Растворы и их применение в химии. Растворы. Виды растворов. Классификация растворов по различным критериям

Растворы - это однородные системы переменного состава, состоящие из двух или более веществ. Известны газообразные, жидкие и твердые растворы. К газообразным растворам относятся смеси любых газов, к твердым - многие сплавы металлов, стекла. Особое значение в природе и технике имеют жидкие растворы, образуемые растворением газов, жидкостей и твердых веществ в воде и других жидкостях. При растворении газов и твердых веществ в жидкости последнюю принято называть . При растворении жидкостей друг в друге растворителем считают ту из них, которой в растворе больше. Количество растворенного вещества, содержащееся в определенном количестве раствора или , называют концентрацией (см.) раствора. Растворы, в котором данное вещество больше не растворяется и, следовательно, избыток растворяемого вещества находится в равновесии с раствором, называют насыщенным. Концентрация ненасыщенного раствора меньше, а пересыщенного больше, чем насыщенного раствора. Пересыщенные растворы обычно образуются при медленном охлаждении горячих насыщенных растворов. Способность вещества растворяться в том или ином количестве в данном растворителе при образовании насыщенного раствора называют растворимостью вещества. Растворимость газов в жидкостях принято выражать коэффициентом поглощения (абсорбции), который указывает, сколько объемов газа (при t° 0° и давлении в 1 атм.) растворяется в одном объеме жидкости при данной температуре и парциальном давлении газа, равном 1 атм. Растворимость жидкостей и твердых веществ в жидкостях обычно выражают числом граммов растворяемого вещества на 100 г растворителя или на 100 мл насыщенного раствора. Растворимость зависит от природы растворяемого вещества и растворителя. С повышением температуры растворимость газов уменьшается, а жидкостей и твердых веществ в большинстве случаев повышается. Растворимость газов прямо пропорциональна давлению, при котором растворяется газ.

Растворы играют исключительную роль в природе и технике. Воды Мирового океана и атмосфера представляют собой растворы. С растворами связаны все физиологические и биохимические процессы, так как внутренней средой любого организма являются водные растворы различного рода веществ. Многие лекарственные средства также являются растворами.

См. также Буферные растворы, Диффузия, Изотонические растворы, Коллоиды, .

Растворы (истинные растворы) - однородные (гомогенные) системы переменного состава, состоящие из двух или более веществ. От механических смесей растворы отличаются однородностью, от химических соединений - переменным составом.

Растворы играют исключительно важную роль в природе, технике и обыденной жизни. Подавляющее большинство известных химических реакций протекает в растворах. Воды мирового океана и атмосфера представляют собой растворы. Физиологические жидкости также являются растворами. Почти все лекарственные вещества оказывают свойственное им действие на организм в растворенном состоянии.

В зависимости от агрегатного состояния различают газообразные, жидкие и твердые растворы. К газообразным относят смеси любых газов и паров, в том числе и воздух. К твердым - многие сплавы, стекло, некоторые минералы и горные породы. Особое значение для изучения жизненных процессов в норме и патологии имеют жидкие растворы, образуемые растворением в жидкостях газов, жидкостей или твердых веществ.

При растворении в жидкости газов или твердых веществ жидкость принято называть растворителем, а газы или твердые вещества, находящиеся в растворах,- растворенными веществами.

В случае растворения одной жидкости в другой растворителем считают ту из них, которая находится в растворах в относительно большем количестве.

Насыщенным раствором называют раствор, находящийся в равновесии с избытком растворяемого вещества, ненасыщенным - раствор, концентрация которого меньше, чем насыщенного, а пересыщенным - раствор, концентрация которого больше, чем насыщенного.

В зависимости от величины молекулярного веса растворенного вещества жидкие растворы подразделяют на растворы низкомолекулярных веществ, например водные растворы обычных кислот, щелочей и солей, и на растворы высокомолекулярных соединений, к которым относятся растворы белков, полисахаридов, нуклеиновых кислот в воде, каучука в бензоле, нитроклетчатки в спиртоэфирной смеси и др. Растворы высокомолекулярных соединений обладают рядом характерных свойств, присущих типичным коллоидным растворам. (см. коллоиды).

Процесс растворения сопровождается выделением или поглощением тепла.

Растворимость данного вещества в жидкости измеряется концентрацией (см.) насыщенного его раствора в этой жидкости.

