25. Растворы (твердые жидкие газообразные - по 2 примера) Способы, выражения концентрации растворов. Процентная и молярная концентрация, мольная доля.

Раствор - это гомогенная многокомпонентная система. Если образующие раствор вещества имеют одинаковое строение и близкую природу химических связей, то они могут неограниченно растворяться друг в друге, и, следовательно, деление на растворитель и растворенное вещество бессмысленно. Но чаще встречаются случаи ограниченной взаимной растворимости. Растворителем служит тот компонент, который сохраняет структуру раствора. Формально растворителем можно назвать тот компонент, при прибавлении которого не может образоваться насыщенный раствор.

Растворимость - это концентрация в насыщенном растворе. Насыщенным называется раствор, находящийся в равновесии с растворенным веществом. Может существовать только в гетерогенной системе.

1. Газ в газе. Газообразное состояние вещества характеризуется малым взаимодействием между его частицами и большими расстояниями между ними. Поэтому газы смешиваются в любых отношениях. При очень высоких давлениях, когда плотность газа приближается к плотности жидкости и газ нельзя считать идеальным даже приближенно, может наблюдаться ограниченная растворимость.

2. Газ в жидкости. Два типа систем (как и в любых других системах): с образованием химических соединений и их отсутствием. В первом случае (NH₃-Н₂О), растворимость газов существенно выше чем во втором (О₂-Н₂О). Процесс растворения всех газов в жидкостях экзотермичен, за исключением растворения простых газов в металлах, которое сопровождается их диссоциацией на атомы, (водород в железе).

3. Газ в твердом. Растворение газа в металле сопровождается деформацией кристаллической решетки металла и часто диссоциацией газообразных молекул на атомы. Оба процесса эндотермичны. Существует общее правило: жидкость как растворитель значительно эффективней твердого, эффект обусловлен отсутствием энергетических затрат на искажение кристаллической решетки твердого тела при растворении в нем другого вещества (водород в железе).

4. Жидкое и твердое в жидком. Наиболее часто встречаемые. Особенность - в совмещении двух важных для течения хим. реакции характеристик: высокой концентрации вещества, характерной для конденсированных систем, что обуславливает большую мощность процесса, и высокой подвижности компонентов, что обусловливает большую скорость процесса. При образовании жидкого раствора изменяется и растворяемое вещество, и растворитель. Строение жидкого раствора - это равновесная системе, состоящая из зоны сольватированного (сольваты - соединения между растворенным веществом и растворителем) иона, - зоны деструктурированного растворителя и структуры растворителя. H₂SO₄-Н₂О.

5. Твердые растворы. Влияют относительные размера частиц, из которых построены компоненты раствора. Например, при растворении цинка в меди, из-за различных размеров замещаемого и замещающего атомов кристаллическая, решетка искажается. Если компоненты очень сильно отличаются по размерам, то образуются раствор внедрения, т.е. атомы размещаются в междоузлиях. (Раствор углеводорода в железе – сталь).

Массовая доля вещества: ω = m_в-ва/m_р-ра

Процентная концентрация - это число граммов растворителя вещества в 100 г раствора.

ω(%) = m_в-ва/m_р-ра·100%.

Молярная концентрация: С = ν/V, т.е. количество вещества в литре раствора.

Нормальная концентрация - количество моль-эквивалентов вещества в литре раствора. При взаимодействии растворов одинаковой молярной концентрации отношение их объемов равно отношению стехиометрических коэффициентов в соответствующем уравнении реакции. Если равны нормальные концентрации, то равны объемы взаимодействующих растворов.

При описании растворов, зависящих от числа растворенных частиц используют моляльную концентрацию C_м - отношение количества растворенного вещества ν к массе растворителя m_р, выраженной в кг, или число молей растворенного вещества в 1 кг растворителя.

C_м = ν/ m_р.

Моляльная концентрация в отличие от молярной не зависит от температуры, так как в нее не входит зависящий от температуры объем.

Когда растворитель и растворенное вещество почти не различимы, используют мольную долю - отношение количества i-го компонента раствора ν_i к общему количеству вещества в растворе.

X_i = ν_i /Σν_i, где суммирование производится по всем компонентам раствора.

Титр раствора Т - масса растворенного вещества (г) в 1 см³ раствора.