Растворы. Растворы определение Что такое растворение в химии определение

Растворы - это однородные системы переменного состава, состоящие из двух или более веществ. Известны газообразные, жидкие и твердые растворы. К газообразным растворам относятся смеси любых газов, к твердым - многие сплавы металлов, стекла. Особое значение в природе и технике имеют жидкие растворы, образуемые растворением газов, жидкостей и твердых веществ в воде и других жидкостях. При растворении газов и твердых веществ в жидкости последнюю принято называть . При растворении жидкостей друг в друге растворителем считают ту из них, которой в растворе больше. Количество растворенного вещества, содержащееся в определенном количестве раствора или , называют концентрацией (см.) раствора. Растворы, в котором данное вещество больше не растворяется и, следовательно, избыток растворяемого вещества находится в равновесии с раствором, называют насыщенным. Концентрация ненасыщенного раствора меньше, а пересыщенного больше, чем насыщенного раствора. Пересыщенные растворы обычно образуются при медленном охлаждении горячих насыщенных растворов. Способность вещества растворяться в том или ином количестве в данном растворителе при образовании насыщенного раствора называют растворимостью вещества. Растворимость газов в жидкостях принято выражать коэффициентом поглощения (абсорбции), который указывает, сколько объемов газа (при t° 0° и давлении в 1 атм.) растворяется в одном объеме жидкости при данной температуре и парциальном давлении газа, равном 1 атм. Растворимость жидкостей и твердых веществ в жидкостях обычно выражают числом граммов растворяемого вещества на 100 г растворителя или на 100 мл насыщенного раствора. Растворимость зависит от природы растворяемого вещества и растворителя. С повышением температуры растворимость газов уменьшается, а жидкостей и твердых веществ в большинстве случаев повышается. Растворимость газов прямо пропорциональна давлению, при котором растворяется газ.

Растворы играют исключительную роль в природе и технике. Воды Мирового океана и атмосфера представляют собой растворы. С растворами связаны все физиологические и биохимические процессы, так как внутренней средой любого организма являются водные растворы различного рода веществ. Многие лекарственные средства также являются растворами.

См. также Буферные растворы, Диффузия, Изотонические растворы, Коллоиды, .

Растворы (истинные растворы) - однородные (гомогенные) системы переменного состава, состоящие из двух или более веществ. От механических смесей растворы отличаются однородностью, от химических соединений - переменным составом.

Растворы играют исключительно важную роль в природе, технике и обыденной жизни. Подавляющее большинство известных химических реакций протекает в растворах. Воды мирового океана и атмосфера представляют собой растворы. Физиологические жидкости также являются растворами. Почти все лекарственные вещества оказывают свойственное им действие на организм в растворенном состоянии.

В зависимости от агрегатного состояния различают газообразные, жидкие и твердые растворы. К газообразным относят смеси любых газов и паров, в том числе и воздух. К твердым - многие сплавы, стекло, некоторые минералы и горные породы. Особое значение для изучения жизненных процессов в норме и патологии имеют жидкие растворы, образуемые растворением в жидкостях газов, жидкостей или твердых веществ.

При растворении в жидкости газов или твердых веществ жидкость принято называть растворителем, а газы или твердые вещества, находящиеся в растворах,- растворенными веществами.

В случае растворения одной жидкости в другой растворителем считают ту из них, которая находится в растворах в относительно большем количестве.

Насыщенным раствором называют раствор, находящийся в равновесии с избытком растворяемого вещества, ненасыщенным - раствор, концентрация которого меньше, чем насыщенного, а пересыщенным - раствор, концентрация которого больше, чем насыщенного.

В зависимости от величины молекулярного веса растворенного вещества жидкие растворы подразделяют на растворы низкомолекулярных веществ, например водные растворы обычных кислот, щелочей и солей, и на растворы высокомолекулярных соединений, к которым относятся растворы белков, полисахаридов, нуклеиновых кислот в воде, каучука в бензоле, нитроклетчатки в спиртоэфирной смеси и др. Растворы высокомолекулярных соединений обладают рядом характерных свойств, присущих типичным коллоидным растворам. (см. коллоиды).

Процесс растворения сопровождается выделением или поглощением тепла.

