неограниченна. Растворимость же их в жидкостях с повышением температуры падает, так как ослабляются межмолекулярные взаимодействия молекул газа с растворителем.

В природе существуют также твердые растворы. Это в основном сплавы металлов. Физическая причина такого растворения - внедрение атомов одного металла в кристаллическую решетку другого и построение общей кристаллической решетки.

Способы выражения состава растворов

Состав растворов количественно принято выражать через безразмерные относительные величины - доли (массовую, объемную, молярную) и размерные величины - концентрации. Концентрация показывает отношение массы или количества растворенного вещества к объему раствора.

Молярная концентрация - это отношение количества растворенного вещества В к объему раствора:

Единица молярной концентрации - моль/м3 или моль/л (последняя используется намного чаще). Для обозначения единицы молярной концентрации обычно используют символ М, например: - одномолярный раствор ( моль/л); - сантимолярный раствор ( моль/л).