Краткие теоретические сведения. Раствор – однофазная гомогенная система, состоящая из двух или более компонентов, а также продуктов их взаимодействия

Раствор – однофазная гомогенная система, состоящая из двух или более компонентов, а также продуктов их взаимодействия, состав которой может непрерывно меняться в пределах, ограниченных взаимной растворимостью веществ.

Вещество называют растворителем, если при образовании раствора оно не меняет своего агрегатного состояния, остальные компоненты раствора считают растворенными веществами. В случае, когда все компоненты при образовании раствора остаются в том же агрегатном состоянии, растворителем является компонент, которого в системе больше.

Растворимостью называют, как способность вещества образовывать раствор с данным растворителем, так и количественную характеристику этой способности. Качественно растворимость характеризуется понятиями «хорошо растворимо», «мало растворимо», «нерастворимо». Количествен-ной мерой растворимости является масса вещества в граммах, которая способна раствориться в 100 г растворителя при данной температуре с образованием насыщенного раствора.

Раствор называется насыщенным, если в нем находится предельное при данных условиях количество растворенного вещества. Если в растворе содержится больше растворенного вещества, чем это определяется растворимостью, раствор называется пересыщенным, а если меньше – ненасыщенным.

Важнейшей характеристикой раствора является количественное содержание растворенных веществ. На практике состав раствора принято выражать с помощью следующих величин:

1. Массовая доля растворенного вещества w₂ (иначе процентная массовая концентрация) – отношение массы растворенного вещества m ₂ к массе раствора m

(1)

Здесь и далее у величин, относящихся к растворителю, применяется индекс «1», индекс «2» относится к растворенному веществу, а отсутствие индекса указывает на свойство раствора как целого.

Это безразмерная величина, выраженная в долях единицы или в процентах, % масс. Таким образом, w₂ показывает, сколько грамм растворенного вещества содержится в ста массовых частях раствора.

2. Моляльная концентрация вещества С_m (иначе моляльность раствора) – отношение числа моль растворенного вещества n ₂ к массе растворителя m ₁ в килограммах

, (2)

где М ₂ – молярная масса растворенного вещества, г/моль.

Если массу растворителя выражать в граммах, то для расчета моляльности следует пользоваться формулой

. (3)

Данный способ выражения состава раствора показывает, сколько моль растворенного вещества содержится в 1 кг растворителя. Его единицы измерения – моль/кг.

3. Молярная концентрация вещества С ₂ (иначе молярность раствора) – отношение числа моль растворенного вещества к объёму раствора V в дм³ (иначе в литрах)

. (4)

Она показывает, сколько моль растворенного вещества содержится в 1 дм³ раствора. Единицы измерения – моль/дм³ или М.

4. Молярная концентрация эквивалента вещества С ₂ (иначе нормальность раствора, нормальная концентрация или эквивалентная концентрация) – отношение числа моль эквивалентов растворенного вещества n ₂ к объёму раствора в дм³

, (5)

где М ₂ – молярная масса эквивалента растворенного вещества, г/моль; z – число эквивалентности растворенного вещества.

Нормальность раствора показывает, сколько моль эквивалентов растворенного вещества содержится в 1 дм³ раствора. Единицы измерения –моль/дм³ или н.

Взаимосвязь между молярной и нормальной концентрациями одного и того же растворенного вещества выражается соотношением

. (6)

То есть, эквивалентная концентрация в z раз больше молярной концентрации.

5. Титр раствора Т – масса растворенного вещества в граммах, которая содержится в одном см³ (иначе 1 мл) раствора

. (7)

Единицы измерения данного способа выражения состава раствора –г/мл или г/см³.

6. Мольная доля растворенного вещества х ₂ – отношение числа моль растворенного вещества к общему числу моль всех компонентов раствора n

. (8)

Это безразмерная величина, выраженная в долях единицы.

Общее правило, используемое для приготовления разбавленных растворов из концентрированных: при одном и том же количестве растворенного вещества массы растворов и их массовые доли обратно пропорциональны друг другу:

w₁ × m ₁ = w₂ × m ₂, (9)

где m ₁(m ₂) – масса исходного (конечного) раствора. Если массу раствора представить через его плотность и объем, то формула (9) примет вид

ω₁ · ρ₁ · V ₁= ω₂ · ρ₂ · V ₂, (10)

где V ₁(V ₂) – объем исходного (конечного) раствора; r₁ (r₂) – плотность исходного (конечного) раствора.

Если раствор получают путем смешивания двух растворов с различной концентрацией одного и того же растворенного вещества, то содержание растворенного вещества в конечном растворе можно определить с помощью правила смешивания: массы смешиваемых растворов m ₁ и m ₂ обратно пропорциональны разностям массовых долей w₁ и w₂ смешиваемых растворов и массовой доли смеси w₃

m ₁ / m ₂ = (w₃ – w₂) / (w₁ – w₃). (11)

При использовании правила смешивания применяют так называемое правило креста (иначе квадрат Пирсона):

w₁w₃ – w₂ m ₁

w₃

w₂w₁ – w₃ m ₂

m ₁ / m ₂ = (w₃ – w₂) / (w₁ – w₃)

Пояснение: по диагонали из большей концентрации вычитают меньшую, получают (w₁ – w₃), так какw₁ > w₃, и (w₃ – w₂), так какw₃ > w₂. Затем составляют отношение масс исходных растворов m ₁ / m ₂.

Если при сливании двух растворов, содержащих различные по природе растворенные вещества, между ними происходит химическое взаимодействие, то по закону эквивалентов вещества реагируют в количествах, пропорциональных их эквивалентам. Например, для процесса взаимодействия кислоты с основанием будет выполняться соотношение

. (12)