Установлен ряд качественных правил растворимости веществ в жидкостях. Полярные вещества хорошо растворимы в полярных растворителях (вода, спирт, ацетон и др.) и плохо в неполярных жидкостях (бензол, четыреххлористый углерод, сероуглерод и т. д.). Наоборот, неполярные вещества хорошо растворимы в неполярных растворителях и плохо - в полярных. Последнее правило кладется в основу некоторых теорий клеточной проницаемости. При этом имеется в виду, что оболочка многих клеток состоит из неполярных веществ - липидов.

Растворимость газов в жидкостях выражают коэффициентом поглощения, который указывает, сколько объемов данного газа, приведенных к нормальным условиям (t° 0° и давление 1 атм.), растворяется в одном объеме жидкости при данной температуре и парциальном давлении газа, равном 1 атм.

Растворимость газов в жидкостях изменяется в широких пределах в зависимости от природы жидкости и газа, а также от давления и температуры. Так, например, при t° 18° коэффициент поглощения азота равен 0,01698; кислорода - 0,03220; хлористого водорода - 427,9; аммиака - 748,8. Кислород примерно вдвое более растворим в воде, чем азот, поэтому в воздухе, растворенном в воде, содержание кислорода значительно больше, чем в атмосфере (34,1% по объему при t° 18° вместо 21,2% в атмосфере). Это имеет большое биологическое значение для организмов, обитающих в воде.

Зависимость растворимости газа от давления выражается законом Генри (см. Абсорбция).

При растворении смеси газов растворимость каждого газа согласно закону Дальтона пропорциональна его парциальному давлению над раствором.

С повышением температуры растворимость газа в жидкости уменьшается. Этим свойством газа пользуются для удаления из жидкостей растворенных в них газов.

Для этого раствор кипятят в течение некоторого времени, в результате чего газ удаляется из раствора вместе с пузырьками пара.

Указанная зависимость растворимости газов от температуры имеет большое биологическое значение для организмов, обитающих в воде.

С повышением температуры дыхание организмов и потребность в кислороде возрастают, тогда как концентрация его в воде падает, вследствие чего при нагревании может наступить гибель организмов от удушья из-за недостатка кислорода. При насыщении воды кислородом организмы становятся менее чувствительными к повышению температуры.

При растворении в воде солей и многих неэлектролитов, склонных к гидратации, растворимость в ней газов, как правило, значительно уменьшается в соответствии с законом И. М. Сеченова.

Растворимость жидкостей в жидкостях колеблется в широких пределах. Известны жидкости, неограниченно растворяющиеся друг в друге, например спирт и вода, серная кислота и вода, и др. Существуют жидкости, ограниченно растворимые друг в друге, например эфир растворим в воде в небольших количествах. При добавлении больших количеств образуются два слоя. Верхний слой представляет собой насыщенный раствор воды в эфире и содержит при t° 18° 1,2% воды и 98,8% эфира; нижний слой, являющийся насыщенным раствором эфира в воде, содержит 93,5% воды и 6,5% эфира.

Известны жидкости, практически нерастворимые друг в друге, например ртуть и вода, бензол и вода. С увеличением температуры взаимная растворимость ограниченно растворимых жидкостей в большинстве случаев возрастает и часто при достижении определенной для каждой пары жидкостей температуры, называемой критической, жидкости полностью смешиваются одна с другой. Например, фенол и вода при t° 68,8° (критическая температура) и выше растворяются друг в друге в любых пропорциях; ниже критической температуры они лишь ограниченно растворимы друг в друге.

При изменении давления взаимная растворимость жидкостей меняется незначительно.

Растворимость твердых веществ в жидкостях обычно выражают в граммах твердого безводного вещества, приходящихся на 100 г растворителя в насыщенном растворе или на 100 мл насыщенного раствора. В зависимости от природы твердого вещества и растворителя растворимость твердых веществ в жидкостях колеблется в очень широких пределах. Так, например, при 25° в 100 г воды растворяется 257 г AgNO 3 и лишь 3·10 -20 г HgS.

Растворимость твердых веществ зависит от степени их измельчения. Мелкие кристаллики, или зерна, размеры которых меньше примерно 0,1 мм, более растворимы чем крупные. Различные по содержанию кристаллизационной воды кристаллогидраты одного и того же химического соединения обладают неодинаковой растворимостью. Например, растворимость Na 2 SO 4 ·10Н 2 O в воде меньше растворимости Na 2 SO 4 .

Растворимость твердых веществ в жидкостях почти не зависит от давления, но, как правило, сильно изменяется с температурой.

