3 Истинные растворы

В истинных растворах растворенное веществ и растворитель измельчены до атомного или молекулярного уровня и равномерно распределены по всему объему раствора. Истинные растворы – термодинамически устойчивые системы. В последующем вместо названия истинный раствор будет применяться термин «раствор».

Раствор – это однородная система, состоящая из двух или более компонентов.

Растворы имеют большое практическое значение, в них протекают многие химические реакции, в том числе и жизненно важные, лежащие в основе обмена веществ в живых организмах. В большинстве пищевых технологий применяются растворы. Последующий материал посвящен изучению свойств водных растворов.

2 Способы выражения состава растворов

Концентрацией раствора называется отношение количества или массы растворенного ве­щества, содержащегося в растворе, к определенной массе или объему раствора или растворителя.

Приведем наиболее часто употребляемые в химии способы выраже­ния состава раствора:

1) Массовая доля (ω) – отношение массы растворенного вещества к массе раствора

ω(x) = m(х)∕m_{раствора}

Массовая доля выражается в долях от единицы или в процентах (в долях от ста). Процентная концентрация показывает, сколько граммов растворённого вещества содержится в 100 г раствора.

Пример – ω(Н₂SО₄) = 3% или 3% Н₂SО₄, т.е. в 100 г раствора содержится 3 г Н₂SО₄.

2) Мольная доля (N) – отношение количества молей растворенного вещества к общему числу молей раствора. В случае двухкомпонентного раствора формула имеет вид

Мольная доля показывает, сколько молей растворенного вещества приходится на один моль раствора.

Пример – N(Н₂SО₄) = 0,2, т.е. на один моль раствора приходится 0,2 моль Н₂SО₄.

Массовая и мольная доли является безразмерными величинами.

3) Молярная концентрация (С) – отношение количества молей растворенного вещества к объему раствора.

Сокращенное обозначение молярной концентрации – М. На практике молярную концентрацию выражают обычно в моль/л.

Пример – 2М Н₂SО₄ или С(Н₂SО₄) = 2 моль/л.

4) Молярная концентрация эквивалента или нормальная концентрация (н) – отношение количества моль эквивалентов растворенного вещества к объему раствора

Пример – С(1/2 Н₂SО₄ ) = 0,4 моль экв./л или 0,4 н Н₂SО₄, т.е. в одном литре раствора содержится 0,4 моль эквивалента Н₂SО₄.

5) Моляльная концентрация (Сm) – отношение количества молей растворенного вещества на 1 кг (1000 г) растворителя

.

Пример – С_m(Н₂SО₄) = 0,3 моль/кг, т.е. на 1 кг растворителя приходится 0,3 моль Н₂SО₄.

Массовые концентрации (массовая доля, процентная, моляльная) не зависят от температуры. В случае применения объема концентрация раствора будет зависеть от температуры, поэтому её относят к определенной температуре.

3 Физико-химические процессы образования растворов

В основе современных представлений образования растворов лежит гидратная теория Д. И. Менделеева. Он считал, что растворение не только физический, но и химический процесс взаимодействия растворенного вещества с растворителем. Об этом свидетельствует выделение или поглощение тепла, изменение объема, окраски и другие явления, протекающие в процессе растворения.

Процесс растворения включающие три основные стадии:

1) Разрушение растворенного вещества до уровня молекул или ионов. Этот процесс требует затраты энергии.

2) Взаимодействие молекул растворителя с частицами растворенного вещества. Этот процесс называется сольватацией или гидратацией, если растворителем является вода. Сольватация (гидратация) сопровождаются выделением энергии.