Лекція № 7. 3агальна характеристика розчинів

План лекції

1. Розчинність речовин. Механізм процесу розчинення.

2. Способи вираження концентрації розчинів.

3. Взаємна розчинність рідин.

4. Екстракція. Закон Нернста-Шилова.

Рекомендована література: [1]С.49-51, 54-59,[2]С.48-50,[3]С.290-292,[4]С.76-83.

7.1 Розчинність речовин

Розчини – це гомогенні системи, в яких речовини розподілені в середовищі іншої речовини, яку називають розчинником, у вигляді молекул або іонів. Під розчиненням розуміють взаємодію речовини з рідиною-розчинником, яка дає можливість після видалення розчинника одержати вихідну речовину в незмінному стані. Розчинність речовин виражають максимальною кількістю грамів речовини, яку можна розчинити в 100 г розчинника. Процес розчинення складається з низки послідовних процесів:

– руйнування структури розчиненої речовини (наприклад кристалічних ґраток твердих речовин) і утворення в розчині іонів, молекул або атомів;

– взаємодія молекул розчинника з часточками розчиненої речовини (процес сольватації або гідратації, якщо розчинник – вода);

– розподіл (дифузія) сольватованих часточок в об’ємі розчинника.

Дифузія – це самочинний процес вирівнювання концентрації речовин у розчині внаслідок безладного теплового руху часточок. Процес дифузії необоротний: речовина переноситься з частини розчину, де її концентрація більша, в ту частину, де концентрація менша; після вирівнювання концентрації в розчині дифузія припиняється. Швидкість дифузії визначається за законом Фіка: “Маса речовини dm, що переноситься шляхом дифузії пропорційна площині S, через яку проходить дифузія, часу дифузії dτ та градієнту (різниці) концентрацій dC/dx”:

. (7.1)

Здатність речовин до дифузії характеризує їх коефіцієнт дифузії – D. У водних розчинах коефіцієнти дифузії мають значення10^–5...10^–6см²/с.

Під час вибору ефективних розчинників користуються таким правилом: у неполярних розчинниках добре розчиняються неполярні речовини, погано розчиняються речовини з помітною полярністю і зовсім не розчиняються сполуки іонного типу. Для полярних розчинників спостерігається протилежна залежність. Полярними розчинниками, в яких розчиняються білки, вуглеводи, мінеральні речовини з іонними або ковалентними полярними зв'язками, є вода, аліфатичні спирти, естери, рідкі органічні кислоти тощо. До неполярних розчинників, в яких добре розчиняються жири і жиророзчинні вітаміни, відносять рідкі аліфатичні вуглеводні та їх галогенопохідні, бензол тощо.

Процес розчинення перебігає самочинно і завершується утворенням насиченого розчину, в якому міститься максимально можлива за даної температури кількість розчиненої речовини. Насичений розчин знаходиться в рівновазі з осадом розчиненої речовини. В ненасиченому розчині міститься менше розчиненої речовини, ніж у насиченому, а в пересиченому – більше. Останній є нестійкою системою, з якої розчинена речовина випадає у вигляді кристалів. При цьому з водних розчинів часто випадають кристали, які містять в собі молекули води. Кристалічні речовини, до складу яких входить певне число молекул води, називають кристалогідратами. Значна частина природних мінералів існує у вигляді кристалогідратів: CаSO₄2H₂O – гіпс, Na₂SO₄10H₂O – глауберова сіль тощо.