Растворимость данного вещества в жидкости измеряется концентрацией (см.) насыщенного его раствора в этой жидкости.

Установлен ряд качественных правил растворимости веществ в жидкостях. Полярные вещества хорошо растворимы в полярных растворителях (вода, спирт, ацетон и др.) и плохо в неполярных жидкостях (бензол, четыреххлористый углерод, сероуглерод и т. д.). Наоборот, неполярные вещества хорошо растворимы в неполярных растворителях и плохо - в полярных. Последнее правило кладется в основу некоторых теорий клеточной проницаемости. При этом имеется в виду, что оболочка многих клеток состоит из неполярных веществ - липидов.

Растворимость газов в жидкостях выражают коэффициентом поглощения, который указывает, сколько объемов данного газа, приведенных к нормальным условиям (t° 0° и давление 1 атм.), растворяется в одном объеме жидкости при данной температуре и парциальном давлении газа, равном 1 атм.

Растворимость газов в жидкостях изменяется в широких пределах в зависимости от природы жидкости и газа, а также от давления и температуры. Так, например, при t° 18° коэффициент поглощения азота равен 0,01698; кислорода - 0,03220; хлористого водорода - 427,9; аммиака - 748,8. Кислород примерно вдвое более растворим в воде, чем азот, поэтому в воздухе, растворенном в воде, содержание кислорода значительно больше, чем в атмосфере (34,1% по объему при t° 18° вместо 21,2% в атмосфере). Это имеет большое биологическое значение для организмов, обитающих в воде.

Зависимость растворимости газа от давления выражается законом Генри (см. Абсорбция).

При растворении смеси газов растворимость каждого газа согласно закону Дальтона пропорциональна его парциальному давлению над раствором.

С повышением температуры растворимость газа в жидкости уменьшается. Этим свойством газа пользуются для удаления из жидкостей растворенных в них газов.

Для этого раствор кипятят в течение некоторого времени, в результате чего газ удаляется из раствора вместе с пузырьками пара.

Указанная зависимость растворимости газов от температуры имеет большое биологическое значение для организмов, обитающих в воде.

С повышением температуры дыхание организмов и потребность в кислороде возрастают, тогда как концентрация его в воде падает, вследствие чего при нагревании может наступить гибель организмов от удушья из-за недостатка кислорода. При насыщении воды кислородом организмы становятся менее чувствительными к повышению температуры.

При растворении в воде солей и многих неэлектролитов, склонных к гидратации, растворимость в ней газов, как правило, значительно уменьшается в соответствии с законом И. М. Сеченова.

Растворимость жидкостей в жидкостях колеблется в широких пределах. Известны жидкости, неограниченно растворяющиеся друг в друге, например спирт и вода, серная кислота и вода, и др. Существуют жидкости, ограниченно растворимые друг в друге, например эфир растворим в воде в небольших количествах. При добавлении больших количеств образуются два слоя. Верхний слой представляет собой насыщенный раствор воды в эфире и содержит при t° 18° 1,2% воды и 98,8% эфира; нижний слой, являющийся насыщенным раствором эфира в воде, содержит 93,5% воды и 6,5% эфира.

Известны жидкости, практически нерастворимые друг в друге, например ртуть и вода, бензол и вода. С увеличением температуры взаимная растворимость ограниченно растворимых жидкостей в большинстве случаев возрастает и часто при достижении определенной для каждой пары жидкостей температуры, называемой критической, жидкости полностью смешиваются одна с другой. Например, фенол и вода при t° 68,8° (критическая температура) и выше растворяются друг в друге в любых пропорциях; ниже критической температуры они лишь ограниченно растворимы друг в друге.

При изменении давления взаимная растворимость жидкостей меняется незначительно.

Растворимость твердых веществ в жидкостях обычно выражают в граммах твердого безводного вещества, приходящихся на 100 г растворителя в насыщенном растворе или на 100 мл насыщенного раствора. В зависимости от природы твердого вещества и растворителя растворимость твердых веществ в жидкостях колеблется в очень широких пределах. Так, например, при 25° в 100 г воды растворяется 257 г AgNO 3 и лишь 3·10 -20 г HgS.

