Раствор — гомогенная смесь веществ¶
Раствор — гомогенная (однородная по объёму) смесь двух или более веществ, в которой размеры частиц растворённого вещества не превышают 100 нм, а система находится в состоянии, близком к термодинамическому равновесию. Растворы состоят из растворителя — компонента, содержащегося в большем количестве, и растворённого вещества (сольватанта); в водных растворах роль растворителя играет вода.
¶Терминология и определение
Термин «раствор» ввёл в обиход химик XVII века Ян Баптиста ван Гельмонт, хотя представления о растворении существовали и раньше. В современной химии раствор рассматривается как фаза, состав которой непрерывно меняется в определённых пределах (в отличие от соединения с фиксированным стехиометрическим составом). Раствор относится к классу дисперсных систем, но отличается от суспензий и эмульсий тем, что его частицы не оседают под действием силы тяжести и не рассеивают свет (растворы прозрачны).
Компонент, находящийся в избытке, принято называть растворителем, однако это условное разграничение: при смешивании спирта и воды в равных объёмах граница между растворителем и растворённым веществом проводится произвольно.
¶Классификация растворов
По агрегатному состоянию растворителя и растворённого вещества различают:
| Растворитель | Растворённое вещество | Пример |
|---|---|---|
| Жидкость | Твёрдое вещество | Раствор поваренной соли в воде |
| Жидкость | Газ | Газированная вода (CO₂ в H₂O) |
| Жидкость | Жидкость | Раствор этилового спирта в воде |
| Твёрдое тело | Твёрдое вещество | Сплавы (латунь — Cu и Zn) |
| Твёрдое тело | Жидкость | Амальгамы (ртуть в металлах) |
| Газ | Газ | Воздух — смесь газов |
По концентрации растворённого вещества растворы делят на:
- разбавленные — малая доля растворённого вещества;
- концентрированные — значительная доля;
- насыщенные — при данной температуре содержат максимальное количество растворённого вещества;
- пересыщенные — содержат больше вещества, чем равновесная концентрация (получаются осторожным охлаждением насыщенного раствора без зародышеобразования).
¶Физико-химические свойства
¶Растворимость
Растворимость — способность вещества образовывать раствор заданного состава при данных условиях (температура, давление). Она количественно характеризуется массой вещества, растворяющейся в 100 г растворителя до насыщения. Растворимость зависит от природы растворителя и растворённого вещества, температуры и давления. Для твёрдых веществ в жидкостях растворимость обычно растёт с температурой, для газов — убывает.
Правило «подобное растворяется подобным» отражает закономерность: неполярные вещества хорошо растворяются в неполярных растворителях, полярные — в полярных. Так, жиры нерастворимы в воде, но растворяются в бензоле и эфире.
¶Давление паров и криоскопия
Растворение понижает давление паров растворителя по сравнению с чистым растворителем (закон Рауля). Связанные с этим явления:
- повышение точки кипения (эбуллиоскопия) — раствор кипит при температуре выше, чем чистый растворитель;
- понижение точки замерзания (криоскопия) — раствор замерзает при более низкой температуре.
Эти свойства относятся к так называемым коллигативным свойствам — они зависят только от числа частиц растворённого вещества, а не от их природы.
¶Электролитическая проводимость
Растворы электролитов (кислот, щелочей, солей) проводят электрический ток за счёт ионов, образующихся при диссоциации. Растворители и растворы неэлектролитов (сахар, спирт) ток не проводят. Электропроводность растворов лежит в основе гальваностегии, электролитического получения металлов и работы гальванических элементов.
¶Теория строения растворов
¶Теория сольватации
Растворение сопровождается сольватацией (гидратацией в водных системах) — обкладыванием молекул или ионов растворённого вещества оболочкой из молекул растворителя. Энергия сольватации может компенсировать энергию разрыва кристаллической решётки или межмолекулярных связей, что и определяет растворимость.
¶Электролитическая диссоциация
С. А. Вожиков в 1887 году предложил теорию электролитической диссоциации, согласно которой растворение электролитов сопровождается распадом молекул на ионы. Теория объяснила проводимость растворов и осмотические явления.
¶Теория Байера — Вант-Гоффа
Якобус Хендрик Вант-Гофф и Сванте Аррениус показали, что свойства растворов зависят не от природы растворённого вещества, а от числа его частиц. Это позволило объяснить коллигативные свойства и ввести понятие осмотического давления.
¶Применение
Растворы играют ключевую роль в химической технологии, медицине, пищевой промышленности и быту. В медицине растворы используются как формы лекарственных препаратов (физиологический раствор NaCl 0,9 %, растворы для инфузий). В аналитической химии растворы применяются для титрования, кристаллизации и очистки веществ. В природе растворы — основная форма переноса веществ: минеральные компоненты почвы, морская вода, кровь и лимфа человека также являются растворами.
¶Интересные факты
Морская вода содержит около 3,5 % солей (преимущественно NaCl) и относится к насыщенным растворам. Кровь человека — сложный раствор, содержащий более 100 различных веществ. При образовании сталей и сплавов твёрдые растворы замещения и внедрения определяют их механические свойства.
Источники:
- Глинка Н. Л. Общая химия
- Кучеренко В. И. Физическая химия
- Хомченко Г. П. Химия для поступающих в вузы
- Большой энциклопедический словарь: химия
- Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона