Типы растворов. 
Термодинамические факторы процесса растворения. 
Способы выражения концентрации растворов

Растворы — это однородные (гомогенные) системы, состоящие из двух и более компонентов, относительные количества которых могут изменяться в широких пределах.

По агрегатному состоянию растворы бывают твердые, жидкие и газообразные.

По характеру взаимодействия растворяемого вещества с растворителем различают ионные растворы (например, растворы солей, кислот) и молекулярные растворы (например, растворы газов и органических соединений, которые остаются при растворении недиссоциированными).

Согласно современным представлениям о растворах, жидкие растворы занимают промежуточное положение между химическими соединениями постоянного состава и механическими смесями.

Химические явления в процессе растворения впервые были отмечены Д. И. Менделеевым. Химическое взаимодействие молекул растворителя с частицами растворенного вещества называют сольватацией, а получающиеся при этом соединения — сольватами. Частный случай взаимодействия частиц растворенного вещества с растворителем — водой был назван гидратацией, а продукты взаимодействия (например, H2SO4•H2O) — гидратами.

Растворение состоит из трех основных физико-химических процессов:

• 1. разрушение химических и межмолекулярных связей в растворяющихся газах, жидкостях и твердых телах (в том числе и связей в кристаллах), требующих затраты энергии, энтальпия системы при этом увеличивается, DH1>0;
• 2. химическое взаимодействие растворителя с растворяющимся веществом, связанное с образованием сольватов (гидратов), сопровождающееся выделением энергии, энтальпия системы при этом уменьшается, DH2<0;
• 3. самопроизвольное перемешивание раствора, связанное с диффузией и требующее затраты энергии, энтальпия системы при этом увеличивается, DH3>0.

Суммарный тепловой эффект процесса растворения равен.

DH=DH1+DH2+DH3.

Растворение может быть эндотермическим и экзотермическим.

Растворение протекает самопроизвольно (DG0, аDS<0).

Растворение кристаллических веществ часто идет с поглощением теплоты (DH>0) и обычно сопровождается ростом энтропии (DS>0). Самопроизвольному течению процесса растворения кристаллических веществ в воде способствуют высокие температуры.

Растворимость вещества при данных условиях определяется концентрацией насыщенного раствора.

Растворы бывают ненасыщенными, насыщенными и перенасыщенными.

Раствор, в котором устанавливается равновесие между растворением и образованием (осаждением, кристаллизацией, выделением) вещества, называется насыщенным.

Растворение газов — процесс экзотермический, поэтому с повышением температуры растворимость уменьшается. Растворимость Xгазов в жидкости пропорциональна их парциальному давлению Р над жидкостью (закон Генри):

X=kP (1),.

где к — коэффициент пропорциональности (константа Генри). Растворимость жидкости в жидкости обычно увеличивается с повышением температуры. На растворимость оказывает влияние природа как растворителя, так и растворяемого вещества.

Основная характеристика растворов — концентрация.

Отношение количества или массы вещества, содержащегося в системе, к объему или массе этой системы называют концентрацией. Известно несколько способов выражения концентрации.

Молярная концентрация с — отношение количества вещества (в молях), содержащегося в системе (например, в растворе), к объему Vэтой системы. Единица измерения молярной концентрации моль/м3(дольная производная, СИ — моль/л). Раствор, имеющий концентрацию 1 моль/л, называют молярным раствором и обозначают 1 М раствор.

Молярная концентрация эквивалентов сэк (нормальная концентрация) -это отношение количества вещества эквивалентов (моль) к объему раствора (л). Единица измерения нормальной концентрации моль/л (дольная производная, СИ). Раствор, в одном литре которого содержится один моль вещества эквивалентов, называют нормальным и обозначают 1н.

Моляльность bотношение количества растворенного вещества (в молях) к массеmрастворителя. Единица измерения моляльности моль/кг.

Молярная доля — отношение количества вещества данного компонента (в молях), содержащегося в системе, к общему количеству вещества (в молях). Молярная доля может быть выражена в долях единицы, процентах (%), промилле (тысячная часть %) и в миллионных долях (млн -1).

Массовая доля — отношение массы данного компонента, содержащегося в системе, к общей массе этой системы. Массовая доля может быть выражена в долях единицы, процентах, промилле и миллионных долях. Массовая доля данного компонента, выраженная в процентах, показывает, сколько граммов данного компонента содержится в 100 г раствора.

Объемная доля — отношение объема компонента, содержащегося в системе (растворе), к общему объему системы. Объемная доля может быть выражена в долях единицы, процентах, промилле и миллионных долях.

Массовая концентрация — отношение массы компонента, содержащегося в системе (растворе), к объему этой системы (раствора). Единица измерения массовой концентрации — кг/м3, кг/дм3, кг/см3, г/дм3и г/л.

Титр раствора — масса вещества, содержащегося в одном кубическом сантиметре или в одном миллилитре раствора. Единица измерения титра — кг/см3, г/см3, г/мл.

Приготовление растворов различных концентраций лежит в основе всех технологических операций на морском флоте.

Объемы растворов реагирующих веществ обратно пропорциональны их нормальным концентрациям:

где V1иV2 — объемы растворов реагирующих веществ;

и — нормальные концентрации этих растворов.

Следовательно, для измерения концентрации одного из растворов необходимо знать объемы растворов реагирующих веществ и концентрацию одного раствора. Такой метод определения концентрации растворов принят в объемном анализе. В этом методе, называемом титрованием, производится постепенное прибавление одного раствора к другому до прекращения взаимодействия между растворами. Окончание реакции определяется с помощью индикаторов.