Что такое раствор химия

Х и м и я

Коллоидная химия

Растворы.

Растворами называют однородные системы переменного состава. Химический состав и физические свойства одного раствора во всех частях его объёма одинаковы.

В отличие от простого смешивания веществ, при растворении происходит взаимодействие между частицами, образующими раствор.

Часто для определения раствора используют понятия гомогенной и системы.

В этом случае, раствором называется гомогенная система, состоящая из двух или более компонентов.

Гомогенные и гетерогенные системы

Гомогенная система (от греч. όμός — равный, одинаковый; γένω — рождать) — однородная система, химический состав и физические свойства которой во всех частях одинаковы или меняются непрерывно, без скачков (между частями системы нет поверхностей раздела).

В гомогенной системе из двух и более химических компонентов каждый компонент распределен в массе другого в виде молекул, атомов, ионов. Составные части гомогенной системы нельзя отделить друг от друга механическим путем.

Гетерогенная система (от греч. έτερος — разный; γένω — рождать) — неоднородная система, состоящая из однородных частей (фаз), разделённых поверхностью раздела.

Растворы могут существовать в трёх агрегатных состояниях – твёрдом, жидком и газообразном (парообразном). Примерами твёрдых растворов могут служить некоторые сплавы металлов, например сплав золота и меди, газообразных – воздух.

Наиболее важный вид растворов – жидкие растворы.

Растворы имеют чрезвычайно важное значение в жизни человека. Так, процессы усвоения пищи человеком и животными связаны с переводом питательных веществ в раствор. Растворами являются все важнейшие физиологические жидкости (кровь, лимфа и т.д.).

Растворители

Всякий раствор состоит из растворённых веществ и растворителя, т.е. среды, в которой эти вещества равномерно распределены в виде молекул и ионов.

Обычно растворителем считают тот компонент, который в чистом виде существует в том же агрегатном состоянии, что и полученный раствор. Например, в случае водного раствора соли растворителем является вода.

Если же оба компонента до растворения находились в одинаковом агрегатном состоянии (например, спирт и вода), то растворителем считается компонент, находящийся в большем количестве.

Истинные и коллоидные растворы

В растворах вещества могут находиться в различных степенях дисперсности (т.е. раздробленности). Величина частиц служит важным признаком, обуславливающим многие физикохимические свойства растворов.

По величине частиц растворы делятся на:

1. Истинные растворы (размер частиц меньше 1 мкм) и

2. Коллоидные растворы (размер частиц от 1 до 100 мкм).

Смеси с частицами размером более 100 мкм образуют взвеси: суспензии и эмульсии.

Истинные растворы могут быть ионными или молекулярными в зависимости от того, диссоциирует ли растворённое вещество на ионы или остаётся в недиссоциированном состоянии в виде молекул.

Коллоидные растворы резко отличаются по свойствам от истинных растворов. Они гетерогенны, так как имеют поверхность раздела между фазами – растворённым веществом (дисперсной фазой) и растворителем (дисперсионной средой).

Растворы высокомолекулярных соединений: белков, полисахаридов, каучука обладают свойствами как истинных, так и коллоидных растворов и выделяются в особую группу.

Растворы, механические смеси и химические соединения

Однородность растворов делает их очень сходными с химическими соединениями.

Химическое соединение — сложное вещество, состоящее из химически связанных атомов двух или нескольких элементов.

Раствор это не одно химическое соединение, а как минимум два смешанных соединения. В отличие от простого смешивания веществ, при растворении происходит взаимодействие между частицами, образующими раствор.

Выделение теплоты при растворении некоторых веществ тоже указывает на химическое взаимодействие между растворителем и растворяемым веществом.

Отличие растворов от химических соединений состоит в том, что состав раствора может изменяться в широких пределах. Кроме того, в свойствах раствора можно обнаружить многие свойства его отдельных компонентов, чего не наблюдается в случае химического соединения.

Непостоянство состава растворов приближает их к механическим смесям.

Механическая смесь — физико-химическая система, в состав которой входят два или несколько химических соединений (компонентов). В смеси исходные вещества включены неизменными. При смешивании не возникает никакое новое вещество.

От механических смесей растворы резко отличаются своею однородностью. Таким образом, растворы занимают промежуточное положение между механическими смесями и химическими соединениями.

Процесс растворения

Растворение кристалла в жидкости протекает следующим образом.

Когда вносят кристалл в жидкость, в которой он может растворяться, от поверхности его отрываются отдельные молекулы. Последние благодаря диффузии равномерно распределяются по всему объёму растворителя.

