10,Розчини,їх характеристика.Насичені розчини.Способи вираження концентрацій розчинів.

 Розчинами назива­ють гомогенні термодинамічно стійкі рівноважні системи змінного складу з двох і більше компонентів. Той компонент, що кількісно переважає і зберігає свій агрегатний стан при утворенні розчину, прийнято вважати розчинником, інші компоненти — розчиненими речовинами. Розчини займають проміжне положення між механіч­ними сумішами та хімічними сполуками.  Розчини класифікують за розміром частинок (істинні й колоїдні) та за агрегатним станом розчинника й розчиненої речовини (газові, рідкі, тверді).Газові розчини за звичайних тисків — це фізичні суміші, в яких кожний компонент виявляє притаманні йому індивідуальні фізичні та хімічні властивості. За високих тисків утворення газових роз­чинів супроводжується зміною об'єму та тепловим ефектом.Тверді розчини — це однорідні кристалічні або аморфні тверді речовини змінного складу з двох (або більше) компонентів. Залежно від розміщення частинок розчиненої речовини в кристалічній грат-ці розчинника розрізняють тверді розчини:включення, коли час­тинки однієї речовини розміщуються в порожнинах між частинка­ми іншої (наприклад, вуглець у залізі);заміщення, коли різні частинки статистично заміщують одна одну в гратці; вилучення, що характеризуються наявністю в структурі вакансій (дефектні структури). Тверді розчини бувають обмежені і необмежені , частково або повністюупорядковані, неупорядковані (зі статис­тичним розміщенням частинок). Рідкі розчини утворюються при розчиненні газуватих, рідких або твердих речовин у рідкому розчиннику. Цей тип розчинів є найважливішим, оскільки в них відбувається більшість хімічних реакцій. Рідкі розчини розрізняють за типом розчинника(водні й неводні); за типом розчинених речовин (електроліти та неелект-роліти); за класом розчинених речовин (розчини кислот, основ, солей тощо); за концентрацією розчинених речовин (розведені та концентровані); за досягненням розчинності (ненасичені, насичені та пересичені).

Способи вираження концентрації Молярність і нормальність розчинів співпадають для одноосновних кислот і однокислотних основ. Якщо кислота, наприклад, трьохосновна, то нормальність її втричі більша за молярність. 1 М розчину H₃РO₄ відповідає нормальність цієї кислоти, що дорівнює 3, тобто 1 моль Н₃РО₄ = 3 моль еквівалентів Н₃РО₄. Особливістю еквінормальних розчинів (еквінормальні – це розчини однакової нормальності) є те, що однакові об'єми їх взаємодіють без залишку. Так 20 мл 1 н. розчину КОН взаємодіє без залишку з 20 мл розчинівНайчастіше застосовуються такі способи вираження концентрації розчинів, як масова, молярна, моляльна і нормальна. Масова концентрація або масова частка розчиненої речовини (%) виражається числом грамів розчиненої речовини, що знаходиться в 100 г розчину: де m(реч) – маса розчиненої речовини; m(р-ну) – маса розчину. Молярна концентрація (молярність) виражається числом молів розчиненої речовини, що міститься в 1л розчину (моль/л). Молярність позначається літерою С_М або М. Наприклад, двохмолярний розчин 2М H₂SO₄ містить 2 моль кислоти безводної в 1 л розчину. Розчин, який містить в 1 л розчину 0,1 моль/л і 0,01 моль/л речовини, називаються відповідно децимолярним і сантимолярним. Моляльна концентрація (моляльність) визначається числом молів розчиненої речовини, що міститься в 1 кг розчинника (моль/кг). Наприклад, якщо в 1000 г води розчинено 98 г H₂SO₄, то такий розчин одномоляльний. Моляльність позначається С_m: Молярна концентрація еквівалентів (нормальна концентрація, нормальність) визначається числом моліі еквівалентів розчиненої речовини, яка міститься в 1 л розчину. По аналогії з молярною концентрацією молярну концентрацію еквівалентів, або нормальність виражають в моль/л і позначають С_f, н. або N. . 1 н. розчину будь-якої кислоти. Це і зрозуміло, оскільки, у відповідності із законом еквівалентів, розчини взаємодіють між собою в кількостях, пропорційних їх еквівалентам. У разі неоднакових нормальностей реагуючих розчинів останні взаємодіють в об'ємних співвідношеннях, обернено пропорційних їх нормальностям. Знаючи нормальність і об'єм розчину однієї речовини, а також об'єм розчину іншої речовини, яка вступає в реакцію з першим, можна розрахувати нормальність другого розчину