Обычно растворимость твердых веществ возрастает с повышением температуры, но известны вещества, как например Са(ОН) 2 , Са(С 2 Н 3 O 2) 2 и др., растворимость которых с повышением температуры понижается.

См. также Буферные растворы, Диффузия, Изотонические растворы, Электролиты.

Основные понятия

Раствором называют гомогенную систему, состоящую из двух или более компонентов.

Один из компонентов раствора – растворитель, остальные – растворенные вещества . Растворителем обычно считают тот компонент, чье агрегатное состояние не изменяется при образовании раствора. Если оба компонента находятся в одинаковом агрегатном состоянии, то растворителем является тот компонент, который находится в большем количестве.

Растворы бывают насыщенными, ненасыщенными и пересыщенными.

Насыщенный раствор – это раствор, который находится в равновесии с твердой фазой растворенного вещества, т.е. содержит максимально возможное количество растворенного вещества при данной температуре.

Ненасыщенный раствор – это раствор, концентрация которого меньше концентрации насыщенного раствора.

Пересыщенный раствор – это раствор, в котором растворяемого вещества содержится больше, чем в насыщенном при данной температуре.

Растворимостью называют способность одного вещества растворятся в другом. Количественно растворимость твердых веществ и жидкостей определяется коэффициентом растворимости. Коэффициент растворимости выражается массой вещества, растворяющегося при данных условиях в 100 г растворителя с образованием насыщенного раствора. Обычно вещество считают растворимым (р ), если величина коэффициента растворимости превышает 1. При коэффициенте растворимости от 1 до 0,01 вещество мало растворимо (м ). При коэффициенте растворимости менее 0,01 вещество практически нерастворимо (н ).

Растворение веществ часто сопровождается выделением или поглощением теплоты. Что является следствием химического взаимодействия растворенного вещества с растворителем. Этот процесс называется гидратацией , если растворитель – вода, или сольватацией , если взят неводный растворитель. При этом образуются соединения, который соответственно называются гидратами и сольватами .

Гидраты, как правило, не стойкие вещества. Но некоторые из них настолько прочны, что вода входит в состав кристаллов растворенного вещества. Такие вещества называются кристаллогидратами, а содержащаяся в них вода называется кристаллизационной.

Состав кристаллогидрата изображается формулой, которая показывает какое количество кристаллизационной воды содержится в кристаллогидрате:

· медный купорос (кристаллогидрат сульфата меди) – CuSO 4 ·5H 2 O;

· глауберова соль (кристаллогидрат сульфата натрия) – Na 2 SO 4 ·10H 2 O.

Тема 7. Растворы и дисперсные системы Оглавление

Тема 7. Растворы и дисперсные системы 1

7.1.Основные понятия и определения. Структура темы 3

7.1.1.Классификация растворов 3

7.1.2.Структура темы 4

7.2.Дисперсные системы (смеси) их виды 5

7.2.1.Грубодисперсные системы 6

7.2.2.Тонкодисперсные системы (коллоидные растворы) 6

7.2.3.Высокодисперсные системы (истинные растворы) 9

7.3.Концентрация, способы ее выражения 10

7.3.1.Растворимость веществ. 10

7.3.2.Способы выражения концентрации растворов. 11

7.3.2.1.Процентная 12

7.3.2.2.Молярная 12

7.3.2.3.Нормальная 12

7.3.2.4.Моляльная 12

7.3.2.5.Мольная доля 12

7.4.Физические законы растворов 13

7.4.1.Закон Рауля 13

7.4.1.1.Изменение температур замерзания 14

7.4.1.2.Изменение температур кипения 15

7.4.2.Закон Генри 15

7.4.3.Закон Вант-Гоффа. Осмотическое давление 15

7.4.4.Идеальные и реальные растворы. 16

7.4.4.1.Активность – концентрация для реальных систем 17

7.5.Теория растворов 17

7.5.1.Физическая теория 18

7.5.2.Химическая теория 18

7.6.Теория электролитической диссоциации 19

7.6.1.Растворы электролитов 20

7.6.1.1.Константа диссоциации 20

7.6.1.2.Степень диссоциации. Сильные и слабые электролиты 24

7.6.1.3.Закон разведения Оствальда 27

7.6.2.Электролитическая диссоциация воды 27

7.6.2.1.Ионное произведение воды 28

7.6.2.2.Водородный показатель. Кислотность и основность растворов 29

7.6.2.3.Кислотно-основные индикаторы 29

7.7.Реакции ионного обмена. 31

7.7.1.Образование слабого электролита 32

7.7.2.Выделение газа 34

7.7.3.Образование осадков 34

7.7.3.1.Условие образование осадка. Произведение растворимости 34

7.7.4.Гидролиз солей 36

7.7.4.1.Смещение равновесия при гидролизе 38

1. Основные понятия и определения. Структура темы

Дисперсные системы или смеси представляют собой многокомпонентные системы, в которых одно или несколько веществ равномерно распределено в виде частиц в среде другого вещества.

