4.1. Розчини. Дисперсні системи

План

4.1.1. Дисперсні системи

4.1.2. Розчини. Розчинність

4.1.3. Чисельне вираження складу розчинів

Література

/1/ - Романова Н. В. Загальна та неорганічна хімія. – К.: Ірпінь, ВТФ

«Перун», 2002. – 480 с. (Розділ 8. § 8.1-8.4).

/2/ - Глинка Н. Л. Общая химия. – Л.: Химия, 1987. – 704 с.

(Глава Х. § 73-77, 105-108).

4.1.1. Дисперсні системи

Вчення про розчини є найважливішим розділом хімії, оскільки більшість хімічних реакцій відбувається в розчинах. Розчини мають важливе значення в житті живих організмів. Найважливіші фізіологічні рідини (кров, лімфа) є розчинами. У XVII столітті хімію визначали як науку про розчини. Нині розчини розглядають як фізико-хімічну систему.

Якщо в одній речовині (у середовищі) розподілена у вигляді найдрібніших частинок інша речовина (фаза), така система називається дисперсною системою. Речовина, у якій розподіляється інша речовина, називається дисперсійним середовищем, або розчинником. Речовина, що розподіляється в розчиннику, називається дисперсійною фазою, або розчиненою речовиною. Так, найдрібніші частинки крейди у воді утворюють дисперсну систему, у якій вода є дисперсійним середовищем, а частинки крейди — дисперсійною фазою. Найбільше значення мають дисперсні системи, у яких середовищем є рідина, часто вода. Залежно від розмірів частинок фази, дисперсні системи поділяють на три класи: грубодисперсні, колоїдні і йонно-молекулярні системи.

Грубодисперсні системи, або зависі, — це дисперсні системи, що містять частинки фази діаметром більше 100 нм. Частинки зависів можна побачити за допомогою мікроскопа. Зависі, що складаються з рідкого середовища і твердої фази, називаються суспензіями (вода — крейда). Зависі, що складаються з рідкого середовища і рідкої фази, називаються емульсіями (вода — олія).

Колоїдні системи (колоїдні розчини, золі) — це дисперсні системи, що містять частинки фази розміром від 1 до 100 нм.

Йонно-молекулярні системи (істинні розчини) — це дисперсні системи, що містять частинки фази розміром менше 1 нм.

4.1.2. Розчини. Розчинність

Розчин — це однорідна (гомогенна) система, що складається з розчинника, розчиненої речовини і продуктів їхньої взаємодії.

За агрегатним станом розчини поділяють на рідкі, тверді і газоподібні. Розчин складається з розчинника і розчиненої речовини. Але не завжди очевидно, яка речовина є розчиненою і яка — розчинником. Якщо обидві речовини до розчинення перебували в однаковому агрегатному стані (наприклад, ацетон і вода), розчинником вважають речовину, якої у розчині більше. Якщо до розчинення речовини перебували в різних агрегатних станах, розчинником вважають речовину в рідкому стані. Найпоширенішим рідким розчинником є вода.

Розчини мають подібність з хімічними сполуками. Однак між ними є і відмінності. Так, розчини не мають постійного складу, у розчині можна виявити властивості його окремих компонентів. Розчинність — це властивість речовини розчинятися у воді або іншому розчиннику. Розчинність виражають максимальною кількістю грамів речовини, яку можна розчинити в 100 г розчинника при даній температурі. Розчинність іноді називають коефіцієнтом розчинності. Розчинність залежить від природи речовин. За розчинністю у воді всі речовини поділяють на три групи:

1) добре розчинні (СuSO₄, NаОН, СН₃ОН та ін.);

2) малорозчинні речовини (ВаSO₄, та ін.);

3) практично нерозчинні речовини (Аg, Аu, Аг та ін.).

Розчин, у якому речовина за даних умов більше не розчиняється, називається насиченим. У ненасиченому розчині міститься менше речовини, а в пересиченому розчині — більше, ніж у насиченому (пересичений розчин приготовляють з насиченого спеціальними способами). Розчинність речовин у воді залежить від температури.

Звичайно розчинність твердих речовин і рідин з підвищенням температури зростає. Розчинність газів з підвищенням температури зменшується, а з підвищенням тиску — збільшується. Виділення речовини з розчину при зниженні температури називається кристалізацією. Речовина кристалізується очищеною від домішок. Якщо в розчині містяться домішки, вони не випадають з розчину навіть при зниженні температури, оскільки розчин для домішок є ненасиченим. На цьому грунтується метод очищення речовин, який називається перекристалізацією.

Розчинення речовин супроводжується тепловим ефектом: виділенням або поглинанням теплоти, що залежить від природи речовини. Так, при розчиненні калій гідроксиду КОН відбувається виділення теплоти, а при розчиненні амоній нітрату NH₄NO₃, поглинається теплота. Розчинення калій гідроксиду – це екзотермічний процес (ΔH < 0). Розчинення амо­ній нітрату — це ендотермічний процес (ΔH > 0). Отже, при розчиненні проходять хімічні процеси, утворюються нові хімічні зв’язки. У результаті хімічної взаємодії розчинника з розчиненою речовиною утворюються сполуки, що називаються сольватами (а для водних розчинів — гідратами). При утворенні сольватів (гідратів) властивості розчиненої речовини часто змінюються. Сольвати і гідрати можуть бути стійкими і нестійкими сполуками. Нестійкі легко руйнуються, а стійкі виділяються з розчину у вигляді кристалів. Кристалічні речовини, що містять молекули розчинника, називаються кристалосольватами (кристалогідратами). Їхній хімічнии склад описують формулами, у яких зазначають кількість молекул розчинника: СuSO₄ ∙ 5Н₂O, Nа₂SO₄ ∙ Н₂O. Вода, що входить до складу кристалогідрату, називається кристалізаційною. Цю воду можна виділити при нагріванні кристалогідратів:

СuSO₄ ∙ 5Н₂O → СuSO₄ + 5Н₂O.

Відповідно до сучасної теорії розчини є фізико-хімічними системами, а розчинення — фізико-хімічний процес.