Лекция № 10. Растворы. Концентрация растворов. Основы физической теории растворов

Раствор – это однородная система, состоящая из двух и более самостоятельных веществ и продуктов их взаимодействия. Вещество, взятое в избытке и служащее средой, в которой идет растворение, называется растворителем. Вещество, которое растворяется, называется растворяемым веществом.

Растворы образуются при взаимодействии растворителя и растворённого вещества. Процесс взаимодействия растворителя и растворённого вещества называется сольватацией (если растворителем является вода – гидратацией), в результате образуются различные по форме и прочности продукты – сольваты (гидраты).

Способность одного вещества растворяться в другом называется растворимостью. Количественной характеристикой растворимости является коэффициент растворимости, который выражается массой безводного вещества, растворяющегося при данных условиях в 100 г растворителя с образованием насыщенного раствора. Растворимость газа определяется объемом газа, растворяющегося при постоянной температуре в одном объеме растворителя с образованием насыщенного раствора.

Растворимость зависит от природы растворяемого вещества и растворителя, температуры и давления.

1. Природа растворяемого вещества.

Кристаллические вещества подразделяются на:

P – хорошо растворимые (более 1,0 г на 100 г воды);

M – малорастворимые (0,1 г – 1,0 г на 100 г воды);

Н – нерастворимые (менее 0,1 г на 100 г воды).

2. Природа растворителя

При образовании раствора связи между частицами каждого из компонентов заменяются связями между частицами разных компонентов. Чтобы новые связи могли образоваться, компоненты раствора должны иметь однотипные связи, т.е. быть одной природы. Поэтому ионные вещества хорошо растворяются в полярных растворителях и плохо в неполярных, а молекулярные вещества – наоборот.

3. Температура

Для большинства солей характерно увеличение растворимости при нагревании. Растворимость газов в жидкостях с повышением температуры уменьшается, а с понижением увеличивается.

4. Давление

С повышением давления растворимость газов в жидкостях увеличивается, а с понижением уменьшается.

Концентрация растворов

Важной характеристикой любого раствора является его состав, который определяется количеством растворенного вещества и растворителя. Отношение количества или массы вещества, содержащегося в системе, к объему или массе этой системы называется концентрацией. Известно несколько способов выражения концентрации растворов.

Массовая доля растворённого вещества w – это величина, равная отношению массы растворённого вещества к общей массе раствора:

где m_В и m_р – соответственно масса растворенного вещества и масса раствора. Массовую долю растворённого вещества w обычно выражают в долях или в процентах.

Молярная концентрация C_м (молярность М) – отношение количества растворенного вещества к объему раствора:

,

где m_B – масса растворенного вещества, М_В – молярная масса растворенного вещества, V_р – объем раствора. Единица измерения молярной концентрации – моль/л.

Нормальная концентрация С_н (нормальность н.) – отношение количества эквивалентов растворенного вещества к объему раствора:

,

где, m_B – масса растворенного вещества, М_э(В) – молярная масса эквивалентов растворенного вещества, V_р – объем раствора. Единица измерения нормальной концентрации − г-экв/л.

Моляльная концентрация С_m (моляльность) – отношение количества растворенного вещества к массе растворителя:

,

где m_B – масса растворенного вещества, m_S – масса растворителя, М_В – молярная масса растворенного вещества. Единица измерения моляльности – моль/кг.

Молярная (мольная) доля N – отношение количества растворенного вещества или растворителя к суммарному количеству всех веществ, составляющих раствор:

,

где N_В – мольная доля растворенного вещества, N_S – мольная доля растворителя, n_B – число молей растворенного вещества, n_S – число молей растворителя. Мольную долю обычно выражают в долях.