2. Идеальные растворы и их свойства

2.1. Теоретическая часть Растворы

Если в каком-либо веществе (среде) распределено в виде очень мелких частиц другое вещество, то такая система называется дисперсной. Наибольшее значение для химии имеют дисперсные системы, в которых средой является жидкость.

Свойства дисперсных систем, в первую очередь их устойчивость, сильно зависят от размеров распределенных частиц. Если последние очень велики по сравнению с молекулами, дисперсные системы непрочны и распределенное вещество довольно быстро оседает (или, если оно удельно легче вещества среды, поднимается вверх). Подобные малоустойчивые дисперсные системы со сравнительно крупными распределенными частицами называются взвесями (размер таких частиц превышает 100 нм).

Наоборот, если распределенное вещество находится в виде отдельных молекул, системы получаются вполне устойчивыми. Такие системы называются молекулярными растворами (обычно – просто растворами) и размер частиц не превышает 1 нм.

Промежуточную область занимают коллоидные растворы, в которых размеры распределенных частиц находятся между размерами частиц взвесей и молекулярных растворов (от 100 до 1 нм).

Молекулярные растворы представляют собой гомогенные системы, состоящие из растворителя и растворенного вещества. Эти два понятия в значительной мере условны. Выбор одного из компонентов за растворитель обычно связан с преобладанием его концентрации в растворе.

Несмотря на то, что эквивалентные соотношения между растворенным веществом и средой (растворителем) при растворении не соблюдается, растворы нельзя рассматривать просто как механические смеси. По некоторым признакам они близки к химическим соединениям. В частности, при растворении всегда поглощается или выделяется энергия (теплота растворения) и происходит изменение объема.

При образовании раствора происходит изменение свойств, как растворителя, так и растворенного вещества. Совокупность всех процессов, протекающих в результате введения в растворитель растворенного вещества, называется сольватацией. В результате сольватации в растворе могут возникнуть различные соединения переменного состава, включающие в себя частицы, как растворителя, так и растворенного вещества. Такие соединения называют сольватами.

В результате взаимодействия между растворителем и растворенным веществом изменяется соответственно их структура, следовательно, свойства раствора должны отличаться от свойств чистого растворителя. Образование сольватов может быть рассмотрено как протекание химических реакций и, как и любой химический процесс. Как было отмечено выше, оно сопровождается тепловыми и объемными эффектами. Однако в ряде случаев тепловые и объемные эффекты при образовании раствора отсутствуют. Такие растворы называются идеальными.

Идеальные растворы

Соотношения между составом и свойствами жидких растворов оказываются в общем случае очень сложными. Для определения свойств реальных растворов допускают заведомую неточность, считая раствор идеальным. Идеальные растворы по своим свойствам близки к идеальным газам, то есть системам, получаемым простым механическим перемешиванием компонентов на молекулярном уровне. В этом случае силами взаимодействия между частицами разных веществ (А и В) можно пренебречь по сравнению с силами взаимодействия каждого из компонентов (А-А и В-В). Наиболее близкими по своим свойствам к идеальным растворам являются растворы веществ, близких по своему строению и свойствам (например, растворы толуола в бензоле, метилового спирта в этиловом и др.). Кроме того, как идеальные можно рассматривать сильно разбавленные растворы неэлектролитов. В первом случае взаимодействие между частицами растворенного вещества и растворителя примерно одинаково, а во втором – незначительность концентрации растворенного вещества и отсутствие электростатических зарядов у продуктов его взаимодействия с растворителем – приводят к тому, что изменения в строении растворителя носят локальный характер. Частицы растворенного вещества в сильно разбавленном растворе неэлектролита находятся друг от друга на значительном расстоянии, их взаимодействие между собой можно пренебречь, и растворитель практически не изменяет своего строения и свойств.