Методические указания по теме №4 “Способы выражения состава растворов”

1. Общие понятия о растворах.

Наиболее распространенными физико-химическими системами являются растворы, среди которых заметно выделяются истинные растворы. Самая характерная особенность истинного раствора состоит в том, что растворенное вещество находится в нем в виде атомов молекул или ионов, равномерно окруженных атомами, молекулами или ионами растворителя. Иначе говоря, истинные растворы однофазны, т.е. в них отсутствует граница раздела между растворителем и растворенным веществом.

Таким образом, растворами называют гомогенные смеси переменного состава. Растворы могут существовать в любом из агрегатных состояний: твердое – растворы металлов, жидкое – растворы твердых, жидких и газообразных веществ в жидкостях, газообразное – смеси газов. Например, воздух можно рассматривать как раствор кислорода и других газов (СО₂, благородные газы) в азоте. Морская вода – это водный раствор различных солей воде. Металлические сплавы – твердые растворы одних металлов в других.

Итак, любой раствор состоит, как минимум, из двух компонентов – индивидуальных веществ, одно из которых считают растворителем, а другое – растворенным веществом. Однако такое деление очень условно, а для веществ, смешивающихся в любых соотношениях (например, вода – серная кислота, серебро – золото), лишено смысла.

Способность к образованию растворов выражена в различной степени у различных индивидуальных веществ. Одни вещества способны растворяться друг в друге неограниченно (вода-спирт), другие – лишь в ограниченных количествах (подавляющее большинство солей, кислот и оснований в воде).

Растворимость веществ существенно зависит от природы растворяемого вещества и растворителя, температуры и давления. Различная растворимость веществ тесно связана с характером взаимодействия молекул растворителя и растворенного вещества.

Раствор, в котором данное вещество при данной температуре уже больше не растворяется, т.е. раствор, находящийся в равновесии с растворенным веществом, называется насыщенным, а раствор, в котором еще можно растворить некоторое количество данного вещества, - ненасыщенным. Для подавляющего большинства растворов растворимость растворенных веществ воде увеличивается с повышением температуры. Если раствор, насыщенный при нагревании, осторожно охладить до комнатной температуры так, чтобы растворенное вещество не выделилось в виде отдельной фазы, то образуется пересыщенный раствор. Таким образом, пересыщенным называется раствор, в котором при данной температуре содержится большее количество растворенного вещества, чем в насыщенном растворе. Пересыщенный раствор нестабилен (часто также встречается термин “метастабилен”), и при изменении условий (например, энергичное встряхивание раствора “соль-вода” или внесение в него кристаллика той же соли – затравки для кристаллизации) образуется насыщенный раствор и выпадают кристаллы соли, находящейся в пересыщенном растворе в избытке.

Для приближенного выражения состава раствора пользуются понятиями концентрированный раствор и разбавленный раствор.

Концентрированным называется раствор, в котором масса растворенного вещества соизмерима с массой растворителя. Две величины называются соизмеримыми или одного порядка, если их численные значения отличаются не более, чем в 10 раз, при условии, что эти величины выражены в одинаковых единицах. Например, 40%-ый раствор является концентрированным, т.к. в нем на каждые 4г растворенного вещества приходится 60г растворителя. Массы растворенного вещества и растворителя соизмеримы: 60/40=1,5. 4%-ый раствор того же вещества является разбавленным, т.к. масса растворителя (96г) и масса растворенного вещества (4г) в нем несоизмеримы: 96.4=24.

Ориентировочная граница между разбавленным и концентрированным раствором – 10%. Однако следует помнить, что деление растворов на концентрированные и разбавленные и указанная граница между ними весьма условны.

Кроме того следует различать понятия: концентрированный и насыщенный раствор; разбавленный и ненасыщенный раствор.

Насыщенные растворы далеко не всегда содержат большое количество растворенного вещества, т.е. далеко не всегда концентрированные – все зависит от растворимости вещества. Так, насыщенный раствор сульфата кальция при 20⁰С содержит 0,1г CaSO₄ на 100г воды и является очень разбавленным.

Точный состав растворов выражают различными способами, используя понятие концентрации.