Отделение молекул от поверхности твёрдого тела вызывается, с одной стороны, их собственным колебательным движением, а сдругой – притяжением со стороны молекул растворителя.

Этот процесс должен был бы продолжаться до полного до полного растворения любого количества кристаллов, если бы не происходил обратный процесс – кристаллизация. Перешедшие в раствор молекулы, ударяясь о поверхность ещё не растворившегося вещества, снова притягиваются к нему и входят в состав его кристаллов.

Понятно, что выделение молекул из раствора будет идти тем быстрее, чем больше концентрация раствора. А так как последняя по мере растворения вещества увеличивается, то, наконец наступает такой момент, когда скорость растворения становится равной скорости кристаллизации. Тогда устанавливается динамическое равновесие, при котором в единицу времени растворяется и кристаллизуется одинаковое число молекул.

Раствор, находящийся в равновесии с растворяющимся веществом, называется насыщенным раствором.

Концентрация растворов

Насыщенными растворами приходится пользоваться сравнительно редко. В большинстве случаев употребляются растворы ненасыщенные, т.е. с меньшей концентрацией растворённого вещества, чем в насыщенном растворе.

Концентрацией раствора называется количество растворённого вещества, содержащееся в определённом количестве раствора или растворителя.

Растворы с большой концентрацией растворённого вещества называются концентрированными, с малой – разбавленными.

Концентрацию раствора можно выражать по разному:

1. В процентах растворённого вещества по отношению ко всему количеству раствора.

2. Числом грам-молекул растворённого вещества, содержащегося в 1 литре раствора.

3. Числом грамм-молекул растворённого вещества, содержащегося в 1000 г растворителя и т.д.

Растворимость

Растворимостью называется способность вещества растворяться в том или ином растворителе.

Мерой растворимости вещества при данных условиях служит концентрация его насыщенного раствора.

Растворимость различных веществ колеблется в широких пределах.

Принципы, позволяющие предсказать растворимость вещества, пока не известны. Однако, обычно вещества, состоящие из полярных молекул, и вещества с ионным типам связи лучше растворяются в полярных растворителях (вода, спиры, жидкий амиак), а неполярные вещества – в неполярных растворителях (бензол, сероуглерод).

Растворение большинства твёрдых тел сопровождается поглощением теплоты. Это объясняется затратой значительного количества энергии на разрушение кристаллической решётки твёрдого тела, что обычно не полностью компенсируется энергией, выделяющейся при образовании гидратов (сольватов).

Как правило, повышение температуры должно приводить к увеличению растворимости твёрдых тел.

Источник

Понятие о растворах. Растворимость веществ

Растворы — гомогенные (однородные) системы переменного состава, которые содержат два или несколько компонентов.

Наиболее распространены жидкие растворы. Они состоят из растворителя (жидкости) и растворенных веществ (газообразных, жидких, твердых):

Жидкие растворы могут быть водные и неводные. Водные растворы — это растворы, в которых растворителем является вода. Неводные растворы — это растворы, в которых растворителями являются другие жидкости (бензол, спирт, эфир и т. д.). На практике чаще применяются водные растворы.

Растворение веществ

Растворение — сложный физико-химический процесс. Разрушение структуры растворяемого вещества и распределение его частиц между молекулами растворителя — это физический процесс. Одновременно происходит взаимодействие молекул растворителя с частицами растворенного вещества, т.е. химический процесс. В результате этого взаимодействия образуются сольваты.

Сольваты — продукты переменного состава, которые образуются при химическом взаимодействии частиц растворенного вещества с молекулами растворителя.

Если растворителем является вода, то образующиеся сольваты называются гидратами. Процесс образования сольватов называется сольватацией. Процесс образования гидратов называется гидратацией. Гидраты некоторых веществ можно выделить в кристаллическом виде при выпаривании растворов. Например:

Что представляет собой и как образуется кристаллическое вещество синего цвета? При растворении в воде сульфата меди (II) происходит его диссоциация на ионы:

Образующиеся ионы взаимодействуют с молекулами воды:

При выпаривании раствора образуется кристаллогидрат сульфата меди (II) — CuSО₄ • 5Н₂О.

Кристаллические вещества, содержащие молекулы воды, называются кристаллогидратами. Вода, входящая в их состав, называется кристаллизационной водой. Примеры кристаллогидратов:

Впервые идею о химическом характере процесса растворения высказал Д. И. Менделеев в разработанной им химической (гидратной) теории растворов (1887 г.). Доказательством физико-химического характера процесса растворения являются тепловые эффекты при растворении, т. е. выделение или поглощение теплоты.

