Тема 4. Термодинамическая теория растворов.

§1. Основные определения.

Раствором называется однородная смесь, состоящая из двух или большего числа веществ, состав которой в известных пределах может непрерывно изменяться. Однородными являются и химические соединения, но их состав не может изменяться непрерывно, т.к. они подчиняются закону постоянства состава и кратных соотношений.

Вообще различают газообразные, твердые и жидкие растворы.

Газообразные растворы обычно представляют собой смеси газов и реже растворы жидкостей или твердых веществ в газах.

Твердые растворы образуются при кристаллизации жидких расплавов или при растворении газов в твердых веществах. Различают твердые растворы замещения, внедрения и вычитания.

Твердые растворы замещения, которые образуются при сохранении структуры кристаллической решетки растворителя, являются наиболее распространенными. При образовании твердых растворов замещения в узлах кристаллической решетки данного вещества атомы, молекулы и ионы замещаются частицами другого вещества. Образование таких растворов возможно, если оба вещества близки по кристаллохимическим свойствам и размерам частиц. При образовании твердых растворов замещения оба вещества часто неограниченно растворяются друг в друге, при этом образуется непрерывный ряд твердых растворов. Тип решетки и число частиц в кристаллической ячейке при этом остаются неизменными, но изменяются ее объем и плотность.

Твердые растворы внедрения получаются путем внедрения частиц одного вещества в междоузлия кристаллической решетки другого вещества (растворителя). Растворы внедрения образуются в том случае, когда размеры частиц внедряемого вещества меньше размеров частиц растворителя. Растворы внедрения образуются в том случае, когда размеры частиц внедряемого вещества меньше размеров частиц растворителя. При образовании твердых растворов этого типа растворимость внедряющегося компонента ограничена, вследствие чего образуется непрерывный ряд твердых растворов. Число частиц в элементарной кристаллической ячейке и ее объем увеличиваются.

Твердые растворы вычитания встречаются значительно реже. Они получаются при выпадении некоторых атомов из кристаллической ячейки, в связи с чем эти растворы иногда называют твердыми растворами с дефектной решеткой.

На практике наиболее часто приходится встречаться с жидкими растворами. В жидком растворе обычно различают растворитель и растворенное вещество. Под растворителем понимают вещество, которое имеется в растворе в большем количестве. Остальные компоненты, присутствующие в растворе в меньших количествах, называются растворенными веществами. Такое деление на растворитель и растворенное вещество крайне условно, особенно если количества компонентов в растворе соизмеримы. Для образования жидкого раствора в качестве растворителя применяют воду или органические растворители (спирты, кетоны, кислоты эфиры, углеводороды).

При образовании жидких растворов растворенное вещество может находиться в виде отдельных молекул или ассоциатов, состоящих из нескольких молекул, либо частично или полностью диссоциировать на ионы. В связи с этим жидкие растворы подразделяются на растворы неэлектролитов и растворы электролитов.