Растворимость твердых веществ зависит от степени их измельчения. Мелкие кристаллики, или зерна, размеры которых меньше примерно 0,1 мм, более растворимы чем крупные. Различные по содержанию кристаллизационной воды кристаллогидраты одного и того же химического соединения обладают неодинаковой растворимостью. Например, растворимость Na 2 SO 4 ·10Н 2 O в воде меньше растворимости Na 2 SO 4 .

Растворимость твердых веществ в жидкостях почти не зависит от давления, но, как правило, сильно изменяется с температурой.

Обычно растворимость твердых веществ возрастает с повышением температуры, но известны вещества, как например Са(ОН) 2 , Са(С 2 Н 3 O 2) 2 и др., растворимость которых с повышением температуры понижается.

См. также Буферные растворы, Диффузия, Изотонические растворы, Электролиты.

Растворы - это состоящая из двух или более веществ однородная масса или смесь, в которой одно вещество выступает в качестве растворителя, а другое - в качестве растворяемых частиц.

Существует две теории трактовки происхождения растворов: химическая, основоположником которой является Менделеев Д. И., и физическая, предложенная немецким и швейцарским физиками Оствальдом и Аррениусом. Согласно трактовке Менделеева, компоненты растворителя и растворяемого веществ становятся участниками химической реакции с образованием неустойчивых соединений этих самых компонентов или частиц.

Физическая же теория отрицает химическое взаимодействие между молекулами растворяющего и растворяемого веществ, объясняя процесс образования растворов как равномерное распределение частиц (молекул, ионов) растворителя между частицами растворяемой субстанции вследствие физического явления, именуемого диффузией.

Классификация растворов по различным критериям

На сегодня нет единой системы классификации растворов, однако условно виды растворов можно сгруппировать по наиболее значимым критериям, а именно:

I) По агрегатному состоянию выделяют: твёрдые, газообразные и жидкие растворы.

II) По размерам частиц растворённого вещества: коллоидные и истинные.

III) По степени концентрации частиц растворённого вещества в растворе: насыщенные, ненасыщенные, концентрированные, разбавленные.

IV) По способности проводить электрический ток: электролиты и неэлектролиты.

V) По назначению и области применения: химические, медицинские, строительные, специальные растворы и др.

Виды растворов по агрегатному состоянию

Классификация растворов по агрегатному состоянию растворителя приводится в широком смысле значения этого термина. Принято считать растворами жидкие субстанции (причём в качестве растворяемого вещества может выступать как жидкий, так и твёрдый элемент), однако если учесть тот факт, что раствор - это гомогенная система из двух или нескольких веществ, то вполне логично признать также и твёрдые растворы, и газообразные. Твёрдыми растворами принято считать смеси, например, нескольких металлов, больше известных в обиходе как сплавы. Газообразные виды растворов - это смеси нескольких газов, пример - окружающий нас воздух, который представлен в виде соединения кислорода, азота и углекислого газа.

Растворы по размеру растворённых частиц

Виды растворов по размеру растворённых частиц включают истинные (обычные) растворы и В растворяемое вещество распадается на мелкие молекулы или атомы, по размерам приближённые к молекулам растворителя. При этом истинные виды растворов сохраняют первоначальные свойства растворителя, лишь слегка преображая его под действием физико-химических свойств добавленного в него элемента. Например: при растворении поваренной соли или сахара в воде вода остаётся в том же агрегатном состоянии и той же консистенции, практически такого же цвета, меняется только её вкус.

Коллоидные растворы отличаются от обычных тем, что добавляемый компонент распадается не полностью, сохраняя сложные молекулы и соединения, размеры которых значительно превышают частицы растворителя, превосходя значение 1 нанометра.

Виды концентрации растворов

В одно и то же количество растворителя можно добавить разное количество растворяемого элемента, на выходе будем иметь растворы с разной концентрацией. Перечислим основные из них:

1. Насыщенные растворы характеризуются степенью при которой растворяемый компонент под влиянием постоянной величины температуры и давления больше не распадается на атомы и молекулы и раствор достигает фазового равновесия. Насыщенные растворы также условно можно разделить на концентрированные, в которых растворённого компонента сопоставима с растворителем, и на разбавленные, где растворённого вещества в несколько раз меньше растворителя.
2. Ненасыщенные - это те растворы, в которых растворяемое вещество ещё может распадаться на мелкие частицы.
3. Пересыщенные растворы получаются тогда, когда изменяются параметры воздействующих факторов (температура, давление), в результате чего продолжается процесс "дробления" растворённого вещества, его становится больше, чем было при нормальных (обычных) условиях.