В дисперсных системах различают дисперсную фазу - мелкораздробленное вещество и дисперсионную среду - однородное вещество, в котором распределена дисперсная фаза. Например, в мутной воде, содержащей глину, дисперсной фазой являются твердые частички глины, а дисперсионной средой - вода; в тумане дисперсная фаза - частички жидкости, дисперсионная среда - воздух; в дыме дисперсная фаза -- твердые частички угля, дисперсионная среда - воздух; в молоке - дисперсная фаза - частички жира, дисперсионная среда - жидкость и т. д. Дисперсные системы могут быть как гомогенными так и гетерогенными.

Гомогенная дисперсная система является раствором.

1. Классификация растворов

По размеру растворенных веществ все многокомпонентные растворы разделяют на:

грубодисперсные системы (смеси);

тонкодисперсные системы (коллоидные растворы);

высокодисперсные системы (истинные растворы).

По фазовому состоянию растворы бывают:

По составу растворенных веществ жидкие растворы рассматривают как:

электролиты;

неэлектролиты.

1. Структура темы

1. Дисперсные системы (смеси) их виды

Дисперсная система - это смесь из двух или более веществ, которые совершенно или практически не смешиваются и не реагируют друг с другом химически. Первое из веществ (дисперсная фаза ) мелко распределено во втором (дисперсионная среда ). Фазы разделены между собой границей раздела и их можно отделить друг от друга физическим способом (центрифугировать, сепарировать и т.д.).

Основные виды дисперсных систем: аэрозоли, суспензии, эмульсии, золи, гели, порошки, волокнистые материалы типа войлока, пены, латексы, композиты, микропористые материалы; в природе - горные породы, почвы, атмосферные осадки.

По кинетическим свойствам дисперсной фазы дисперсные системы можно разделить на два класса:

Свободнодисперсные системы, у которых дисперсная фаза подвижна;

Связнодисперсные системы, дисперсионная среда которых твердая, а частицы их дисперсной фазы связаны между собой и не могут свободно перемещаться.

По размеру частиц дисперсной фазы различают грубодисперсные системы (взвеси) с размером частиц более 500 нм и тонкодисперсные (коллоидные растворы или коллоиды) с размерами частиц от 1 до 500 нм.

Таблица 7.1. Разновидность дисперсных систем.

Неводные растворы, определение, характеристика

НЕВОДНЫЕ РАСТВОРЫ. РАСТВОРИТЕЛИ, ХАРАКТЕРИСТИКА. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА В АПТЕЧНЫХ и заводских условиях. НОМЕНКЛАТУРА

План:

1. Неводные растворы, определение, характеристика.

2. Особенности технологии растворов на неводных летучих растворителях.

3. Особенности технологии растворов на неводных нелетучих растворителях.

4. Оценка качества неводных растворов.

Перспективы совершенствования качества и технологии неводных растворов.

Неводные растворы, определение, характеристика.

Неводные растворы - это жидкие лекарственные формы, представляющие собой гомогенные дисперсные системы, структурными единицами в которых являются ионы и молекулы. Эти растворы предназначены главным образом для наружного применения (смазывания, обтирания, примочки, капли для носа, ушные и т.п.). Значительно реже они применяются внутрь, для инъекций и для ингаляций.

Причины применения неводных растворителей:

1. Необходимость получения растворов из трудно растворимых в воде лекарственных веществ;

2. Для устранения гидролиза лекарственных веществ;

3. Возможность пролонгирования действия;

4. Для увеличения стабильности лекарственных веществ в растворе.

К неводным растворам предъявляются требования , аналогичные требованиям к растворам водным, то есть:

Соответствие медицинскому назначению для достижения необходимого лечебного эффекта;

Полнота растворения лекарственных веществ;

Отсутствие механических включений;

Соответствие концентраций лекарственных веществ, объема или массы растворов прописанному;

Стабильность при хранении.