Насичений розчин

У певній кількості води при даній температурі може розчинятися лише певна кількість речовини, а надлишок її залишається нерозчинним. Розчин, у якому взята речовина при даній температурі більше не розчиняється, називається насиченим.При виготовленні насиченого розчину до розчинника додають звичайно таку кількість розчинюваної речовини, щоб частина її залишалася нерозчинною, скільки б розчин не розмішували і не збовтували. Однак у практиці звичайно користуються ненасиченими розчинами, тобто такими, в яких при даній температурі розчинювана речовина може ще розчинятися (до утворення насиченого розчину).

11,Розчинність.Осмотичний тиск.Дифузія. Осмоти́чний ти́ск (або дифу́зний ти́ск) — термодинамічний параметр, що характеризує прагнення розчину понизити свою концентрацію при зіткненні з чистим розчинником внаслідок зустрічної дифузії молекул розчинника та розчиненої речовини.

Якщо розчин відділений від чистого розчинника напівпроникною мембраною, то можлива лише одностороння дифузія — осмотичне всмоктування розчинника крізь мембрану в розчин. У цьому випадку осмотичний тиск стає доступною для прямого вимірювання величиною, що дорівнює надлишковому тиску, що треба прикласти з боку розчину для вирівнювання кількості розчинника з обох боків напівпроникної мембрани при осмотичній рівновазі. Осмотичний тиск зумовлений зниженням хімічного потенціалу розчинника в присутності розчиненої речовини.

Тенденція системи вирівнювати хімічні потенціали у всіх частинах свого об'єму та переходити до стану з нижчим рівнем вільної енергії викликає осмотичний (дифузійний) перенос речовин.

Осмотичний тиск в ідеальних та сильно розбавлених розчинах не залежить від природи розчинника та розчинених речовин; при постійній температурі він визначається тільки числом «кінетичних елементів» — іонів, молекул, асоціатів або колоїдних часток — в одиниці об'єму розчину.

Перші виміри осмотичного тиску провів В. Пфефер у 1877 році, досліджуючи водні розчини очеретяного цукру. Його дані дозволили Я. Г. Вант-Гоффу встановити (у 1887 р.) залежність осмотичного тиску від концентрації розчиненої речовини, яка збігаєтся за формою з законом Бойля-Маріотта для ідеальних газів. Виявилось, що осмотичний тиск чисельно дорівнює тиску, який би завдавала розчинена речовина, якщо б вона при даній температурі знаходилось в стані ідеального газу та займала об'єм, що дорівнює об'єму розчину.

Для дуже розбавлених розчинів недисоціюючих речовин знайдена закономірність, що досить точно описується рівнянням:

де   — число молей речовини в розчині об'єму V; R — універсальна газова стала; Т — абсолютна температура (в Кельвінах), p — величина осмотичного тиску.

У випадку дисоціації речовини в розчині на іони в праву частину рівняння вводиться множник і > 1, що називається коефіцієнтом Вант-Гоффа і відповідає кількості кінетично-активних елементів в розчині; при асоціації розчиненої речовини і < 1. Так, наприклад,хлорид кальцію CaCl₂ при розчиненні дисоціює на три іони, тож для обчислення кількості осмотично-активних кінетичних елементів (в молях) кількість цієї речовини треба помножити на три; отже в даному випадку і = 3.

Осмотичний тиск реального розчину ( ) завжди менший, ніж ідеального (p«), причому відношення р' / р» = g, що називаєтьсяосмотичним коефіцієнтом, зростає при збільшенні концентрації.

Розчини з однаковим осмотичним тиском називаються ізотонічними або ізоосмотичними. Так, різноманітні кровезамісники та фізіологічні розчини ізотонічні відносно серединних рідин організму. Для всіх хребетних тварин (в тому числі і людини) ізотонічним відносно рідин їхнього організму є 0,9% розчин солі (NaCl) у воді.

Якщо один розчин порівняно з іншим має більш високий осмотичний тиск, його називають гіпертонічним, а якщо менший осмотичний тиск — гіпотонічним.

Розчинністю речовини називають здатність її розчинятися в тому чи іншому середовищі. Мірою розчинності або коефіцієнтом розчинності служить кількість грамів речовини, яка при даній температурі розчиняється в 100 г води з утворенням насиченого розчину.