Электролиты и неэлектролиты

Некоторые вещества в растворах распадаются на ионы, способные проводить электрический ток. Такие гомогенные системы называются электролитами. В эту группу входят кислоты, большинство солей. А растворы, не проводящие электрический ток, принято называть неэлектролитами (почти все органические соединения).

Группы растворов по назначению

Растворы незаменимы во всех отраслях народного хозяйства, специфика которых создала такие виды специальных растворов, как медицинские, строительные, химические и другие.

Медицинские растворы - это совокупность препаратов в форме мазей, суспензий, микстур, растворов для инфузий и инъекций и прочих лекарственных форм, применяемых в медицинских целях для лечения и профилактики различных заболеваний.

Виды химических растворов включают в себя огромное множество гомогенных соединений, используемых в химических реакциях: кислоты, соли. Эти растворы могут быть органического или неорганического происхождения, водные (морская вода) или безводные (на основе бензола, ацетона и т. д.), жидкие (водка) или твёрдые (латунь). Они нашли своё применение в самых различных отраслях национального хозяйства: химическая, пищевая, текстильная промышленность.

Виды строительных растворов отличаются вязкой и густой консистенцией, из-за чего им больше подходит название смеси.

Благодаря своей способности быстро затвердевать они с успехом применяются в качестве для кладки стен, потолков, несущих конструкций, а также для отделочных работ. Представляют собой водные растворы, чаще всего трёхкомпонентные (растворитель, цемент различных маркировок, заполнитель), где в качестве наполнителя используется песок, глина, щебень, известь, гипс и другие строительные материалы.

Основные понятия

Раствором называют гомогенную систему, состоящую из двух или более компонентов.

Один из компонентов раствора – растворитель, остальные – растворенные вещества . Растворителем обычно считают тот компонент, чье агрегатное состояние не изменяется при образовании раствора. Если оба компонента находятся в одинаковом агрегатном состоянии, то растворителем является тот компонент, который находится в большем количестве.

Растворы бывают насыщенными, ненасыщенными и пересыщенными.

Насыщенный раствор – это раствор, который находится в равновесии с твердой фазой растворенного вещества, т.е. содержит максимально возможное количество растворенного вещества при данной температуре.

Ненасыщенный раствор – это раствор, концентрация которого меньше концентрации насыщенного раствора.

Пересыщенный раствор – это раствор, в котором растворяемого вещества содержится больше, чем в насыщенном при данной температуре.

Растворимостью называют способность одного вещества растворятся в другом. Количественно растворимость твердых веществ и жидкостей определяется коэффициентом растворимости. Коэффициент растворимости выражается массой вещества, растворяющегося при данных условиях в 100 г растворителя с образованием насыщенного раствора. Обычно вещество считают растворимым (р ), если величина коэффициента растворимости превышает 1. При коэффициенте растворимости от 1 до 0,01 вещество мало растворимо (м ). При коэффициенте растворимости менее 0,01 вещество практически нерастворимо (н ).

Растворение веществ часто сопровождается выделением или поглощением теплоты. Что является следствием химического взаимодействия растворенного вещества с растворителем. Этот процесс называется гидратацией , если растворитель – вода, или сольватацией , если взят неводный растворитель. При этом образуются соединения, который соответственно называются гидратами и сольватами .

Гидраты, как правило, не стойкие вещества. Но некоторые из них настолько прочны, что вода входит в состав кристаллов растворенного вещества. Такие вещества называются кристаллогидратами, а содержащаяся в них вода называется кристаллизационной.

Состав кристаллогидрата изображается формулой, которая показывает какое количество кристаллизационной воды содержится в кристаллогидрате:

· медный купорос (кристаллогидрат сульфата меди) – CuSO 4 ·5H 2 O;

· глауберова соль (кристаллогидрат сульфата натрия) – Na 2 SO 4 ·10H 2 O.

