2.15. Розчини
2.15.1. Визначення та основні кількісні характеристики розчинів
Розчинами називають фізично однорідні (гомогенні) суміші двох або декількох речовин. Фізична однорідність досягається рівномірним перемішуванням молекул. У цьому відношенні розчини відрізняються від механічних сумішей, в яких перемішані не молекули, а макроскопічні частинки речовини. Якщо однієї речовини в розчині більше, ніж інших, то воно називається розчинником, а інші речовини - розчиненими речовинами. Розчини називаються слабкими або розведеними, якщо число молекул розчинених речовин дуже мало в порівнянні з числом молекул розчинника. Розчини ж, що містять багато розчинених речовин, називаються міцними. Дуже міцні розчини називають концентрованими.
Речовина, присутня в розчині в більшій кількості, називають розчинником, а інше - розчиненим речовиною.
Розчини, що складаються з двох речовин, називають бінарними.
Речовини, що входять в розчин, називаються його компонентами. Відносний вміст компонентів в розчині характеризується їх концентраціями. Розрізняють масові, молярні та об'ємні концентрації.
Молярну концентрацію визначають як відношення кількості молей молекул розчиненої речовини ν2 (або кількість молей розчинника ν1) до повного кількістю молей молекул розчину:
або
, (2.15.1)
причому
.
Набагато зручніше використовувати масову концентрацію, оскільки компоненти легко зважити:
или
, (2.15.2)
причому
.
Об'ємною концентрацією компонента називається кількість його (в грамах або молях ) в одиниці об'єму розчину.
Механізм розчинення зводиться до розриву зв'язків між молекулами кожного з вихідних речовин і утворення нових зв'язків між молекулами речовин, що знаходяться в розчині. У багатьох випадках при розчиненні молекули речовини розпадаються на складові частини - іони (у солей, лугів, кислот). Зазвичай на роз'єднання молекул при розчиненні речовини витрачається певна енергія, тому при розчиненні відбувається охолодження речовини.
Від хімічних сполук розчини відрізняються тим, що в хімічні сполуки речовини вступають в точно визначених пропорціях, тоді як відносні кількості речовин в розчинах можуть змінюватися в більш-менш широких межах. Але розчини не можна вважати і механічними сумішами молекул. Через взаємодії останніх розчини за деякими ознаками наближаються до хімічних сполук. Розчинення зазвичай супроводжується виділенням або поглинанням тепла. Тепловий ефект вважається позитивним, якщо при розчиненні тепло виділяється, і негативним, якщо воно поглинається. Величина теплового ефекту залежить не тільки від кількості розчиненої речовини, але і від кількості розчинника. Під теплотою розчинення зазвичай розуміють кількість тепла, яке виділяється або поглинається при розчиненні речовини в настільки великій кількості розчинника, що подальше додавання розчинника вже не призводить до виділення або поглинання тепла. У слабких розчинах взаємодія між молекулами розчинених речовин не відіграє помітної ролі. У теорії їю зазвичай нехтують подібно до того, як це робиться у вченні про ідеальні гази. Має значення тільки взаємодія молекул розчинених речовин з молекулами розчинника.
В електролітах молекули розчинених речовин повністю або частково дисоціюють (розпадаються) на іони. Цим пояснюється електропровідність електролітів і пов'язане з нею явище електролізу. У багатьох рідких розчинах встановлено існування сольватів. Так називають більш-менш неміцні сполучення непостійного складу молекул або іонів розчинених речовин з молекулами розчинника. У водних розчинах сольвати називаються гідратами. Сольвати і гідрати безперервно руйнуються (дисоціюють) і утворюються знову.