Достоинствами неводных растворов являются:

Простата изготовления;

Разнообразие способов назначения;

Стабильность неводных растворов (они более стабильны, чем водные).

Недостатки:

Невозможность процеживания растворов на вязких растворителях;

Некоторые летучие растворители огнеопасны. Поэтому работу с ними необходимо производить вдали от источников огня.

Растворители , входящие в состав неводных растворов, подразделяют на две группы:

Þ летучие (этанол, диэтиловый эфир, хлороформ);

Þ нелетучие (глицерин, минеральные масла (вазелиновое), силиконы (эсилон 4, 5), полиэтиленоксиды (ПЭО - 400), димексид).

Изготовление растворов на неводных растворителях характеризуется теми же стадиями, что и водных растворов, т.е. отвешивание или отмеривание лекарственных веществ и растворителей, растворение и смешивание, фильтрование, упаковка, оформление. В то же время каждая из этих стадий в технологии неводных растворов имеет свои особенности, обусловленные главным образом физико-химическими свойствами растворителей.

Что такое Растворы?Растворитель?и Растворимость? Дайте определение понятиям!

Екатерина муренко

Раство́р - гомогенная (однородная) смесь, образованная не менее чем двумя компонентами, один из которых называется растворителем, а другой растворимым веществом, это также система переменного состава, находящаяся в состоянии химического равновесия.

Химический раствор - это смесь одной или нескольких кислот с водой.

Раствор - однофазная система переменного состава, состоящая из двух или более компонентов. Растворы - гомогенные (однородные) системы, то есть каждый из компонентов распределён в массе другого в виде молекул, атомов или ионов

Растворитель - компонент, агрегатное состояние которого не изменяется при образовании раствора. В случае же растворов, образующихся при смешении газа с газом, жидкости с жидкостью, твёрдого вещества с твёрдым, растворителем считается компонент, количество которого в растворе преобладает

Раствори́мость - способность вещества образовывать с другими веществами однородные системы - растворы, в которых вещество находится в виде отдельных атомов, ионов, молекул или частиц.

Ольka

РАСТВОРЫ - однородные смеси переменного состава. Р. делят на газовые, жидкие и твёрдые. К газовым Р. относят воздух, природные горючие газы и др. ; их чаще называют смесями.

РАСТВОРЫ - гомогенные системы, состоящие из двух или более компонентов, состав к рых в определенных пределах может непрерывно изменя

РАСТВОРИМОСТЬ, способность вещества образовывать с др. веществом (или веществами) гомог. смеси с дисперсным распределением

Растворители - индивидуальное химическое соединение или их смесь, способная растворять различные вещества, то есть образовывать с ними однородные системы переменного состава двух или большего числа компонентов

Назад Вперёд

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Цели урока.

1. Формирование представлений о растворении как физико-химическом процессе, растворах как физико-химических системах и их классификации.
2. Формирование понятий раствор, растворение, диссоциация, гидратация.

Оборудование и реактивы: сахар, хлорид натрия, сульфат меди (II), пересыщенный раствор ацетата натрия, борная кислота, этанол, керосин, охлажденная дистиллированная вода, термометр, химические стаканы – 6 шт., ступка с пестиком, пробирки – 2 шт., спиртовка, стеклянные палочки – 8 шт.

Ход урока

1. Учитель дает представление о многообразии растворов в окружающем мире, о существовании растворов с разным агрегатным состоянием и их отличительных признаках. Делается акцент на водных растворах как наиболее часто используемых в деятельности человека. На конкретных примерах рассматриваются существенные признаки растворов.

2. На основе демонстрационных экспериментов выявляются процессы, протекающие при растворении, делаются первые попытки определения процесса растворения.

В 2 стакана наливаем по 50 мл воды. В первый стакан опустим несколько крупных кристаллов сульфата меди (II), в другой – такое же количество перетертого в ступке сульфата меди (II).

В стакане с перетертым сульфатом меди голубое окрашивание появляется быстрее, а мелкие кристаллы исчезают. В другом стакане процесс растворения протекает медленнее. Измельченные вещества растворяются быстрее.

Делается вывод о необходимости измельчения и перемешивания компонентов раствора.

На основе видеофрагмента и схемы рассматривается сущность процессов диссоциации и гидратации растворенного вещества.

3. Выводятся основные определения понятий темы.

Растворение – это физико-химический процесс, включающий в себя разрушение кристаллической решетки вещества (диссоциацию) и взаимодействие образовавшихся частиц с молекулами растворителя (сольватацию).