Тема 7. Растворы и дисперсные системы Оглавление

Тема 7. Растворы и дисперсные системы 1

7.1.Основные понятия и определения. Структура темы 3

7.1.1.Классификация растворов 3

7.1.2.Структура темы 4

7.2.Дисперсные системы (смеси) их виды 5

7.2.1.Грубодисперсные системы 6

7.2.2.Тонкодисперсные системы (коллоидные растворы) 6

7.2.3.Высокодисперсные системы (истинные растворы) 9

7.3.Концентрация, способы ее выражения 10

7.3.1.Растворимость веществ. 10

7.3.2.Способы выражения концентрации растворов. 11

7.3.2.1.Процентная 12

7.3.2.2.Молярная 12

7.3.2.3.Нормальная 12

7.3.2.4.Моляльная 12

7.3.2.5.Мольная доля 12

7.4.Физические законы растворов 13

7.4.1.Закон Рауля 13

7.4.1.1.Изменение температур замерзания 14

7.4.1.2.Изменение температур кипения 15

7.4.2.Закон Генри 15

7.4.3.Закон Вант-Гоффа. Осмотическое давление 15

7.4.4.Идеальные и реальные растворы. 16

7.4.4.1.Активность – концентрация для реальных систем 17

7.5.Теория растворов 17

7.5.1.Физическая теория 18

7.5.2.Химическая теория 18

7.6.Теория электролитической диссоциации 19

7.6.1.Растворы электролитов 20

7.6.1.1.Константа диссоциации 20

7.6.1.2.Степень диссоциации. Сильные и слабые электролиты 24

7.6.1.3.Закон разведения Оствальда 27

7.6.2.Электролитическая диссоциация воды 27

7.6.2.1.Ионное произведение воды 28

7.6.2.2.Водородный показатель. Кислотность и основность растворов 29

7.6.2.3.Кислотно-основные индикаторы 29

7.7.Реакции ионного обмена. 31

7.7.1.Образование слабого электролита 32

7.7.2.Выделение газа 34

7.7.3.Образование осадков 34

7.7.3.1.Условие образование осадка. Произведение растворимости 34

7.7.4.Гидролиз солей 36

7.7.4.1.Смещение равновесия при гидролизе 38

1. Основные понятия и определения. Структура темы

Дисперсные системы или смеси представляют собой многокомпонентные системы, в которых одно или несколько веществ равномерно распределено в виде частиц в среде другого вещества.

В дисперсных системах различают дисперсную фазу - мелкораздробленное вещество и дисперсионную среду - однородное вещество, в котором распределена дисперсная фаза. Например, в мутной воде, содержащей глину, дисперсной фазой являются твердые частички глины, а дисперсионной средой - вода; в тумане дисперсная фаза - частички жидкости, дисперсионная среда - воздух; в дыме дисперсная фаза -- твердые частички угля, дисперсионная среда - воздух; в молоке - дисперсная фаза - частички жира, дисперсионная среда - жидкость и т. д. Дисперсные системы могут быть как гомогенными так и гетерогенными.

Гомогенная дисперсная система является раствором.

1. Классификация растворов

По размеру растворенных веществ все многокомпонентные растворы разделяют на:

грубодисперсные системы (смеси);

тонкодисперсные системы (коллоидные растворы);

высокодисперсные системы (истинные растворы).

По фазовому состоянию растворы бывают:

По составу растворенных веществ жидкие растворы рассматривают как:

электролиты;

неэлектролиты.

1. Структура темы

1. Дисперсные системы (смеси) их виды

Дисперсная система - это смесь из двух или более веществ, которые совершенно или практически не смешиваются и не реагируют друг с другом химически. Первое из веществ (дисперсная фаза ) мелко распределено во втором (дисперсионная среда ). Фазы разделены между собой границей раздела и их можно отделить друг от друга физическим способом (центрифугировать, сепарировать и т.д.).

Основные виды дисперсных систем: аэрозоли, суспензии, эмульсии, золи, гели, порошки, волокнистые материалы типа войлока, пены, латексы, композиты, микропористые материалы; в природе - горные породы, почвы, атмосферные осадки.

