27. Классификация растворов. Основные понятия растворов.

Существование абсолютно чистых веществ невозможно – всякое вещество обязательно содержит примеси, или, иными словами, всякая гомогенная система многокомпонентна. Если имеющиеся в веществе примеси в пределах точности описания системы не оказывают влияния на изучаемые свойства, можно считать систему однокомпонентной; в противном случае гомогенную систему считают раствором.

Раствор – гомогенная система, состоящая из двух или более компонентов, состав которой может непрерывно изменяться в некоторых пределах без скачкообразного изменения её свойств.

Обычно компоненты раствора разделяют на растворитель и растворенное вещество.

Растворителем считается то вещество, количество которого преобладает в данной системе и находится в том же агрегатном состоянии, что и образующийся раствор.

Вещество, присутствующее в растворе в большем количестве, обычно называют растворителем, а другие вещества – растворенными веществами. Если одно из веществ раствора является жидкостью, а другие – твердыми или газообразными веществами, то растворителем принято называть жидкость даже тогда, когда остальные вещества присутствуют в растворе в большем количестве. Растворителем также считают то вещество, агрегатное состояние которого не изменяется при образовании раствора. Однако данные определения произвольны и носят условный характер.

По агрегатному состоянию растворы подразделяются на:

Растворы

Газообразные Например: воздух является раствором О2, Н2, СО2 и т.д. в азоте N2, т.е. растворитель – азот N2 (Воздух можно отнести и к смесям, т.к. компоненты его практически не взаимодействуют между собой)

Жидкие Г-Ж (кислород в воде) Ж-Ж (спирт в воде) Т-Ж (морская вода)

Твёрдые Г-Т (водород в платине) Ж-Т (ртуть в серебре) Т-Т (сплавы: серебро в золоте) Нержавеющая сталь представляет собой раствор содержащий 18% Cr, 9% Ni, ≈0,5% C в γ-Fe

Наиболее распространены в природе жидкие и газообразные растворы. Основные свойства газообразных растворов вы изучали в школе и ещё будете изучать в основных разделах физики. Поэтому мы основное внимание уделим жидким растворам (твёрдые растворы рассмотрим позже).

Жидкие растворы

Свойства жидких растворов обычно рассматривают в их зависимости от Р, Т и состава системы. Жидкие растворы не имеют строго определённого состава и могут изменяться. В этом их отличие от химических соединений.

Истинные растворы – гомогенные системы переменного состава, содержащие частицы (атомы, молекулы или ионы) растворенного вещества, частицы растворителя и продукты взаимодействия частиц растворенного вещества с частицами растворителя.

Состояние раствора определяется тремя основными параметрами: температурой, давлением и концентрацией растворенных веществ. При растворении данного вещества в данном растворителе при постоянных давлении и температуре концентрация растворенного вещества увеличивается не беспредельно. В определенный момент времени вещество перестает растворяться, достигается определенная его концентрация, которая при дальнейшем, даже самом длительном контакте растворяемого вещества и растворителя в условиях интенсивного перемешивания, уже более не изменяется и остается величиной постоянной. Это признак наступления фазового равновесия: растворяемое вещество↔ раствор.

Фазовое равновесие «растворяемое вещество↔раствор» по своему характеру является равновесием динамическим: непрерывно какая-то часть вещества переходит в раствор, растворяется, и одновременно такая же часть этого вещества выделяется из раствора:

_раств = _выд.

При этом агрегатное состояние вещества, растворяемого и выделяющегося, является одним и тем же.

По соотношению преобладания числа частиц, переходящих в раствор и удаляющихся из раствора, различают растворы насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные.

Насыщенным называется раствор, находящийся в равновесии с твердой фазой растворенного вещества и содержащий максимально возможное при данных условиях его количество (имеет место динамическое равновесие). (Насыщенный раствор – раствор, находящийся в фазовом равновесии с растворяемым веществом).

Раствор, концентрация которого ниже концентрации насыщенного раствора, называется ненасыщенным. В таком растворе можно при тех же условиях растворить дополнительное количества вещества. Такие растворы всегда представляют собой однофазную систему.

Существуют и пересыщенные растворы, которые содержат вещества больше, чем это следует из его растворимости при данных условиях, и получаются путем охлаждения растворов, полученных при более высоких температурах. Такие растворы метастабильны. «Затравки» в виде кристаллов или потирание стеклянной палочки о стенку сосуда вызывают быструю кристаллизацию вещества.

Пересыщенный раствор – неустойчивый раствор, в котором содержание растворенного вещества больше, чем в насыщенном растворе этого же вещества при тех же значениях температуры и давления. Появление в таких растворах кристалла растворенного вещества вызывает одновременное появление в объеме раствора многих кристаллов вещества – массовую кристаллизацию.

Состав раствора может быть выражен как качественно, так и количественно. Обычно при качественной оценке растворов применяют такие понятия, как разбавленный и концентрированный; эта оценка весьма условна.

Например, концентрированный раствор H₂SO₄ – 98 %, и концентрированный раствор HCl – 38%.

Растворы, содержащие большое количество растворенного вещества, называются концентрированными, а с малым содержанием растворенного вещества – разбавленными.