Растворы – это однородная устойчивая система, состоящая из частиц растворенноговещества, растворителя и продуктов их взаимодействия.

На основе определения проверятся усвоение учащимися различия растворов и неоднородных смесей, растворения и других физических и химических процессов.

Закрепляются и фиксируются основные понятия темы.

Растворение - физико-химический процесс, включающий в себя разрушение кристаллической решетки вещества и взаимодействие образовавшихся частиц с молекулами растворителя.

Диссоциация - распад вещества на составные части.

Гидратация – химическое взаимодействие вещества с водой.

Раствор - однородная устойчивая система, состоящая из частиц растворенного вещества, растворителя и продуктов их взаимодействия.

4. Классификация растворов по количеству растворенного вещества. Определение зависимости растворимости от температуры.

В 4 стакана нальем по 50 мл воды, охлажденной до 15 градусов Цельсия. Поместим по 5 г сахара, соли (хлорида натрия), сульфата меди (II) и борной кислоты в стаканы и тщательно перемешаем.

Борная кислота лишь частично растворилась.

Добавляем следующие 5 г сульфата меди (II), соли и сахара.

Нерастворившиеся кристаллы сульфата меди (II) оседают на дно стакана.

В оставшиеся стаканы добавим еще 10г соли и сахара, перемешаем растворы.

Соль полностью не растворилась, а сахар по прежнему полностью растворился в воде.

Нагреем получившиеся растворы.

При нагревании осадки полностью растворились.

Добавим еще немного веществ в соответствующие растворы.

Добавленные вещества продолжают растворяться.

Делается вывод о существовании насыщенных и ненасыщенных растворов и их признаках.

“Мгновенная” кристаллизация пересыщенного раствора ацетата натрия.

Вывод о существовании неустойчивых пересыщенных растворов и их отличительных особенностях.

1. Разбор опорного конспекта и фиксация его учащимися.
2. Домашнее задание: карточки с задачами о растворах, §24, вопр. 1-4.

Химические растворы находят применение в самых разных отраслях промышленности. Самые распространенные растворы, используемые в химическом производстве, это растворы кислот и щелочей. Рассмотрим же основные из них.

Бисульфит натрия NaHSO 3

Данный вид раствора имеет светло-желтый окрас. В ряде случаев может становиться коричневого оттенка. Зачастую для транспортировки и хранения бисульфита натрия используются бутылки из стекла или железнодорожные цистерны. Но в случае покупки такого вещества возможен его разлив по канистрам, бочкам и иным емкостям аналогичного типа. Период годности раствора равен 90 дням с даты изготовления.

Гидроокись калия KOH

Гидроокись калия — это кристаллы, не имеющие цвета, используемые во время производства жидкого мыла и получения различных калиевых соединений. Кроме этого, активного применения приобрело вещество при изготовлении метана и в роли электролитов в структуре батареек. Вещество такого рода способствует очищению нержавеющей стали от жирных пятен и прочего род загрязнений.

Раствор хлористого кальция CaCl 2

Хлористый кальций — это соль соляной кислоты. Ему свойственно замерзать при холодной погоде (в соотношении: 20% при -18, 30% при -48 градусах по Цельсию). Раствор хлористого кальция широко применяется на газораспределительных станциях, в строительной сфере (обеспечивает быстрое схватывание цемента), с целью противодействия гололеду, в таких отраслях промышленности как пищевая и медицинская. Для хранения и перемещения используются канистры и кубы.

Раствор едкого натрия NaOH

Раствор едкого натрия широко используется в качестве реагента во время проведения различных химических реакций. Является сильной щелочью, по этой причине довольно часто он применяется с целью нейтрализации едкой кислоты. Кроме того, в качестве составляющей входит в содержание средств для отбеливания, ДВП, бумаги, парфюмерных и косметических продуктов.

Раствор серной кислоты H 2 SO 4

Серная кислота входит в класс двухосновных сильнодействующих кислот. Имеет вид густообразной бесцветной жидкости, не имеющей запаха. В промышленной сфере зачастую применяются такие растворы на основе дистиллированной воды. Уровень концентрации самой кислоты зависит от области использования раствора. Зачастую вещество применяют при выполнении химического синтеза, для очищения сырой нефти, во время производства удобрений и средств бытовой химии.

Раствор соляной кислоты HCl

Соляная кислота представлена химическим веществом в виде бесцветной жидкости, которой присущ резкий запах. Данный вид элемента выступает в качестве очень сильного растворителя. Приобрела широкое распространение в таких областях: химическая промышленность, гальванопластика, медицины, выпуск бумажных и картонных изделий. Хранение и транспортировка вещества осуществляется в обычных канистрах или кубах.

