Растворы, растворение
В повседневной жизни человек постоянно сталкивается с различными растворами - напитками, лекарственными микстурами, бытовой химией и проч. Казалось бы, нет ничего проще, чем приготовить какой-нибудь коктейль (типичный раствор), а, между тем, сама природа процесса растворения одного вещества в другом достаточно сложна.
Современная наука утверждает, что растворение является физико-химическим процессом.
Одним из главных физических процессов, происходящим во время растворения, является диффузия (проникновение) растворяемого вещества в растворителе. Диффузия обусловлена хаотическим тепловым движением молекул (атомов, ионов) - сначала образуется пограничный диффузионный слой между двумя растворяемыми веществами, в пределах которого идет интенсивное перемешивание частиц различных веществ друг с другом, вызываемое разностью в плотности растворителя и растворяемого вещества.
Процесс растворения может сопровождаться выделением (поглощением) тепла, изменением цвета раствора и прочими химическими превращениями, что дает основание говорить о наличии химических процессов, сопровождающих растворение.
Растворение сопровождается формированием химических связей (сольватацией) между растворителем и растворяемым веществом (если в качестве растворителя выступает вода - гидратацией), при этом, продукты взаимодействия растворяемого вещества с растворителем называют сольватами (если в качестве растворителя выступает вода - гидратами).
Сольваты (гидраты) являются малоустойчивыми веществами. Гидраты, существующие в кристаллическом состоянии, называются кристаллогидратами (медный купорос, железный купорос).
РАСТВОР однородная (гомогенная) система переменного состава, состоящая из нескольких компонентов |
Классификация растворов:
- Жидкие растворы (сладкий чай).
- Твердые растворы (сплавы).
- Газообразные растворы (воздух).
Конечно же, самыми распространёнными являются жидкие растворы. Обычно, говоря о растворах, подразумеваются жидкие растворы.
Любой жидкий раствор состоит из растворителя (жидкая среда, в которой происходит процесс растворения) и растворенных веществ, которые растворяются в жидкости.
Классификация жидких растворов:
- жидкость + газ;
- жидкость + жидкость;
- жидкость + твердое вещество.
Что такое растворимость
Растворимостью называют способность вещества образовывать растворы - одни вещества могут растворяться друг в друге неограниченно; другие - только в ограниченных количествах или же практически не растворяться вообще.
Растворимость конкретного вещества зависит от его природы и природы растворителя, а также условий, при которых происходит процесс растворения: температура, давление, наличие третьих веществ.
Старинное правило гласит: "подобное растворяется в подобном", т. е., неполярные вещества хорошо растворяются в неполярных растворителях (бензол в гексане), а полярные - в полярных (этиловый спирт в воде), и наоборот - неполярные вещества в полярных растворителях растворяются плохо (бензол в воде).
Насыщенным раствором называется раствор, в котором при данной температуре определенное вещество не растворяется (говорят, что растворяемое вещество находится в состоянии равновесия с раствором).
Соответственно, аналогичный раствор с кол-вом растворяемого вещества меньшим, чем в насыщенном растворе, называют ненасыщенным.
Таким образом, численно растворимость можно выразить, как концентрацию вещества в его насыщенном растворе.
Растворимость конкретного вещества выражается через коэффициент растворимости (масса растворенного вещества, которая насыщает 100 г растворителя при определенных условиях).
Все вещества по их растворимости в воде можно разделить на 3 группы:
- растворимые в воде вещества - растворимость более 1 г на 100 мл воды;
- малорастворимые вещества - 0,1..1 г на 100 мл;
- нерастворимые вещества - менее 0,1 г на 100 мл.
Растворимость твердых веществ сильно зависит от температуры (обычно, чем выше температура, тем лучше их растворимость).
Растворимость газов в воде увеличивается с повышением давления (кто откупоривал бутылку шампанского, тот это хорошо знает). Также об этом хорошо знают водолазы, которые вынуждены после длительного пребывания на большой глубине (под высоким давлением) постепенно в течение часов подниматься на поверхность (либо проходить адаптацию в барокамере), в противном случае, при быстром подъеме водолаза с большой глубины развивается кессонная болезнь, когда азот, в больших количествах растворенный в плазме крови человека, начинает выделяться в виде пузырьков (кровь закипает), закупоривая мелкие сосуды и капилляры, угрожая жизни водолаза.
Согласно принципу Ле Шателье, растворимость газов в жидкостях с ростом температуры снижается. Данную особенность зачастую используют с целью удаления растворимых газов из жидкостей, нагревая их до кипения. Именно по этой причине в жаркую погоду естественные водоемы обедняются кислородом, и рыба может так же задохнуться от его нехватки, как это бывает зимой подо льдом.
Примеры решения задач...См. далее: Коллоидные растворы...