Приготовление растворов

Раствор – гомогенная система, состоящая из двух или нескольких веществ (компонентов), причем одно вещество (растворенное вещество) равномерно распределено в виде молекул, атомов или ионов в другом – растворителе.

Растворителем обычно считают вещество, агрегатное состояние которого совпадает с таковым для раствора. Если агрегатные состояния всех компонентов одинаковы, то растворитель – то вещество, которого больше. Исключение – вода, которую всегда считают растворителем.

Растворение сопровождается выделением теплоты (∆Н<0) или поглощением теплоты (∆H>0) и часто изменением объема, что наряду с некоторыми другими явлениями указывает на химическое взаимодействие растворенного вещества и растворителя. Д.И. Менделееев создал гидратную теорию, согласно которой растворение является физико-химическим процессом.

При растворении частицы растворяемого вещества образуют с молекулами растворителя сравнительно нестойкие соединения переменного состава – сольваты. Если растворитель вода, то они называются гидратами. Гидраты образуются тем легче, чем полярнее молекулы растворителя и растворенного вещества. Иногда молекулы воды так прочно связаны с частицами растворенного вещества, что при выделении последнего из раствора в виде кристаллов образуются кристаллогидраты; вода, входящая в их состав, называется кристаллизационной (CuSO₄*5H₂O; FeSO₄*7H₂O).

При растворении вещества протекают следующие процессы: связи между частицами в растворяемом веществе и в растворителе разрушаются, что связано с поглощением теплоты; одновременно происходит образование сольватов, сопровождающееся выделением теплоты, а затем идет распределение частиц растворенного вещества в растворителе, что связано с поглощением теплоты. Общий тепловой эффект может быть положительным или отрицательным в зависимости от величин тепловых эффектов трех процессов.

Растворы бывают насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные. Насыщенными называются растворы, в которых нерастворенное вещество (в осадке) находится в равновесии с растворенным. Растворимость – количество или масса вещества, насыщающего 100 г растворителя (1л растворителя, 1 л раствора) при данной температуре, т.е., растворимость – это концентрация насыщенного раствора.

Раствор, концентрация которого меньше концентрации насыщенного при той же температуре раствора, называют ненасыщенным.

Раствор, концентрация которого больше концентрации насыщенного при той же температуре раствора, называют пересыщенным. Это крайне неустойчивые системы, легко разрушаются при встряхивании или при внесении лишнего кристаллика растворенного вещества.

Раствор, содержащий много растворенного вещества, называется концентрированным, а содержащий мало растворенного вещества – разбавленным.

Так как при растворении большинства твердых веществ теплота поглощается, то в соответствии с принципом Ле Шателье при повышении температуры растворимость их увеличивается. Зависимость растворимости твердых веществ от температуры называется кривой растворимости.

Некоторые жидкости смешиваются друг с другом в любых соотношениях, другие практически нерастворимы друг в друге. Большинство жидкостей имеет ограниченную взаимную растворимость. При повышении температуры растворимость жидкостей в одних случаях увеличивается, в других уменьшается.

Большая часть газов лучше растворяется в менее полярных растворителях, чем в воде. Растворимость газов в воде уменьшается при нагревании и понижении давления. Закон Генри: масса газа, растворяющегося в данном объеме жидкости, прямо пропорциональна давлению, под которым находится газ. Если над жидкостью находится смесь газов, то каждый газ растворяется пропорционально своему парциальному давлению.

Растворимость газов выражают через коэффициент абсорбции – число объемов газа (н.у.), растворяющихся в 1 л жидкости.