Растворы. Растворимость

Различают однородные смеси (растворы) и неоднородные смеси. Среди неоднородных смесей выделяют суспензии, эмульсии, пены и аэрозоли.

Растворы – это однородные системы переменного состава, состоящие из растворителя, растворённого вещества и продуктов их взаимодействия. То есть раствор представляет собой гомогенную систему и обязательно состоит из двух или более веществ. Растворителем, как правило, считается вещество, которого больше в растворе. Все остальные компоненты – растворённые вещества.

В зависимости от агрегатного состояния растворы бывают жидкими, твёрдыми и газообразными.

Самым распространённым неорганическим растворителем является вода. Из органических растворителей широкое применение имеют метанол, этанол, диэтиловый эфир, ацетон, бензол, четырёххлористый углерод.

Насыщенными являются растворы, в которых при данных условиях вещество больше не растворяется, а раствор находится в равновесии с осадком вещества. Ненасыщенными являются растворы, в которых при данных условиях предел растворения вещества не достигнут.

Концентрированные растворы – это растворы, в которых масса растворённого вещества сопоставима с массой растворителя. Разбавленные растворы – это растворы, в которых масса растворённого вещества гораздо меньше массы растворителя.

Например, растворы азотной и серной кислот называются концентрированными, если их содержание превышает 50 % по массе, раствор хлороводорода называют концентрированной соляной кислотой, если его содержание по массе превышает 30 %.

Один и тот же раствор может быть насыщенным и разбавленным, когда например вещество плохо растворимо в воде. Или концентрированным и ненасыщенным, когда вещество, наоборот, хорошо растворимо в воде. Например, растворы CaSO₄, CaCO₃ и другие всегда являются разбавленными, но насыщенными.

К количественным характеристикам растворов относиятся массовая доля, ω; и молярная концентрация, с.

Массовая доля равна отношению массы вещества к общей массе раствора и измеряется в долях единицы или в процентах. Молярная концентрация (молярность) равна отношению количества вещества к объёму раствора и измеряется в моль/л. Эту размерность иногда обозначают М, например 1 М NaOH обозначает раствор с концентрацией гидроксида натрия 1 моль/л:

ω = ;

m (в-ва) = m (р-ра) ∙ ω;

m (р-ра) = ;

с = n (в-ва) / V (р-ра);

n (в-ва) = с ∙ V (р-ра);

V (р-ра) = n (в-ва) /с.

m (р-ра) = V (р-ра) ∙ ρ (р-ра);

V (р-ра) = m (р-ра) / ρ (р-ра);

ρ (р-ра) = m (р-ра) / V (р-ра).

По растворимости в воде вещества делят на три группы: хорошо растворимые, растворимость которых больше 1 г в 100 г растворителя; малорастворимые, растворимость которых 0,1-1 г в 100 г растворителя и практически нерастворимые, растворимость которых меньше 0,1 г вещества в 100 г растворителя. К хорошо растворимым веществам относятся, например: KOH, NH₃, CuCl₂. К малорастворимым веществам относятся Ca(OH)₂, CaSO₄, O₂. К практически нерастворимым относятся вещества Au, AgCl, стекло.

Растворимость зависит от природы растворяемого вещества и растворителя. Так, полярные вещества хорошо растворимы в полярных растворителях, а неполярные – в неполярных. Растворимость зависит также от температуры. Например, растворимость газов в воде с ростом температуры уменьшается, а растворимость большинства твёрдых веществ при повышении температуры, наоборот, увеличивается. Растворимость зависит от давления: при увеличении давления растворимость газов повышается, при понижении – уменьшается. Таким образом, растворимость газов в жидкости всегда увеличивается с ростом давления и уменьшается с ростом температуры.

В свою очередь сама скорость растворения зависит от температуры, степени дробления твёрдого вещества, перемешивания (для твёрдых веществ).

Величина и знак теплового эффекта растворения твёрдого вещества определяется соотношением теплот физического процесса, то есть разрушения кристаллической решётки, и химического процесса, то есть гидратации частиц растворённого вещества:

Q _раств. = -Е _{крист. реш.} + Q _{гиратации}.

Для характеристики насыщенных растворов используют растворимость (или коэффициент растворимости), которая показывает максимальную возможную массу вещества, способного раствориться в 100 г растворителя при данной температуре:

s = m (в-ва) / m (р-ля) ∙ 100.

Решим задачи с использованием понятий «массовая доля растворённого вещества», «молярная концентрация» и «растворимость».

Сколько граммов хлорида натрия надо растворить в 300 г воды, чтобы получить 10 % раствор?

Сколько граммов 5 %-го раствора хлорида натрия можно получить разбавлением водой 200 г 15 %-го раствора?

Сколько граммов 15 %-ного раствора гидроксида калия нужно добавить к 200 г

30 %-ного раствора этого же вещества, чтобы получить 20 %-ный раствор?

Растворимость хлорида натрия при комнатной температуре составляет 32 г на 100 г воды. Сколько граммов хлорида натрия содержится в 300 г насыщенного при этой температуре раствора?

 Из 400 г водного раствора соли при охлаждении кристаллизовалось 15 г этой соли, а в оставшемся растворе массовая доля соли составила 10 %. Рассчитайте массовую долю соли в исходном растворе.

Найдите молярную концентрацию 20 %-ной серной кислоты, если плотность раствора 1,22 г/мл.