9

Лекція № 11 Властивості розчинів

1. Основні поняття про розчини

2. Розчинність і способи вираження кількісного складу розчинів

3. Термодинаміка процесу розчинення

4. Розчинність газів

5. Взаємна розчинність рідин

6. Розчинність твердих речовин у рідинах

1. Основи теорії розчинів

Розчини – гомогенна, термодинамічно стійка система змінного складу, яка містить два або більше компоненти, між якими може відбуватися фізична та хімічна взаємодія.

Високу стійкість розчинів зумовлює відсутність поверхні поділу між розчинником і розчиненою речовиною, яка розподілена у системі у молекулярному або іонному стані (розміри молекул та іонів меньш 1 нм) Протягом тривалого часу розчини не розділяються на складові компоненти.

Залежно від агрегатного стану розчини бувають газоподібні (суміші газів, повітря), тверді (солі, сплави) та рідкі розчини. Незалежно від агрегатного стану розчиненої речовини за розчинник вважають той компонент розчину, агрегатний стан якого при розчиненні не змінюється. Якщо обидва компоненти знаходяться в одній фазі, розчинником буде той компонент, якого у розчині більше. Наприклад, є розчин солі у воді, коли концентрація розчиненого компонента не дуже велика і сам розчин – рідина; також є розчин води у солі, коли вода розпорядкована у кристалічній решітці солі і розчин – тверда фаза. Рідкі розчини мають найбільше значення, тому далі ми будемо розглядати насамперед їх.

У процесі розвитку вчення про розчини були розроблени дві теорії – фізична та хімічна. Згідно з фізичною теорією (С. Арреніус, В. Оствальд, Я. Вант-Гофф), процес розчинення розглядають як рівномірний розподіл частинок розчиненої речовини в усьому об‘ємі розчинника. Розчинник вважають індиферентним середовищем.

Хімічна теорія (Д.І. Менделєєв, І.А.Каблуков, М.С.Курнаков) розглядає розчини як системи, що утворилися з частинок розчинника, розчиненої речовини і нестійких хімічних сполук. Останні утворюються внаслідок взаємодії розчиненої речовини і розчинника за допомогою водневого звязку або електростатичних сил та хімічної взаємодії.

Сучасна теорія розчинів об’єднує фізичну та хімічну точки зору і розглядає процес розчинення як фізико-хімічну взаємодію між частинками. Якщо молекули розчина полярні, то, насамперед, відбувається електростатична взаємодія. Найбільш полярний розчинник – вода. Полярними розчинниками є також кислоти, спирти, ефіри, кетони та ін. Згідно з положенням про те, що подібне розчиняється у подібному, в цих розчинниках добре розчиняются полярні сполуки. У неполярних розчинниках (бензолі, сульфур (ІІ) гідриді, хлороформі) добре розчиняются неполярні сполуки.

Розчини займають проміжне положення між механічними сумішами і хімічними сполуками. Для них, як і для механічних сумішей, характерні несталість складу в широких межах та можливість виявлення деяких властивостей окремих компонентів. Розчини, як і хімічні сполуки однорідні, а при їх утворенні спостерігаються теплові ефекти, зміна об’ємів, кольору та ін. Наприклад:

1. Тепловий ефект розчинення: H₂SO₄ (рід.) + 200 H₂O (рід.) = H₂SO₄^.200H₂O (розч.) H = –74,27 кДж.

Теплоти виділяється так багато, що вода закіпає і може виплеснутися з пробірки. Щоб запобігти цього треба кислоту доливати у воду, а не навпаки.

2.Зміна об єму при розчиненні:

При змішенні 100 мл води з 100 мл етилового спирту утворюється 180 мл розчину, тобто обєм зменшується на 3,5 %. Це пояснюється утворенням водневих звязків між молекулами спирта і води та внаслідок цього, зменшенням відстані між молекулами у розчині.

3.Зміна кольору при розчиненні:

Відомо, що CuSO₄ – безбарвна речовина; при розчиненні її у воді утворюється блакитна сполука CuSO₄ ^.5H₂O – гідрат солі (у загальному випадку – сольват солі). Іноді гідрати настільки стійки, що їх можна виділити з розчина, тоді їх називають кристалогідратами ( блакитні кристали CuSO₄ ^.5H₂O – це кристало-гідрат цієї солі).