Тепловой эффект растворения равен сумме тепловых эффектов физического и химического процессов. Физический процесс протекает с поглощением теплоты, химический — с выделением.

Если в результате гидратации (сольватации) выделяется больше теплоты, чем ее поглощается при разрушении структуры вещества, то растворение — экзотермический процесс. Выделение теплоты наблюдается, например, при растворении в воде таких веществ, как NaOH, AgNО₃, H₂SО₄, ZnSО₄ и др.

Если для разрушения структуры вещества необходимо больше теплоты, чем ее образуется при гидратации, то растворение — эндотермический процесс. Это происходит, например, при растворении в воде NaNО₃, KCl, K₂SO₄, KNO₂, NH₄Cl и др.

Растворимость веществ

Мы знаем, что одни вещества хорошо растворяются, другие — плохо. При растворении веществ образуются насыщенные и ненасыщенные растворы.

Насыщенный раствор — это раствор, который содержит максимальное количество растворяемого вещества при данной температуре.

Ненасыщенный раствор — это раствор, который содержит меньше растворяемого вещества, чем насыщенный при данной температуре.

Количественной характеристикой растворимости является коэффициент растворимости. Коэффициент растворимости показывает, какая максимальная масса вещества может раствориться в 1000 мл растворителя при данной температуре.

Растворимость выражают в граммах на литр (г/л).

По растворимости в воде вещества делят на 3 группы:

Таблица растворимости солей, кислот и оснований в воде:

Растворимость веществ зависит от природы растворителя, от природы растворенного вещества, температуры, давления (для газов). Растворимость газов при повышении температуры уменьшается, при повышении давления — увеличивается.

Зависимость растворимости твердых веществ от температуры показывают кривые растворимости. Растворимость многих твердых веществ увеличивается при повышении температуры.

По кривым растворимости можно определить: 1) коэффициент растворимости веществ при различных температурах; 2) массу растворенного вещества, которое выпадает в осадок при охлаждении раствора от t₁ o C до t₂ o C.

Процесс выделения вещества путем испарения или охлаждения его насыщенного раствора называется перекристаллизацией. Перекристаллизация используется для очистки веществ.

Источник

Растворы

Классификация растворов

Раствор — гомогенная (однородная) система, состоящая из частиц растворенного вещества, растворителя и продуктов их взаимодействия.

Растворы подразделяются на:
•молекулярные — водные растворы неэлектролитов — органических веществ (спирт, глюкоза и т. д.);
•молекулярно-ионные — растворы слабых электролитов (азотистой, сероводородной кислот и др.);
•ионные — растворы сильных электролитов (щелочей, солей, кислот — NaOH, K₂SO₄, HNO₃).

Растворимость многих веществ небезгранична и зависит от температуры. Насыщенным называется такой раствор, в котором при данной температуре вещество больше не растворяется. В ненасыщенном растворе содержится меньше вещества, а в перенасыщенном — больше, чем в насыщенном.

В работе с веществами важно знать их растворимость в воде. Вещество считается хорошо растворимым, если при комнатной температуре в 100 г воды растворяется 1 г этого вещества; если меньше, то вещество считается малорастворимым; при растворимости менее 0,001 г — нерастворимым.

Поведение веществ в растворе

Растворение — это физико-химический процесс. Он сочетает в себе физический процесс (дробление до молекул) и химическое воздействие компонентов (образование в воде непрочных соединений — гидратов). В процессе растворения молекулы воды разрушают кристаллы растворяемого вещества. Это разрушение происходит в месте соприкосновения кристалла с водой. Чем больше площадь поверхности соприкосновения, тем быстрее разрушаются кристаллы. В результате диффузии происходит самопроизвольное распределение частиц одного вещества между частицами другого, что приводит к образованию раствора. Для улучшения контакта вещества с растворителем увеличивают площадь поверхности соприкосновения, вещества измельчают и раствор перемешивают.

В результате химического взаимодействия вещества с водой образуются соединения — гидраты. О химическом взаимодействии говорят такие признаки химических реакций, как тепловые явления при растворении: растворение H₂SO₄ сопровождается выделением тепла, растворение NaCl, NH₄ NO₃ — охлаждением. Косвенным доказательством гидратации является существование твердых кристаллогидратов — солей, в состав которых входят вода, например медный купорос CuSO₄ х 5Н₂O.