По кинетическим свойствам дисперсной фазы дисперсные системы можно разделить на два класса:

Свободнодисперсные системы, у которых дисперсная фаза подвижна;

Связнодисперсные системы, дисперсионная среда которых твердая, а частицы их дисперсной фазы связаны между собой и не могут свободно перемещаться.

По размеру частиц дисперсной фазы различают грубодисперсные системы (взвеси) с размером частиц более 500 нм и тонкодисперсные (коллоидные растворы или коллоиды) с размерами частиц от 1 до 500 нм.

Таблица 7.1. Разновидность дисперсных систем.

Неводные растворы, определение, характеристика

НЕВОДНЫЕ РАСТВОРЫ. РАСТВОРИТЕЛИ, ХАРАКТЕРИСТИКА. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА В АПТЕЧНЫХ и заводских условиях. НОМЕНКЛАТУРА

План:

1. Неводные растворы, определение, характеристика.

2. Особенности технологии растворов на неводных летучих растворителях.

3. Особенности технологии растворов на неводных нелетучих растворителях.

4. Оценка качества неводных растворов.

Перспективы совершенствования качества и технологии неводных растворов.

Неводные растворы, определение, характеристика.

Неводные растворы - это жидкие лекарственные формы, представляющие собой гомогенные дисперсные системы, структурными единицами в которых являются ионы и молекулы. Эти растворы предназначены главным образом для наружного применения (смазывания, обтирания, примочки, капли для носа, ушные и т.п.). Значительно реже они применяются внутрь, для инъекций и для ингаляций.

Причины применения неводных растворителей:

1. Необходимость получения растворов из трудно растворимых в воде лекарственных веществ;

2. Для устранения гидролиза лекарственных веществ;

3. Возможность пролонгирования действия;

4. Для увеличения стабильности лекарственных веществ в растворе.

К неводным растворам предъявляются требования , аналогичные требованиям к растворам водным, то есть:

Соответствие медицинскому назначению для достижения необходимого лечебного эффекта;

Полнота растворения лекарственных веществ;

Отсутствие механических включений;

Соответствие концентраций лекарственных веществ, объема или массы растворов прописанному;

Стабильность при хранении.

Достоинствами неводных растворов являются:

Простата изготовления;

Разнообразие способов назначения;

Стабильность неводных растворов (они более стабильны, чем водные).

Недостатки:

Невозможность процеживания растворов на вязких растворителях;

Некоторые летучие растворители огнеопасны. Поэтому работу с ними необходимо производить вдали от источников огня.

Растворители , входящие в состав неводных растворов, подразделяют на две группы:

Þ летучие (этанол, диэтиловый эфир, хлороформ);

Þ нелетучие (глицерин, минеральные масла (вазелиновое), силиконы (эсилон 4, 5), полиэтиленоксиды (ПЭО - 400), димексид).

Изготовление растворов на неводных растворителях характеризуется теми же стадиями, что и водных растворов, т.е. отвешивание или отмеривание лекарственных веществ и растворителей, растворение и смешивание, фильтрование, упаковка, оформление. В то же время каждая из этих стадий в технологии неводных растворов имеет свои особенности, обусловленные главным образом физико-химическими свойствами растворителей.

Что такое Растворы?Растворитель?и Растворимость? Дайте определение понятиям!

Екатерина муренко

Раство́р - гомогенная (однородная) смесь, образованная не менее чем двумя компонентами, один из которых называется растворителем, а другой растворимым веществом, это также система переменного состава, находящаяся в состоянии химического равновесия.

Химический раствор - это смесь одной или нескольких кислот с водой.

Раствор - однофазная система переменного состава, состоящая из двух или более компонентов. Растворы - гомогенные (однородные) системы, то есть каждый из компонентов распределён в массе другого в виде молекул, атомов или ионов

Растворитель - компонент, агрегатное состояние которого не изменяется при образовании раствора. В случае же растворов, образующихся при смешении газа с газом, жидкости с жидкостью, твёрдого вещества с твёрдым, растворителем считается компонент, количество которого в растворе преобладает

Раствори́мость - способность вещества образовывать с другими веществами однородные системы - растворы, в которых вещество находится в виде отдельных атомов, ионов, молекул или частиц.

