Модуль 3

Розчини, як багатокомпонентні системи. Фізична та хімічна теорії розчинів.

Розчинами називаються гомогенні (однорідна) термодинамічно стійкі системи, які складаються із двох або більше компонентів: розчинника, розчинених речовин і продуктів їх взаємодії. Розчини бувають тверді (сплави металів), рідкі і газоподібні (повітря). Найбільш практичне значення мають рідкі розчини, оскільки в них протікає більшість реакцій.

Процес утворення розчину має проміжну природу між фізичною і хімічною. Оскільки розчини не мають сталого складу і до них не можна застосозчини наближаються до механічних сумішей. Однорідність, значні об’ємні і енергетичні ефекти, що супроводжують процес розчинення багатьох речовин, наближають розчини до хімічних сполук.

Розчинник - рідка речовина, в якій розчиняються інші речовини. Розчинником може бути будь-яка рідина: вода, спирт, бензол і ін. Частіше всього в якості розчинника використовується вода.

Розчинена речовина - речовина, яка розчинилася в данному об’ємі (або масі) розчинника.

Процес переходу речовини, яку розчиняють, в товщу розчинника називається розчиненням. Якщо процес розчинення відбувається з поглинанням теплоти (ендотермічний, 0), то згідно з загальним термодинамічним рівнянням GS, ентропія системи зростає, тобто S0. Якщо ж процес розчинення відбувається з виділенням теплоти (екзотермічний, 0), то згідно з тим самим рівнянням, можливі два випадки: S0 і S0. Ці явища, повязані з тепловими ефектами процесу розчинення, а також деякі інші вказують на хімічну взаємодію розчиненої речовини з розчинником. Це було встановлено у 80-х роках минулого століття Д.І.Менделєєвим, який розробив гідратну теорію, згідно з якою під час утворення розчинів відбуваються не тільки фізичні, але й хімічні процеси.

(2)

Теорія сольватації Д.І.Менделєєва. Гідратація.

Розчинення деяких речовин супроводжується виділенням теплоти, а інших, навпаки – поглинанням. Вперше пояснення цьому явищу дав Д.І.Менделєєв у своїй гідратній теорії розчинів.

Під час розчинення речовини відбуваються такі процеси:

3. зв’язок між частинками речовини ( молекулами, атомами, іонами) руйнується – це супроводжується поглинанням теплоти;

2) розчинені частинки речовини, що розчиняється утворюють з молекулами розчинника відносно нестійкі сполуки які часто мають змінний склад і називають сольватами (якщо розчинником є вода – гідратами) це супроводжується виділенням теплоти;

3) Дифузія – рівномірний розподіл сольватованих частинок в розчиннику – цей процес супроводжується поглинанням теплоти.

Сумарний тепловий ефект процесу розчинення буде позитивним, або негативним залежно від того, що переважатиме: тепловий ефект сольватації, чи сума теплових ефектів дифузії і руйнування зв’язків між чатинками речовини, яка розчиняється.

Процес розчинення міг би тривати до повного розчинення будь-якої кількості речовини, коли б одночасно не відбувався зворотній процес – кристалізація. Таким чином, процес розчинення відбувається до тих пір, поки не встановиться динамічна рівновага, при якій за одиницю часу розчиняється стільки ж молекул, скільки їх кристалізується з розчину.

(3)

Розчинність. Фактори, що впливають на розчинність.

Розчинність речовин - це здатність речовини розчинятися у воді або в інших розчинниках. Розчинність залежить від природи розчинника і розчиненої речовини, температури, тиску (для газів). З підвищенням температури розчинність багатьох як твердих так і рідких речовин збільшується. Розчинність газів у воді при нагріванні зменшується і залежить від тиску: чим вище тиск, тим краще розчинність.

Часто розчинність виражають числом одиниць маси безводної речовини, що насичує за певних умов 100 одиниць маси розчинника, і називають її коефіцієнтом розчинності.

Розчин, в якому взята речовина при даних умовах більше не розчиняється, називається насиченим. В насиченому розчині встановлюється динамічна рівновага. Розчин, в якому взята речовина ще може розчинитись при даних умовах, називається ненасиченим. Якщо обережно охолодити гарячий насичений розчин, можна одержати пересичений розчин. Пересичений розчин нестійкий. При зміненні умов починається кристалізація розчиненої речовини.

(4)

Концентрація. Способи вираження концентрації розчинів.

Основним параметром стану розчину крім температури і тиску є також - вміст розчиненої речовини в розчині - концентрація.

Концентрація - це кількість або маса речовини, що знаходиться у визначеному об’ємі або визначеній масі розчину або розчинника.

Розчини з великою концентрацією розчиненої речовини називаються концентрованими, з малою концентрацією - розбавленими.

Розглянемо найбільш часто використовані в хімії способи вираження концентрації розчинів.

Способ вираження Визначення

концентрації

Масова доля

Масова частка розчиненої речовини -  =	це відношення маси розчиненої в Це відношення маси речовини до загальної маси розчину. Масова частка – безрозмірна величина. Її виражають в частках від одиниці, або в процентах. Наприклад: = 0,42 або 42%
Молярна концентрація – См См = /V  - кількість речовини; V – об ’єм розчину.	ЦЦе відношення кількості роз- Чиненої речовини до об’єму розчину. де Одиниця молярної концентрації - моль/л. Молярну концент-рацію позначають буквою См. Наприклад, запис 0,2 М означає, що молярна концентрація розчину 0,2 моль/л.
Нормальна (еквівалентна концентрація) де n -число еквівалентів, V- об’єм розчину	- це відношення числа еквіва число еквівалентів розчиненої речовини в певному об’ємі розчину. Одиниця нормаль-ної концентрації моль/л. Одиницю нормальної концентрації позначають буквою н. Запис 0,1н означає, що нормальна кон- ценрація дорівнює 0,1 моль/л.

Вода, як дуже слабкий електроліт, в незначному ступені дисоціює, утворюючи іони водню і гідроксид-іони:

Н₂О Н⁺ + ОН^-

Цьому процесу відповідає константа дисоціації:

К = .

В розведених водних розчинах концентрація води мало змінюється, так що можна її вважати сталою величиною:

[H⁺][OH^-] = K[H₂O] = .