Класифікація розчинів.

Розчини речовин з молярною масою менше 5000 г/моль називають розчинами низькомолекулярних сполук (НМС), а розчини речовин з молярною масою понад 5000 г/моль – розчинами високомолекулярних сполук (ВМС).

За наявністю або відсутністю електролітичної дисоціації розчини НМС діляться на розчини електролітів і неелектролітів.

Речовини, що розпадаються на іони в розчинах або розплавах і тому проводять електричний струм – електроліти (до них належать кислоти, основи і майже усі солі). Речовини, які за таких самих умов не розпадаються на іони і електричний струм не проводять  – неелектроліти (до них належать більшість органічних сполук, а також речовини, в молекулах яких є тільки ковалентні неполярні або мало полярні зв’язки).

Розчини можуть бути насиченими, ненасиченими і пересиченими. Насиченим називається розчин, який перебуває у динамічній рівновазі з надлишком розчиненої речовини. У насиченому розчині за даної температури міститься максимально можлива кількість розчиненої речовини. У ненасиченому розчині міститься менше речовини, а в пересиченому – більше, ніж у насиченому. Пересичені розчини досить нестійкі. Легке струшування посудини або добавляння в розчин кристала солі викликає випадання в осад надлишку розчиненої речовини.

Розчини НМС – електролітів і неелектролітів – називають істиними на відміну від колоїдних розчинів. Істині розчини характеризуються гомогенністю складу й відсутністю поверхні розподілу між розчиненою речовиною й розчинником. Розмір розчинених часток – іонів і молекул – менше як 10^-9 м.

Залежно від агрегатного стану розчиненої речовини і розчинника  (дисперсійного середовища) розчини бувають: газоподібні, тверді, рідкі.

Газоподібні розчини – це суміші газів.

Гомогенні тверді розчини можуть утворювати солі, метали або оксиди. Відомі тверді розчини двох типів: заміщення і вкорінення.

Як і в індивідуальних кристалічних речовинах, в твердих розчинах атоми, іони або молекули утримуються в кристалічній решітці силами міжатомної, міжіонної або міжмолекулярної взаємодії. Але кристалічну решітку твердого розчину утворюють частинки двох чи більше речовин, розміщених відносно один одного невпорядковано. Іншими словами, твердий розчин представляє собою змішаний кристал. В залежності від способу розміщення частинок розрізняють тверді розчини заміщення і включення.

Тверді розчини заміщення утворюються в тому випадку, якщо кристалічні решітки компонентів однотипні і розміри компонентів близькі. Необхідною умовою утворення твердих розчинів є також подібність хімічних властивостей речовин (однаковий тип хімічного зв’язку). Так, в кристалі КСl іони хлору можуть бути поступово заміщені іонами брому,тобто можна здійснити практично неперервний перехід від складу КСl до складу KBr без помітної зміни стійкості кристалічної решітки. Властивості  твердих розчинів, які утворюються теж неперервно змінюються від КСl до KBr. Деякі приклади іонних, атомних, молекулярних і металічних твердих розчинів заміщення: Si– Ge, Se – Te (ковалентні кристалічні решітки), КСl – KBr, K₂SO₄ – K₂BeF₄ (іонна кристалічна решітка), Ag – Au, Au – Pt (металічна кристалічна решітка), Br₂ – I₂ (молекулярна кристалічна решітка).

Якщо розмір частинок одного з компонентів не перевершує ²/₃ розміру частинок другого, то можливе утворення твердих розчинів включення шляхом проникнення менших за розміром частинок в порожнини кристалічної решітки, утвореної більш крупними частинками. Тверді розчини включення, наприклад, утворюються при одночасній кристалізації заліза і вуглецю; при поглинанні деякими металами водню. Утворення твердих розчинів з компонентів супроводжується (як і у випадку рідких розчинів):

        Енергетичним ефектом;

        Зміною загального об’єму;

        Зміною ряду властивостей вихідних компонентів.

Тверді розчини отримують частіше всього при кристалізації рідких розчинів.

Так, твердий розчин Ag – Au утворюється при кристалізації рідкого сплаву цих металів; при одночасній кристалізації з водного розчину або з розплаву утворюються змішані кристали КСl – KBr.

Рідкі розчини утворюються при розчиненні газоподібних, рідких або твердих речовин у дисперсійному середовищі (розчиннику). Цей тип  розчинів, які належать до рідких однофазних систем, є найважливішим, оскільки більшість біологічних, геологічних і хімічних процесів відбуваються за участю рідких розчинів. Велике значення мають розчини в будівельній справі, технології напівпровідників, різних галузях науки, техніки і промисловості.

У рідких розчинах розчинником, як правило, є рідини, зокрема вода. Незалежно від вмісту розчиненої речовини за розчинник вважають той компонент розчину, агрегатний стан якого не змінюється, тобто залишається рідким. Це насправді так, коли мова йде про розбавлені розчини. Висококонцентровані розчини, в яких переважає вміст розчиненої речовини, розглядають як розчини води в іншому компоненті. Це, наприклад, системи метанол-вода з вмістом метанолу 80-90 %, сіль-вода, яка є розчином води в невпорядкованій кристалічній решітці електроліту.

Розчинність – це максимальна маса речовини, яка може за даних умов (температури, тиску) розчинитись у певному розчиннику масою 100 г.

 Деякі речовини необмежено розчиняються у воді. Це сульфатна, нітратна, оцтова кислоти; ацетон, гліцерин тощо.

Розрізняють добре розчинні речовини. Їх розчинність перевищує 10 г на 100 г розчинника. Наприклад, газ амоніак добре розчиняється у воді.

Якщо розчинність речовин від 1 до 10 г на 100 г розчинника, то речовини називають розчинними. Наприклад, розчинність брому – 3,58 г на 100 г води.

Розчинність малорозчинних речовин від 0,001 до 1 г на 100 г розчинника. Азот – малорозчинний у воді. Кальцій карбонат – приклад практично нерозчинної речовини, оскільки його розчинність менша за 0,001 г на 100 г води.

Абсолютно нерозчинних речовин не існує. Навіть малоактивні метали здатні розчинятись у воді. Слов’янські красуні, щоб мати гладеньку шкіру та ніжний рум’янець, здавна вмивались водою зі срібного глечика. І зараз люди використовують бактерицидні властивості срібла. Учені Харківського державного науково-виробничого підприємства “Рубін” запропонували оздоровлювати воду, занурюючи в неї “Українську срібну кулю”.

Розрізняють концентровані і розбавлені розчини. Концентровані розчини містять набагато більше розчиненої речовини, ніж розчинника, а розбавлені – навпаки. Оцтова есенція – це концентрований водний розчин оцтової кислоти, а столовий оцет – її розбавлений розчин.

Проте концентрований розчин може бути ненасиченим. Наприклад, у воді масою 100 г можна розчинити цукор масою 150 г. Утворений розчин дуже концентрований, проте ненасичений, адже в ньому можна розчинити ще цукор масою 53 г. Натомість бромна вода – насичений, але досить розбавлений розчин брому, адже розчинність брому у воді невисока.

Розчини дуже поширені і мають велике значення у житті та практичній діяльності людини. Вода морів і океанів містить багато розчинених речовин – переважно хлоридів Натрію, Кальцію, Магнію. Природні мінеральні води – розчини.