Сульфаминовая кислота NH 2 SO 3 H

Сульфаминовая кислота представлена в виде растворимого в воде кристаллического вещества, имеющего белый либо серый оттенок. Раствор такой кислоты используется с целью очищения промышленных устройств, для придания материалам из текстиля огнезащитных характеристик. Срок годности такого вещества составляет один год.

Если в сосуд с водой поместить кристаллы поваренной соли, сахара или перманганата калия (марганцовки), то мы можем наблюдать, как количество твердого вещества постепенно уменьшается. При этом вода, в которую были добавлены кристаллы, приобретает новые свойства: у нее появляется соленый или сладкий вкус (в случае марганцовки появляется малиновая окраска), изменяется плотность, температура замерзания и т.д. Полученные жидкости уже нельзя назвать водой, даже если они неотличимы от воды по внешнему виду (как в случае с солью и сахаром). Это – растворы .

Растворы - однородная многокомпонентная система, состоящая из растворителя, растворённых веществ и продуктов их взаимодействия.

Растворы не отстаиваются и сохранятся все время однородными. Если раствор профильтровать через самый плотный фильтр, то ни соль, ни сахар, ни марганцевокислый калий не удается отделить от воды. Следовательно, эти вещества в воде раздроблены до наиболее мелких частиц – молекул. Молекулы могут опять собраться в кристаллы только тогда, когда мы выпарим воду. Таким образом, растворы – это молекулярные смеси.

По агрегатному состоянию растворы могут быть жидкими (морская вода) , газообразными (воздух) или твёрдыми (многие сплавы металлов).
Размеры частиц в истинных растворах - менее 10 -9 м (порядка размеров молекул).

Любой раствор состоит из растворителя и растворенного вещества . В приведенных примерах растворителем является вода. Но не всегда обязательно вода является растворителем. Например, можно получить раствор воды в серной кислоте. Здесь растворителем будет кислота. Можно приготовить и растворы кислоты в воде.

Из двух или нескольких компонентов раствора растворителем является тот, который взят в большем количестве и имеет то же агрегатное состояние, что и раствор в целом.

** Существуют растворы не только жидкие, но и газовые и даже твердые. Например, воздух – раствор кислорода и еще нескольких газов в азоте. Сплавы металлов представляют собой твердые растворы металлов друг в друге. Газы, как мы уже знаем, способны растворяться в воде.

Давайте разберемся в том, как происходит растворение веществ. Для этого понаблюдаем, как растворяется добавленный в чай сахар. Если чай холодный, то сахар растворяется медленно. Наоборот, если чай горячий и размешивается ложечкой, то растворение происходит быстро.

Попадая в воду, молекулы сахара, находящиеся на поверхности кристаллов сахарного песка, образуют с молекулами воды донорно-акцепторные (водородные) связи. При этом с одной молекулой сахара связывается несколько молекул воды. Тепловое движение молекул воды заставляет связанные с ними молекулы сахара отрываться от кристалла и переходить в толщу молекул растворителя (рис. 7-2).

Молекулы сахара, перешедшие из кристалла в раствор, могут передвигаться по всему объему раствора вместе с молекулами воды благодаря тепловому движению. Это явление называется диффузией . Диффузия происходит медленно, поэтому около поверхности кристаллов находится избыток уже оторванных от кристалла, но еще не диффундировавших в раствор молекул сахара.

Они мешают новым молекулам воды подойти к поверхности кристалла, чтобы связаться с его молекулами водородными связями. Если раствор перемешивать, то диффузия происходит интенсивнее и растворение сахара идет быстрее. Молекулы сахара распределяются равномерно и раствор становится одинаково сладким по всему объему.

Количество молекул, способных перейти в раствор, часто ограничено. Молекулы вещества не только покидают кристалл, но и вновь присоединяются к кристаллу из раствора. Пока кристаллов относительно немного, больше молекул переходит в раствор, чем возвращается из него – идет растворение. Но если растворитель находится в контакте с большим количеством кристаллов, то число уходящих и возвращающихся молекул становится одинаковым и для внешнего наблюдателя растворение прекращается.

