Растворы. 
Общая и неорганическая химия

В результате изучения данной главы студент должен:

знать

• • понятия «раствор», «растворимость»;
• • закон Вант-Гоффа;

уметь

• • определять концентрацию растворов и осуществлять пересчет одной концентрации в другую исходя из объемов и плотностей;
• • объяснять процесс растворения и тепловые явления, сопровождающие данный процесс;
• • описывать закономерности взаимосвязи между растворимостью, давлением, температурой и природой растворяемого вещества;
• • объяснять явления осмоса;

владеть

• методами и приемами расчетов концентрации растворов, нахождения массы растворенного вещества, а также повышения концентрации и разбавления.

Общая характеристика. Концентрация растворов

Бурное развитие химии в конце XIX и начале XX в. способствовало важным исследованиям в области растворов, где наиболее существенный вклад был сделан Д. И. Менделеевым. В настоящее время изучение растворов приобретает совершенно особый смысл, так как закономерности их образования и свойства применимы для изучения характера химических взаимодействий с общих позиций. Общеизвестна биологическая роль растворов. Поскольку чаще всего приходится иметь дело с жидкими растворами, то в данной главе основное внимание будет уделено этому типу растворов.

Растворами называются однородные (гомогенные) системы, состоящие из двух и более компонентов. Растворы представляют собой дисперсные системы, в которых частицы одного вещества равномерно распределены в другом. Свойства дисперсных систем, в первую очередь их устойчивость, зависят от размеров распределенных частиц. В зависимости от степени дисперсности различают взвеси, коллоиды и истинные растворы.

Частицы взвесей имеют обычно размер 10 ³— 10 ⁵ см. Их характерной особенностью является неустойчивость во времени: взвешенные частицы (диспергированная фаза) либо оседают, либо всплывают на поверхность в зависимости от соотношения плотностей. Если распределенное вещество находится в виде отдельных молекул, система является устойчивой и не разделяется с течением времени. Такие растворы называют истинными, или молекулярными. Промежуточными между истинными растворами и взвесями являются коллоидные растворы. Размеры частиц коллоидных растворов лежат в интервале 10 ^э—10 ⁷ см, а истинных — менее 10 ⁷ см.

Из определения понятия растворов следует, что они как минимум являются двухкомпонентными системами. Тот компонент, который количественно преобладает и находится в том же агрегатном состоянии, что и образующийся раствор, называется растворителем. Таким образом, растворы можно рассматривать как системы, не имеющие строго определенного состава. Основным признаком, характеризующим растворы, является их однородность, поэтому они больше напоминают химические соединения и отличаются от механических смесей.

Важной характеристикой растворов является концентрация. Концентрация вещества — физическая величина, определяющая количественный состав раствора смеси или расплава. Говоря о концентрированных или разбавленных растворах, подразумевают лишь качественную сторону концентрации этих растворов. Например, концентрированная серная кислота содержит до 98% H₂S0₄, в то время как этот же термин применительно к соляной кислоте подразумевает раствор, содержащий 38% НС1. Разбавленные растворы содержат небольшую долю растворенного вещества.

Следовательно, в практическом отношении особое значение приобретает количественный способ выражения концентрации.

Концентрацией раствора называется количество растворенного вещества, содержащееся в определенном количестве раствора или растворителя. Различают два типа обозначений концентраций веществ — аналитические и технические.

Аналитические обозначения употребляют для растворов реагентов, применяемых в анализе веществ, где в качестве основной массовой единицы веществ используют понятие моль.

Молярность С, или молярная концентрация вещества, — число молей растворенного вещества, содержащееся в 1 дм³ (л) раствора. Раствор, содержащий в 1 дм³ 1 моль растворенного вещества, называется одномолярным или молярным; 0,1 моль — децимолярным (0,1 М раствор); 0,01 моль — сантимолярным и т. д.

Вместо молярности часто время применяют более точный термин — формульная концентрация F— число молей вещества, соответствующих его химической формуле, содержащееся в 1 дм³ раствора. Она равна отношению формульной массы вещества, выраженной в граммах, к объему раствора. При этом учитывают, что вещество в растворе обычно распадается на ионы.

Молялыюсть т — число молей вещества, приходящееся на 1 кг растворителя.

Эквивалентность, или нормальность, N — число молей эквивалентных масс М" содержащееся в 1 дм³ (л) раствора. Раствор называется однонормальным, или нормальным, если в 1 л его содержится 1 моль-эквивалент растворенного вещества (1 н раствор); децинормальным, если он содержит 0,1 моль-эквивалентов в 1 л (0,1 н раствор) и т. д.

При определении количества вещества, необходимого для приготовления раствора той или иной нормальности, необходимо знать правила определения эквивалентов (см. гл. 1). Например, в 1 л 1 н H₂S0₄ содержится 1 моль-эквивалент H₂S0₄ (49 г), так как 3H₂S0₄ = М/2.

Массовая эквивалентность (массовая нормальность) Х_л — число молей эквивалентных масс, приходящееся на 1 кг растворителя.

Технические обозначения концентраций широко распространены в технике, медицине, фармации. Наиболее употребительными из них являются следующие обозначения.

Массовая процентная концентрация — количество граммов растворенного вещества, содержащееся в 100 г раствора. Например, 10%-ный раствор поваренной соли — это такой раствор, в 100 г которого содержится 10 г соли. Масса раствора представляет собой сумму масс растворенного вещества и растворителя. Следовательно, в приведенном примере в каждых 100 г раствора содержится 10 г соли и 90 г растворителя.

Объемный процент употребляют для обозначения концентрации смесей жидкостей или газов.

Массо-объемная процентная концентрация — количество граммов вещества в 100 мл раствора.