Ольka

РАСТВОРЫ - однородные смеси переменного состава. Р. делят на газовые, жидкие и твёрдые. К газовым Р. относят воздух, природные горючие газы и др. ; их чаще называют смесями.

РАСТВОРЫ - гомогенные системы, состоящие из двух или более компонентов, состав к рых в определенных пределах может непрерывно изменя

РАСТВОРИМОСТЬ, способность вещества образовывать с др. веществом (или веществами) гомог. смеси с дисперсным распределением

Растворители - индивидуальное химическое соединение или их смесь, способная растворять различные вещества, то есть образовывать с ними однородные системы переменного состава двух или большего числа компонентов

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.

Коллоидные растворы (золи) (10 -9 -10 -6 ). К ним можно отнести раствор кремниевой кислоты, растворы солей кремниевой кислоты (силикатный клей).

Истинные растворы, в которых размеры дисперсной фазы очень малы (10 -10 -10 -9 ).

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

Дисперсные системы

Вид дисперсной системы, ее обозначение.

Примеры дисперсных систем

Дисперсионная фаза

Дисперсионная среда

Твердое тело

Газ (г)

Аэрозоль (т/г)

Пыль, дым, хлопья снега

Жидкость (ж)

Суспензии (т/ж)

Коллоидные растворы (т/ж)

Истинные растворы

(т/ж)

Глина, зубная паста, губная помада.

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

Растворы солей, щелочей, сахара.

Твердое тело (т)

Твердые растворы (т/т)

Сплавы, минералы, цветные стекла.

Жидкость

Газ (г)

Аэрозоль (ж/г)

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

Жидкость(ж)

Эмульсия (ж/ж)

Истинные растворы (ж/ж)

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

Нисшие спирты +вода, ацетон + вода.

Твердое тело (т)

Твердая эмульсия (ж/т)

Жемчуг, опал.

Газ

Газ (г)

Дисперсной системы не образуется

Жидкость (ж)

Пена (г/ж)

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

Твердое тело (т)

Твердая пена (г/т)

Пенопласт, пенобетон, пеностекло, пемза, лава.

Дисперсные системы изучает специальный раздел химии – коллоидная химия. Мы будем знакомиться в основном с третьей группой – истинными растворами .

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.

Например, при внесении в воду кристалликов хлорида калия с их поверхности постепенно начинают отрываться ионы К + и С l - .

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

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

Рис. . Схема разрушения кристаллической решетки хлорида калия в воде

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.

Данная теория получила название физической теории растворов . Основоположниками физической теории являлись Якоб Г. Вант-Гофф (1885 г.) и Сванте А. Аррениус (1883 г.).

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.).

P общ. = P 1 + P 2 + … P n .

В 1887 г. Д.И. Менделеев предложил химическую, или сольватную (гидратную) теорию растворов . Он доказал, что в реальных растворах между молекулами растворителя и растворенного вещества происходит взаимодействие, которое носит различный характер:

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

С l 2 + Н 2 O → HCl + НОС l .

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 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 ; AgNO 3 ; H 2 SO 4 , ZnSO 4 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 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:

CuSO 4 ⇄ Cu 2+ + SO 4 2-

Образующиеся ионы взаимодействуют с молекулами воды:

При выпаривании раствора образуется кристаллогидрат сульфата меди (II) – CuSO 4 5Н 2 O .

Кристаллические вещества, содержащие молекулы воды, называются кристаллогидратами.

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

Одновременно с процессом растворения происходит обратный процесс - процесс кристаллизации . Перешедшие в раствор молекулы находятся в непрерывном движении. Они могут столкнуться с твердой поверхностью еще не растворившегося вещества, снова притянуться к ней и вернуться в состав кристалла. Вероятность такого столкновения тем выше, чем выше концентрация частиц растворенного вещества. А так как концентрация частиц растворенного вещества растет по мере растворения, то в какой-то момент времени скорость растворения становится равной скорости кристаллизации. При этом в раствор переходит столько же частиц, сколько их выделяется из раствора. То есть вещество больше не растворяется.

Раствор, в котором данное вещество при данной температуре больше не растворяется (т. е. раствор, находящийся в равновесии с растворяемым веществом), называется насыщенным .

