Раздел 3. Растворы. Дисперсные системы

Вещества, вступающие в контакт между собой, могут дать:

· новые вещества, если между ними произошло химическое взаимодействие;

· механическую смесь компонентов, если никакого взаимодействия не происходит и смесь образуется только за счёт механического перемешивания;

· раствор, процесс образования которого занимает промежуточное положение между химическими и механическими процессами.

3.1 Общие свойства растворов

Растворы состоят из растворителя и одного или нескольких растворённых веществ, особенно важное значение имеют водные растворы.

Процессы гидратации приводят к появлению различных форм связанной воды (рис. 3.1).

· химически связанная вода не сохраняется в виде молекул, но при определённых условиях может быть выделена в свободном состоянии. Химически связанная вода содержится в гидроксидах, кислых солях, горных породах;

· кристаллизационная вода образуется при кристаллизации из насыщенных водных растворов, например: затвердевший строительный гипс CaSO₄· 2H₂О);

· вода в гидрогелях, например в силикагелях: SiO₂· nH₂O. В данном случае вода в свободном состоянии, служит средой, в которой распределены частицы кремнезёма SiO₂;

· адсорбированная вода поглощается поверхностью твёрдых тел и может находиться как в свободном состоянии в случае физической адсорбции, так и в связанном состоянии в случае хемосорбции;

· вода в капиллярах находится в свободном состоянии и отличается тем, что всасывается в капилляр, если его стенки смачиваются водой, и выталкивается из капилляра в случае не смачиваемых стенок капилляра.

Образование растворов происходит самопроизвольно, следовательно, изменение энергии Гиббса растворения:

Рис. 3.1 – Формы связанной воды

Знак изменения энтальпии может быть как положительный (растворение сопровождается поглощением теплоты), так и отрицательным (растворение сопровождается выделением теплоты). Растворение кристаллических веществ обычно идёт с поглощением теплоты и сопровождается увеличением энтропии, поэтому их растворению способствуют высокие температуры. Растворение газов ─ процесс экзотермический, идёт с уменьшением энтропии и уменьшается с увеличением температуры (табл. 3.1).

Таблица 3.1

Влияние температуры на растворимость кристаллических веществ и газов

Агрегатное состояние	Изменение энтальпии	Изменение энтропии	Изменение растворимости при увеличении температуры
кристаллы	Δ Н > 0	Δ S > 0	увеличивается
газы	Δ Н < 0	Δ S < 0	уменьшается

Растворы могут быть ненасыщенными, насыщенными и перенасыщенными (пересыщенными). Насыщенным называется раствор, в котором устанавливается равновесие, когда скорость растворения фазы равна скорости её выделения из раствора:

растворение

Растворяемое вещество (фаза) <==============> Раствор.

образование фазы

Под растворимостью понимают концентрацию насыщенного раствора, её чаще всего выражают массой растворённого вещества, содержащейся в 100 г растворителя. К хорошо растворимым веществам относят те, у которых растворимость 1 г/100 г растворителя, к малорастворимым ─ ( 0,1 … 0,001) г/ 100 г растворителя и к практически нерастворимым < 0,001 г/100 г растворителя.

Существуют более точные способы выражения состава раствора (табл.3.2).

Таблица 3.2

Способы выражения состава раствора

Наименование	Обозначение	Размерность	Пример формы записи
Молярная		моль / л	0,001 M HCl
Молярная концентрация эквивалента		моль / л	c (½ H2SO4) = 0,1 моль /л
Массовая доля		%, доли единицы	10 % масс. 0,1
Моляльность		моль / кг	1 моль / кг
Молярная доля		%, доли единицы	Молярная доля растворённого вещества составляет 20 %

Условные обозначения:

m₁, ν₁ − масса (г) и число моль растворителя; m₂, ν₂ − масса (г) и число моль растворённого вещества; М ─ молярная масса растворённого вещества, г/ моль; V ─ объём раствора; ω, χ − массовая и молярная доля.

Образование растворов всегда сопровождается изменением свойств растворителя и растворяемых веществ. В очень разбавленных растворах частицы растворённого вещества находятся на очень большом расстоянии друг от друга и их взаимное влияние можно исключить, а растворитель практически не меняет своих свойств. Такие растворы по свойствам приближаются к идеальным, и для них условно принято, что

ΔН _{растворения} ≈0 и ΔV _{растворения} ≈ 0.

Общими называют свойства растворов, которые зависят от концентрации и практически не зависят от природы растворённых веществ. При рассмотрении общих свойств растворов условно принимается, что растворённое вещество является нелетучим неэлектролитом, т.е. не испаряется и не диссоциирует на ионы.