Массовая доля вещества. Концентрация растворов

Массовая доля растворенного вещества — это отношение его массы m к массе раствора m_р-ра. Ее обозначают буквой ω («омега»).
ω(Х) = m(Х)/m_р-ра (в долях единицы);

Аналогично массовой доле определяется и объемная доля газообразного вещества в газовой смеси, обозначаемая греческой буквой φ («фи»).

Концентрация (С) — это содержание растворенного вещества в единице массы или объема.

Процентная концентрация раствора — это отношение массы растворенного вещества m (в граммах) к массе раствора (в граммах).

Молярная концентрация — это отношение количества растворенного вещества n (в молях) к объему раствора V (в литрах). Ее обозначают буквой С.

Источник

Лекция по теме: Растворы

Онлайн-конференция

«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Лекция по теме: «Растворы»

Понятие о дисперсных системах.

Дисперсными системами называются системы, в которых одно вещество, находясь в мелкораздробленном состоянии (дисперсная фаза), равномерно распределено в другом (дисперсная среда).

В зависимости от размеров частиц дисперсной фазы различают следующие дисперсные системы:

Грубодисперсные системы, размер частиц велик (эмульсии, суспензии). Примером может служить раствор глины в воде.

По агрегатному состоянию фаз Вильгельм Фридрих Оствальд предложил ставшую весьма распространенной классификацию:

Коллоидные растворы (т/ж)

Глина, зубная паста, губная помада.

Раствор яичного белка, плазма крови, спиртовая вытяжка хлорофилла, кремниевая кислота.

Растворы солей, щелочей, сахара.

Твердые растворы (т/т)

Сплавы, минералы, цветные стекла.

Туман, облака, моросящий дождь, струя из аэрозольного баллончика.

Истинные растворы (ж/ж)

Молоко, масло, майонез, крем, мази, эмульсионные краски.

Нисшие спирты +вода, ацетон + вода.

Твердая эмульсия (ж/т)

Дисперсной системы не образуется

Пена газированной воды, мыльная пена, взбитые сливки, взбитый крем, пастила.

Пенопласт, пенобетон, пеностекло, пемза, лава.

Растворы — гомогенные (однородные) системы переменного состава, которые содержат два или несколько компонентов.

По агрегатному состоянию растворы подразделяются:

Наиболее распространены жидкие растворы. Они состоят из растворителя (жидкости) и растворенных веществ (газообразных, жидких, твердых):

Жидкие растворы могут быть водные и неводные. Водные растворы — это растворы, в которых растворителем является вода. Неводные растворы — это растворы, в которых растворителями являются другие жидкости (бензол, спирт, эфир и т. д.).

На практике чаще применяются водные растворы.

Растворение веществ (образование растворов).

Растворение — сложный физико-химический процесс, который включает несколько стадий:

1. Разрушение кристаллической решетки растворенного вещества.

Рассмотрим растворение хлорида калия в воде.

Причиной этого являются собственные колебательные движения частиц и притяжение со стороны молекул растворителя.

2. Постепенный переход частиц, образующих кристалл, в раствор.

3. Распределение частиц, перешедших в раствор, по всему объему растворителя.

Растворы, компонентами которых являются ионы, называются ионными (растворы электролитов, так как они проводят электрический ток). Растворы, компонентами которых являются электро-нейтральные частицы, называются молекулярными (растворы неэлектролитов).

Долгое время считалось, что растворитель — это среда, химически инертная по отношению к растворенному веществу. То есть между частицами растворителя и частицами растворенного вещества отсутствует межмолекулярное взаимодействие, как и в обычных механических смесях.

Впоследствии оказалось, что физическая теория применима лишь к небольшой группе так называемых идеальных растворов. Примерами идеальных растворов являются многие газовые растворы (газовые смеси), образованные из не реагирующих между собой газов. Как и отдельные газы, такие газовые растворы подчиняются газовым законам. Физические свойства таких смесей (плотность, давление и др.) вычисляются как аддитивные (от лат. – сложение), т. е. из свойств компонентов, составляющих смесь. Например, общее давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений14 ее компонентов (закон Дальтона, 1800 г.).

1. Химическое (донорно-акцепторное взаимодействие) взаимодействие, между растворителем и растворенным веществом. Например, хлор, растворяясь, взаимодействует с водой с образованием хлорной воды:

2. Ион-дипольное взаимодействие (при растворении веществ с ионной кристаллической решеткой). Например, в случае растворения хлорида натрия образуются ионы натрия и хлора, вокруг которых за счет сил электростатического притяжения удерживаются молекулы воды.