Раствор, в котором еще можно растворить добавочное количество данного вещества, называется ненасыщенным .

Раствор, содержащий растворенного вещества больше, чем его должно быть в данных условиях в насыщенном растворе, называется пересыщенным .

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.

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

Рис. Кривые растворимости некоторых солей

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:

Где

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 (%):

Где

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

Молярная концентрация

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.

Назад Вперёд

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Цели урока.

1. Формирование представлений о растворении как физико-химическом процессе, растворах как физико-химических системах и их классификации.
2. Формирование понятий раствор, растворение, диссоциация, гидратация.

Оборудование и реактивы: сахар, хлорид натрия, сульфат меди (II), пересыщенный раствор ацетата натрия, борная кислота, этанол, керосин, охлажденная дистиллированная вода, термометр, химические стаканы – 6 шт., ступка с пестиком, пробирки – 2 шт., спиртовка, стеклянные палочки – 8 шт.

Ход урока

1. Учитель дает представление о многообразии растворов в окружающем мире, о существовании растворов с разным агрегатным состоянием и их отличительных признаках. Делается акцент на водных растворах как наиболее часто используемых в деятельности человека. На конкретных примерах рассматриваются существенные признаки растворов.

2. На основе демонстрационных экспериментов выявляются процессы, протекающие при растворении, делаются первые попытки определения процесса растворения.

В 2 стакана наливаем по 50 мл воды. В первый стакан опустим несколько крупных кристаллов сульфата меди (II), в другой – такое же количество перетертого в ступке сульфата меди (II).

В стакане с перетертым сульфатом меди голубое окрашивание появляется быстрее, а мелкие кристаллы исчезают. В другом стакане процесс растворения протекает медленнее. Измельченные вещества растворяются быстрее.

Делается вывод о необходимости измельчения и перемешивания компонентов раствора.

На основе видеофрагмента и схемы рассматривается сущность процессов диссоциации и гидратации растворенного вещества.

3. Выводятся основные определения понятий темы.

Растворение – это физико-химический процесс, включающий в себя разрушение кристаллической решетки вещества (диссоциацию) и взаимодействие образовавшихся частиц с молекулами растворителя (сольватацию).

Растворы – это однородная устойчивая система, состоящая из частиц растворенноговещества, растворителя и продуктов их взаимодействия.

На основе определения проверятся усвоение учащимися различия растворов и неоднородных смесей, растворения и других физических и химических процессов.

Закрепляются и фиксируются основные понятия темы.

Растворение - физико-химический процесс, включающий в себя разрушение кристаллической решетки вещества и взаимодействие образовавшихся частиц с молекулами растворителя.

Диссоциация - распад вещества на составные части.

Гидратация – химическое взаимодействие вещества с водой.

Раствор - однородная устойчивая система, состоящая из частиц растворенного вещества, растворителя и продуктов их взаимодействия.

4. Классификация растворов по количеству растворенного вещества. Определение зависимости растворимости от температуры.

В 4 стакана нальем по 50 мл воды, охлажденной до 15 градусов Цельсия. Поместим по 5 г сахара, соли (хлорида натрия), сульфата меди (II) и борной кислоты в стаканы и тщательно перемешаем.

Борная кислота лишь частично растворилась.

Добавляем следующие 5 г сульфата меди (II), соли и сахара.

Нерастворившиеся кристаллы сульфата меди (II) оседают на дно стакана.

В оставшиеся стаканы добавим еще 10г соли и сахара, перемешаем растворы.

Соль полностью не растворилась, а сахар по прежнему полностью растворился в воде.

Нагреем получившиеся растворы.

При нагревании осадки полностью растворились.

Добавим еще немного веществ в соответствующие растворы.

Добавленные вещества продолжают растворяться.

Делается вывод о существовании насыщенных и ненасыщенных растворов и их признаках.

“Мгновенная” кристаллизация пересыщенного раствора ацетата натрия.

Вывод о существовании неустойчивых пересыщенных растворов и их отличительных особенностях.

1. Разбор опорного конспекта и фиксация его учащимися.
2. Домашнее задание: карточки с задачами о растворах, §24, вопр. 1-4.