Растворы.

Растворы широко распространены в природе и повсеместно используются на практике. Химически чистые вещества по существу отражают их предельное состояние, которое, строго говоря, не достигается. Даже металлы, получаемые методами вакуумной и зонной плавки, содержат ничтожное количество примесей, достигающее 10^-6%, а значит, являются твердыми растворами.

В жидких растворах существенно изменяются условия протекания химических реакций. Многие технологические процессы протекают только в растворах (разделение промышленных и природных жидких смесей, получение необходимых веществ методом экстракции, ректификации, кристаллизации и т.д.). Исключительная роль во всех биологических процессах и большинстве производственных технологий принадлежит водным растворам. Неводные растворы применяют главным образом при производстве полимеров, красителей, лаков и других веществ.

Технология некоторых отраслей промышленности базируется на твердых растворах, свойства которых, в частности, определяют прочность и работоспособность металлических сплавов и искусственных материалов с заранее заданными характеристиками.

Качественное (фазовое) состояние и количественные характеристики растворов определяются некоторыми константами (например, температурой замерзания и кипения) и параметрами (составом, концентрацией, давлением пара над раствором и др.).

Некоторые свойства растворов обусловлены природой растворителя и концентрацией растворенного вещества и не зависят от свойств растворенного вещества. Их принято называть коллективными (коллигативными). К числу коллективных свойств относятся понижение давления пара над раствором, повышение температуры кипения и понижение температуры замерзания жидких растворов, осмос и осмотическое давление. Коллективные свойства растворов определяют изменение химического потенциала жидкого растворителя в присутствии растворенного вещества.

Характеристика и свойства растворов.

Раствор – термодинамическая устойчивая гомогенная система переменного состава, образованная из двух и более компонентов.

Раствор – менее упорядоченная система, чем растворитель и растворенное вещество по отдельности. По этой причине растворение сопровождается значительным увеличением энтропии. В соответствии с формулой , когда ΔS>0, энергия Гиббса ΔG<0, т.е. процесс растворения становитьсясамопроизвольным.

Кроме того, в большинстве случаев процесс растворения сопровождается выделением теплоты (ΔН<0), что также способствует более интенсивному протеканию самопроизвольного процесса. Достаточно вспомнить самопроизвольный процесс растворения серной кислоты в воде, который сопровождается бурным выделением теплоты. Реже наблюдается поглощение теплоты, например, при растворении нитрата аммония NH₄NO₃ в воде. Но и в этих условиях энтропийный фактор превышает энтальпийный, и согласно условию, ΔG<0, т.е. процесс растворения будет также самопроизвольным.

В связи с самопроизвольностью процесса растворения в природе чистые вещества, состоящие из одного компонента, почти не встречаются.

Таким образом, процесс образования растворов происходит самопроизвольно и обусловлен уменьшением энергии Гиббса, dG<0. Если химический потенциал растворяемого компонента (твердого, жидкого или газообразного) обозначить черезµ_i^k, а в растворе черезµ_i^p, тоизменение энергии Гиббсапри растворенииn_i числа молей вещества равно:

(1)

(Знак меньше соответствует самопроизвольному процессу, а знак равенства – равновесному).

Растворение возможно, когда выполняется условие

(2)

После образования раствора и достижения равновесного состояния, когда dG=0, следует

(3)

Условия, выражаемые соотношениями 1,2,3, справедливы для всех растворов, независимо от агрегатного состояния его компонентов.