Ненасыщенные, насыщенные и перенасыщенные растворы

Если молекулярные или ионные частицы, распределённые в жидком растворе присутствуют в нём в таком количестве, что при данных условиях не происходит дальнейшего растворения вещества, раствор называется насыщенным. (Например, если поместить 50 гNaCl в 100 г H 2 O, то при 20ºC растворится только 36 г соли).

Насыщенным называется раствор, который находится в динамическом равновесии с избытком растворённого вещества.

Поместив в 100 г воды при 20ºC меньше 36 г NaCl мы получим ненасыщенный раствор .

При нагревании смеси соли с водой до 100C произойдёт растворение 39,8 г NaCl в 100 г воды. Если теперь удалить из раствора нерастворившуюся соль, а раствор осторожно охладить до 20ºC, избыточное количество соли не всегда выпадает в осадок. В этом случае мы имеем дело с перенасыщенным раствором . Перенасыщенные растворы очень неустойчивы. Помешивание, встряхивание, добавление крупинок соли может вызвать кристаллизацию избытка соли и переход в насыщенное устойчивое состояние.

Ненасыщенный раствор - раствор, содержащий меньше вещества, чем в насыщенном.

Перенасыщенный раствор - раствор, содержащий больше вещества, чем в насыщенном.

Растворение как физико-химический процесс

Растворы образуются при взаимодействии растворителя и растворённого вещества. Процесс взаимодействия растворителя и растворённого вещества называется сольватацией (если растворителем является вода - гидратацией ).

Растворение протекает с образованием различных по форме и прочности продуктов - гидратов. При этом участвуют силы как физической, так и химической природы. Процесс растворения вследствие такого рода взаимодействий компонентов сопровождается различными тепловыми явлениями.

Энергетической характеристикой растворения является теплота образования раствора , рассматриваемая как алгебраическая сумма тепловых эффектов всех эндо- и экзотермических стадий процесса. Наиболее значительными среди них являются:

– поглощающие тепло процессы - разрушение кристаллической решётки, разрывы химических связей в молекулах;

– выделяющие тепло процессы - образование продуктов взаимодействия растворённого вещества с растворителем (гидраты) и др.

Если энергия разрушения кристаллической решетки меньше энергии гидратации растворённого вещества, то растворение идёт с выделением теплоты (наблюдается разогревание). Так, растворение NaOH – экзотермический процесс: на разрушение кристаллической решётки тратится 884 кДж/моль, а при образовании гидратированных ионов Na + и OH - выделяется соответственно 422 и 510кДж/моль.

Если энергия кристаллической решётки больше энергии гидратации, то растворение протекает с поглощением теплоты (при приготовлении водного раствора NH 4 NO 3 наблюдается понижение температуры).

Растворимость

Мы говорим: "сахар растворяется в воде хорошо" или "мел плохо растворяется в воде". Но можно и количественно оценить способность того или иного вещества к растворению или, другими словами, растворимость вещества.

Растворимостью – называется способность вещества растворяться в том или ином растворителе. Мерой растворимости вещества при данных условиях является его содержание в насыщенном растворе.

Если в 100 г воды растворяется более 10 г вещества, то такое вещество называют хорошо растворимым . Если растворяется менее 1 г вещества – вещество малорастворимо . Наконец, вещество считают практически нерастворимым , если в раствор переходит менее 0,01 г вещества. Абсолютно нерастворимых веществ не бывает.

Растворимость, выраженная при помощи массы вещества, которое может раствориться в 100 г воды при данной температуре, называют также коэффициентом растворимости.

В качестве примера приведем растворимость (в граммах вещества на 100 г воды при комнатной температуре) нескольких веществ: твердых, жидких и газообразных, среди которых многие имеют похожие химические формулы (таблица 7-2).

Таблица 7- 2. Растворимость некоторых веществ в воде при комнатной температуре, растворимость большинства (но не всех!) твердых веществ с увеличением температуры увеличивается, а растворимость газов, наоборот, уменьшается. Это связано прежде всего с тем, что молекулы газов при тепловом движении способны покидать раствор гораздо легче, чем молекулы твердых веществ.

**Если измерять растворимость веществ при разных температурах, то обнаружится, что одни вещества заметно меняют свою растворимость в зависимости от температуры, другие – не очень сильно (см. табл. 7-3).

Если полученные в опытах значения нанести на оси координат, то получаются так называемые кривые растворимости различных веществ (рис. 7-3). Эти кривые имеют практическое значение. По ним легко узнать, сколько вещества (например, KNO 3) выпадет в осадок при охлаждении до 20 С насыщенного раствора, приготовленного при 80 С.