2. Процессы, сопровождающие растворение.

Как правило, процессы растворения сопровождаются изменением объёма и температуры. Например, при смешении равных объёмов этилового спирта и воды объём смеси меньше суммы объёмов компонентов (это явление называется контракцией).

Количество тепла, поглощаемого или выделяемого при растворении 1 моля вещества, называется теплотой растворения (H_s). При растворении твердого вещества происходит разрушение кристаллической решетки. На это требуется затрата энергии. Однако многие процессы растворения протекают с выделением теплаТ.е. эти процессы являются экзотермическими. (H_s<0). Поэтому можно предположить, что наряду с разрушением кристаллической решетки протекает экзотермический процесс. Было показано, что этим процессом является сольватация, т.е. соединение молекул растворенного вещества в неустойчивые соединения – сольваты. Когда растворителем является вода, то эти соединения называются гидратами, а процесс – гидратацией. Поскольку молекула воды очень полярна , то многие гидраты весьма устойчивы и могут быть выделены в кристаллическом состоянии (кристаллогидраты) – например, CuSO₄х5H₂O – медный купорос, Na₂CO₃х10H₂O – кристаллическая сода, Na₂S₂O₃х5H₂O – гипосульфит, и др.

Следовательно, растворение – физико-химический процесс.

Концентрации растворов обычно выражают в весовых процентах, в молях, в грамм-эквивалентах, титром, моляльностью и в объёмных % (для жидкостей).

3. Технические способы выражения концентрации растворов.

Концентрация – величина, выражающая относительное содержание данного компонента в растворе. Существуют следующие основные способы выражения концентрации растворов.

Массовая доля – величина, показывающая, какую долю от массы раствора составляет масса растворенного вещества:

   или в процентах:   

Молярная концентрация (молярность) – величина, показывающая, сколько молей растворенного вещества содержится в 1 литре раствора:

    (моль/л),

где  V_в-ва – количество растворенного вещества в растворе, моль;  V_р-ра – объем раствора, л.

Нормальная концентрация (нормальность, эквивалентная концентрация) – величина, показывающая, сколько эквивалентов растворенного вещества содержится в 1 литре раствора:

    (экв/л),

где  n_в-ва – количество растворенного вещества в растворе, экв;  V_р-ра – объем раствора, л.

Довольно часто химический эквивалент трактуется не как единица количества вещества, а как условная частица. Тогда n_в-ва необходимо воспринимать как количество молей эквивалента.

4. Аналитические способы выражения концентрации растворов.

Моляльная концентрация (моляльность) – величина, показывающая, сколько молей растворенного вещества в растворе приходится на 1 кг растворителя:

    (моль/кг)

где  V_в-ва – количество растворенного вещества в растворе, моль;  m_р-ля – масса растворителя в растворе, кг.

Титр – величина, показывающая, какая масса растворенного вещества содержится в 1 мл раствора:

    (г/мл)

где  m_в-ва – масса растворенного вещества в растворе, г;  V_р-ра – объем раствора, мл.

Мольная доля вещества в растворе представляет собой отношение числа молей этого вещества к суммарному количеству молей всех компонентов раствора:

   ,

где  V_в-ва – число молей компонента, для которого определяется мольная доля;  n – количество компонентов раствора.

Количественный состав раствора чаще всего выражается с помощью понятия «концентрации», под которым понимается со­держание растворенного вещества (в определенных единицах) в единице массы или объема.

Договорились растворенное вещество обозначать через X, а растворитель - через S.

Чаще всего для выражения состава раствора используют мас­совую долю, молярную концентрацию (молярность) и мольную долю.

Массовая доля - это отношение массы растворенного ве­щества к общей массе раствора. Для бинарного раствора:

        (1)

где ω(Х) - массовая доля растворенного вещества X; m(Х) масса растворенного вещества X, г; m(S) - масса растворителя S, г; m= [m(Х) + m(S)] - масса раствора, г.

Массовую долю выражают в долях единицы или в процентах (например: ω = 0,01 или ω = 1%).

Молярная концентрация (молярность) показывает число молей растворенного вещества, содержащегося в 1 литре раствора:

С(Х) = v(Х) / V,            (2)

где С(Х) - молярная концентрация растворенного вещества X, моль/л; v(Х) - количество растворенного вещества X, моль; V - объем раствора, л.

Как следует из (2), молярная концентрация выражается в моль/л. Эта размерность иногда обозначается М, например: 2МNаОН.

Мольная доля растворенного вещества - безразмерная вели­чина, равная отношению количества растворенного вещества к общему количеству веществ в растворе:

             (3)

где N(Х) - мольная доля растворенного вещества X; v(Х) - ко­личество растворенного вещества X, моль; v(S) - количество вещества растворителя S, моль.

Нетрудно представить, что сумма мольных долей растворенного вещества и растворителя равна 1:                                       

                                                            N(X) + N(S) = 1.                (4)

При решении многих задач полезно переходить от молярной концентрации к массовой доле, мольной доле и т.д. Например, молярная и процентная концентрации взаимосвязаны так:

                                               C(X) = 10 ∙ ω(X) ∙ ρ / M(X),           (5)

                                               ω(X) = C(X) ∙ M(X) / (10 ∙ ρ)              (6)

где ω(Х) - массовая доля растворенного вещества, выраженная в %; М(Х) - молярная масса растворенного вещества, г/моль; р = m/(1000 V) - плотность раствора, г/мл.

Очень часто концентрацию насыщенного раствора, наряду с вышеперечисленными характеристиками, выражают через так на­зываемый коэффициент растворимости или просто раствори­мость вещества.

Отношение массы вещества, образующего насыщенный рас­твор при данной температуре, к массе растворителя называют коэффициентом растворимости:

k_s = m_в-ва / m_{р-ля .}                   (7) 

Растворимость вещества s показывает максимальную массу вещества, которая может раствориться в 100 г растворителя:

s = (m_в-ва / m_р-ля) ∙ 100.              (8)