ВИДЫ РАСТВОРОВ. РАСТВОРИМОСТЬ. ПРОЦЕСС РАСТВОРЕНИЯ - Характеристика основных видов растворов

Растворы - гомогенные системы, состоящие из двух или более компонентов (растворителя, растворенного вещества и продуктов их взаимодействия), состав которых в определенных пределах может непрерывно изменяться. При этом преобладающий компонент обычно называют растворителем, остальные компоненты - растворенными веществами, хотя такое деление является условным.

Раствор может иметь любое агрегатное состояние. По агрегатному состоянию различают газообразные, жидкие и твердые растворы. Твердые растворы широко используются в технике (сталь - раствор углерода в железе) и встречаются в виде различных минералов (рубин - раствор оксида хрома (III) в корунде Al2O3). В минералогии твердые растворы называют изоморфными смесями. Примером газообразного раствора может служить воздух. Газообразные растворы обычно называют газовыми смесями. Однако, чаще всего термин "растворы" относится к жидким системам.

Относительное содержание компонента в растворе характеризуется его концентрацией. Растворы с большой концентрацией растворенного вещества называются концентрированными, с малой - разбавленными.

При определенных условиях (температуре, давлении) растворение одного компонента в другом ограничено. Поэтому различают ненасыщенные, насыщенные и пересыщенные растворы.

Раствор, находящийся в равновесии с твердой фазой, является Насыщенным.

Содержание вещества в насыщенном растворе называется Растворимостью этого вещества. Обычно растворимость выражают массой растворенного вещества в 100 г воды при 200С. Величина растворимости характеризует равновесие между двумя фазами, поэтому на нее влияют все факторы, смещающие это равновесие (в соответствии с принципом Ле Шателье). По значению растворимости различают вещества: хорошо растворимые (KBr, NaCl), малорастворимые (CaSO4) и практически нерастворимые (PbS).

Раствор с концентрацией растворенного вещества меньше его растворимости называется Ненасыщенным.

Если концентрация растворенного вещества превышает его растворимость, раствор называется Пересыщенным. Пересыщенные растворы образуются при охлаждении или испарении растворителя, неустойчивы и при внесении затравки или перемешивании выделяют избыток компонента.

Классификация растворов может быть основана и на других признаках. В зависимости от природы растворителя различают водные и неводные растворы; в зависимости от рН среды - кислые, нейтральные и щелочные (основные) и т. д. Растворение одного вещества в другом является сложным физико-химическим процессом, сопровождающимся изменением энтропии и энтальпии системы. Механизм образования растворов и их свойства объясняет Теория растворов. Исторически сложились две теории растворов - физическая и химическая. Физическая теория растворов рассматривает процесс растворения как распределение частиц растворенного вещества между частицами растворителя без какого-либо взаимодействия между ними. Движущей силой такого процесса является увеличение энтропии системы. Тепловые эффекты и контракцию (уменьшение объема раствора) при растворении теория не объясняет.

Химическая теория, основоположником которой был Д. И.Менделеев, рассматривает процесс Растворения как сложный физико-химический процесс разрушения связей в исходных веществах и образования новых связей между растворителем и растворяемым веществом. Это объясняет тепловые эффекты и изменение объема системы при растворении. Как и любой другой процесс, растворение самопроизвольно протекает при G < 0, т. е. когда энергия новых связей компенсирует разрыв старых. Современная термодинамика растворов основана на синтезе этих двух подходов.

Таким образом, растворы занимают промежуточное положение между физическими смесями и химическими соединениями. Как физические смеси они имеют переменный состав, сохраняют свойства отдельных компонентов и возможность разделения их физическими методами. Сходство растворов с химическими соединениями проявляется в их однородности, тепловых эффектах при растворении, образовании гидратов (Н2SО4Н2О), кристаллогидратов (CuSО45Н2О, Na2CO310H2O), в явлении контракции.

Рассмотрим процесс растворения твердого (кристаллического полярного) вещества в воде. Растворение вещества сопровождается как разрушением его кристаллической решетки (затрата энергии, ?Нкр.>0), так и взаимодействием образующихся частиц с молекулами воды (процесс гидратации, выделение энергии, ?Нгидр.<0). Если ?Нкр.>?Нгидр., то суммарная энтальпия процесса растворения ?Нраств.>0, процесс эндотермический, раствор охлаждается. Так растворяются большинство веществ: КСl, NH4NО3 и пр. Если ?Нкр.<?Нгидр., то ?Нраств.<0, процесс экзотермический, раствор нагревается. Так растворяются AlCl3, Nа2SО4 и пр. Иногда ?Нраств.?0 и температура раствора почти не меняется (так происходит в случае растворения NaCl). Растворение газов сопровождается только гидратацией, т. е. является экзотермическим (?Нраств.<0).

Растворы как равновесные системы подчиняются принципу Ле-Шателье: при повышении температуры растворимость большинства твердых веществ (для которых ?Нраств.>0) увеличивается, а растворимость газов понижается (для газов ?Нраств.<0). Увеличить растворимость газов можно повышением давления. При оценке возможности растворимости различных веществ в растворителях следует пользоваться эмпирическим правилом "Подобное растворяется в подобном": полярные вещества (соли, гидроксиды, кислоты) хорошо растворяются в полярных растворителях (вода, спирт), а неполярные (парафин) в неполярных (бензин).

Похожие статьи




ВИДЫ РАСТВОРОВ. РАСТВОРИМОСТЬ. ПРОЦЕСС РАСТВОРЕНИЯ - Характеристика основных видов растворов

Предыдущая | Следующая