РОЗДІЛ 8

Дисперсні системи. Поняття про розчини

1. Поняття про розчини

Розчин  це гомогенна (однорідна) система, яка складається з двох або більше компонентів (розчинника, розчиненої речовини) і продуктів їх взає-модії.

Компонент, який у розчині міститься у більшій кількості і не змінює агрегатний стан під час утворення розчину або вміст якого переважає вміст інших компонентів, називається розчинником. Компонент, який у розчині міститься в меншій кількості, називається розчиненою речовиною.

Поняття розчинник і розчинена речовина умовне. Наприклад, при змішуванні чистої води та твердої речовини солі утворюється рідкий роз-чин. У даному випадку роль розчинника виконує вода. Якщо обидва ком-поненти до розчинення знаходились у одному агрегатному стані, тоді роз-чинником вважається компонент, який взятий у більшій кількості, а якщо об’єми однакові, тоді не важливо, який із компонентів виконує роль роз-чинника, а який – розчиненої речовини.

Розчини можуть бути газоподібні, рідкі та тверді. Прикладом рідкого розчину може бути розчин солі у воді, до газоподібного розчину належить повітря. Воно складається з азоту, кисню, карбон(IV) оксиду, водяної пари та благородних газів. До твердих розчинів належать металічні сплави (наприклад, сплав нікелю та міді).

Найбільш важливе значення в хімії, а також в існуванні навколишньо-го середовища мають розчини, в яких розчинником є вода. Тому далі бу-дуть розглядатись в основному водні розчини.

Відповідно до хімічної теорії розчинів Д.І. Менделєєва (1887), у про-цесі розчинення відбувається хімічна реакція між розчиненою речовиною і розчинником, у результаті якої утворюються нестійкі сполуки частинок розчиненої речовини з молекулами розчинника, що знаходяться у стані часткової дисоціації. Ці сполуки називаються сольватами, а для водних розчинів – гідратами. Гідрати утворюються за рахунок донорно-акцептор-ної, диполь-дипольної взаємодії, за рахунок водневих зв’язків, а також дис-персійної взаємодії. Переважно схильні до гідратації іони. Вони приєдну-ють полярні молекули води, в результаті чого утворюються гідратовані іони. У багатьох випадках такі сполуки нестійкі і легко розкладаються при виділенні їх у вільному стані. Однак в окремих випадках утворюються міцні сполуки, які легко виділити із розчину шляхом кристалізації. Криста-лічні речовини, що містять молекули води, називаються кристалогідра-тами, а вода, що входить до їх складу, – кристалізаційною. Велика кіль-кість природних мінералів є кристалогідратами. Склад кристалогідратів прийнято зображати формулами, що показують, яку кількість кристаліза-ційної води містить кристалогідрат. Наприклад, кристалогідрат купрум(ІІ) сульфату (мідний купорос) виражається формулою CuSO₄  5H₂O; криста-логідрат натрій сульфату (глауберова сіль) – Na₂SO₄ 10 H₂O.

Таким чином, розчини – не лише фізичний, але й хімічний процес. Рідкі розчини посідають проміжне положення між хімічними сполуками постійного складу і механічними сумішами. Як і хімічні сполуки, вони од-норідні і характеризуються тепловими явищами. З іншого боку, на відміну від хімічних сполук, розчини не підлягають закону сталості складу; вони, як і суміші, можуть бути легко розділені на складові частини. Процес розчинення є фізико-хімічним процесом, а розчини – фізико-хімічними системами.

Вихідним положенням фізичної теорії розчинів, розвинутою завдяки працям Вант-Гоффа, Рауля, Арреніуса, було твердження про відсутність взаємодії розчиненої речовини з розчинником. Розчинник є індиферентним середовищем, у якому молекули розчиненої речовини рівномірно розподі-ляються в усьому об’ємі розчину за рахунок сил дифузії. При цьому немає міжмолекулярної взаємодії як між частинками розчиненої речовини, так і молекулами розчинника.