3. Диполь-дипольное взаимодействие (при растворении веществ с молекулярной кристаллической решеткой).

Доказательством физико-химического характера процесса растворения являются тепловые эффекты при растворении, т. е. выделение или поглощение теплоты.

Тепловой эффект растворения равен сумме тепловых эффектов физического и химического процессов. Физический процесс протекает с поглощением теплоты, химический — с выделением.

Если для разрушения структуры вещества необходимо больше теплоты, чем ее образуется при гидратации, то растворение — эндотермический процесс. Это происходит например, при растворении в воде NaNO ₃ ; КС l ; K ₂ SO ₄ ; KNO ₂ ; NH ₄ Cl и др.

Итак, разрушение структуры растворяемого вещества и распределение его частиц между молекулами растворителя — это физический процесс. Одновременно происходит взаимодействие молекул растворителя с частицами растворенного вещества, т. е. химический процесс. В результате этого взаимодействия образуются сольваты.

Сольваты — продукты переменного состава, которые образуются при химическом взаимодействии частиц растворенного вещества с молекулами растворителя.

Если растворителем является вода, то образующиеся сольваты называются гидратами. Процесс образования сольватов называется сольватацией. Процесс образования гидратов называется гидратацией. Гидраты некоторых веществ можно выделить в кристаллическом виде при выпаривании растворов. Например:

При растворении в воде сульфата меди (II) происходит его диссоциация на ионы:

Образующиеся ионы взаимодействуют с молекулами воды:

Кристаллические вещества, содержащие молекулы воды, называются кристаллогидратами.

Вода, входящая в их состав, называется кристаллизационной водой. Примеры

В спокойном состоянии они могут годами оставаться без изменения.

Но стоит бросить в раствор кристаллик того вещества, которое в нем растворено, как вокруг него начинают расти другие кристаллы и через некоторое время весь избыток растворенного вещества выкристаллизовывается. Иногда кристаллизация начинается от простого сотрясения раствора или от трения стеклянной палочкой о стенки сосуда, в котором находится раствор. При кристаллизации выделяется значительное количество теплоты, вследствие чего сосуд с раствором заметно нагревается. Очень легко образуют пересыщенные растворы глауберова соль, бура, тиосульфат натрия.

В итоге, пересыщенные растворы являются неустойчивыми системами. Они Способны к существованию только при отсутствии в системе твердых частиц растворенного вещества.

Количественной характеристикой растворимости является коэффициент растворимости.

Коэффициент растворимости показывает, какая максимальная масса вещества может раствориться в 1000 мл растворителя при данной температуре. Растворимость выражают в граммах на литр (г/л).

По растворимости в воде вещества делят на 3 группы:

Растворимость веществ зависит от природы растворителя, от природы растворенного вещества, температуры, давления (для газов). Растворимость газов при повышении температуры уменьшается, при повышении давления — увеличивается.

По кривым растворимости можно определить:

1) коэффициент растворимости веществ при различных температурах;

2 ) массу растворенного вещества, которое выпадает в осадок при охлаждении раствора от t ₁ °С до t ₂ ° С.

Процесс выделения вещества путем испарения или охлаждения его насыщенного раствора называется перекристаллизацией. Перекристаллизация используется для очистки веществ.

Важной характеристикой любого раствора является его состав.

Количественная характеристика состава растворов

Для качественной характеристики растворов используют понятия «разбавленный раствор» (содержит мало растворенного вещества) и «концентрированный раствор» (содержит много растворенного вещества). Но границы между ними условны.

При работе с растворами необходимо знать их количественный состав. Количественный состав растворов выражается различными способами. Мы изучим два способа: массовая доля растворенного вещества и молярная концентрация (молярность).

Массовая доля растворенного вещества

Массовой долей растворенного вещества называется отношение массы растворенного вещества к массе раствора:

ω — массовая доля растворенного вещества, выраженная и долях единицы;

m (в-ва) — масса растворенного вещества, г;

m (р-ра) — масса раствора, г.

Массовую долю можно выражать также в процентах (%):

Массовую долю растворенного вещества в процентах (%) часто называют процентной концентрацией раствора.

Молярная концентрация показывает число молей растворенного вещества в одном литре раствора.

Молярную концентрацию можно рассчитать по формуле

На практике часто переходят от одного способа выражения концентрации к другому по известной плотности раствора, применяя формулу т = ρ • V.

Источник