Способы выражения концентрации растворов.

Важной характеристикой растворов является концентрация.

Концентрацией раствора называется количество растворенного вещества, содержащееся в определенном количестве раствора или растворителя.

Массовая доля компонента (w_i) - это отношение массы данного компонента к массе раствора, которая в процентах определяется соотношением:

,

где - масса растворенного вещества, а - суммарная масса всех компонентов раствора.

Мольность (С _i) определяется числом моль вещества в единице объема раствора. В системе СИ она выражается в моль/м³.

Молярная концентрация или молярность (С_М) равна числу моль растворенного вещества, содержащихся в 1 л раствора. Раствор, содержащий в 1 л 1 моль растворенного вещества, называется одномолярным или молярным; 0,1 моль—децимолярным (0,1 М раствор); 0,01 моль — сантимолярным и т. д.

Эквивалентная концентрация или нормальность (С_Н) равна числу моль-эквивалентов растворенного вещества, содержащихся в 1 л раствора. Раствор называется однонормальным, или нормальным, если в 1 л его содержится 1 моль-экв растворенного вещества (1 н раствор); полунормальным, если он содержит 0,5 моль-экв в 1 л (0,5 н раствор) и т. д.

Моляльная концентрация или моляльность (С_m) равна числу моль растворенного вещества в 1000 г растворителя. Если раствор состоит только из растворенного вещества и растворителя, моляльность растворенного вещества обозначают С_m,2. Ее можно рассчитать по формуле

,

где m ₁ и m ₂ – массы растворителя и растворенного вещества соответственно, М₂- молярная масса растворенного вещества. Так как количество вещества в молях , то

,

где n ₂ – количество моль растворенного вещества в m₁ граммах растворителя.

Мольной долей (х_i) компонента называется число молей компонента, приходящихся на один моль раствора. Мольная доля i- го компонента равна отношению числа молей i-го компонента () к сумме чисел молей всех компонентов в растворе () и определяется соотношением:

,

где

Если раствор состоит только из растворенного вещества и растворителя, мольную долю растворенного вещества обозначают х₂, а растворителя – х₁. При любом количестве компонентов раствора сумма мольных долей всех компонентов равна 1:

,

тогда для бинарного раствора

 

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 при длительном стоянии. Такие растворы называют истинными или молекулярными. Промежуточными между истинными растворами и взвесями являются коллоидные растворы. Размеры частиц коллоидных растворов лежат в интервале 10^-5 – 10^-7 см, а истинных — менее 10^-7 см.

Растворимость

Способность вещества растворяться в том или ином растворителе называется растворимостью. Переход растворяемого вещества в раствор осуществляется самопроизвольно (ΔG< 0), и раствор остается ненасыщенным. Наряду с этим происходит и обратный процесс — его выделение. Со временем скорости этих процессов выравниваются и наступает динамическое равновесие, при котором состав системы не меняется. Энтальпийный и энтропийный факторы процесса становятся одинаковыми (ΔG = 0), т. е. раствор становится насыщенным.

Мерой растворимости вещества при данных условиях служит концентрация его насыщенного раствора. По растворимости твердые вещества условно делят на легкорастворимые, труднорастворимые (или малорастворимые) и практически нерастворимые.

Растворимость большинства твердых веществ с понижением температуры уменьшается и часть вещества выделяется в кристаллическом виде. Выделение вещества при охлаждении горячего насыщенного раствора называется кристаллизацией. Если охлаждение насыщенного раствора производить медленно, исключая попадание в него кристаллов растворенного вещества, то кристаллизация может не произойти. Такие растворы называются пересыщенными.

До настоящего времени не существует единой научной теории, позволяющей вывести общие законы растворимости. Подобное положение в значительной степени обусловлено тем, что растворимость разных веществ по-разному зависит от температуры, природы растворителя и растворяемого вещества.

Растворение представляет собой сложный физико-химический процесс. В основе химической теории растворов лежит идея (Менделеев) о существовании в них определенных химических соединений. Механизмы растворения могут быть разными.

Химическое растворение основано на химическом превращении, в результате которого можно получить соответствующий раствор целевого продукта. Подобные процессы приводят к образованию растворов молекулярного или ионного типа. Если же растворение не сопровождается такой выраженной реакцией, как при химическом растворении, то процесс ограничивается взаимодействием молекул растворяемого вещества с молекулами растворителя, которое называется сольватацией. Продукты этого взаимодействия называются сольватами (от лат. solvere — растворять).

Растворение можно рассматривать в виде следующих последовательных процессов:

а) разрушение связей в исходном веществе с поглощением энергии (эндотермический процесс)

АВ=А + В

б) сольватация (гидратация) частиц А и В с образованием сольватов (гидратов) и выделением энергии (экзотермический процесс)

А + Н₂О =А*Н₂О

В + Н₂О =В*Н₂О