Растворы

РАСТВОРЫ

РАСТВОРЫ, истинные растворы — однородные (гомогенные, однофазные) системы переменного состава из двух или более компонентов (составных частей). Роль Р. исключительно важна. В водах мирового океана, представляющего собой водный Р.

многих сотен неорганических и органических веществ, зародилась жизнь на нашей планете. Воздух также является газовым Р. азота, кислорода, углекислого газа, водяных паров и инертных газов (аргоноидов). Физиол.

жидкости: плазма крови, лимфа, цереброспинальная жидкость, желудочный и кишечный сок, пот, моча и др. представляют собой Р. Почти все лекарственные средства оказывают свойственное им терапевтическое действие на организм в растворенном состоянии.

Многие известные химические реакции (см.) протекают в Р, Учение о Р. является важнейшим разделом современной физической химии (см.).

От механических смесей Р, отличаются однородностью, от хим. соединений — переменным составом. Всякий Р. состоит из растворенных веществ и растворителя (см. Растворители).

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

В случае растворения одной жидкости в другой растворителем считают ту из них, к-рая находится в Р. в относительно большем количестве.

Классификация растворов

В зависимости от агрегатного состояния различают газообразные, жидкие и твердые Р. К газообразным Р. относятся смеси любых газов и паров, в т. ч. и освобожденный от пыли воздух. К твердым Р. относятся многие металлические сплавы (см.), стекло, минералы.

Особое значение для медицины и медико-биол. наук имеют жидкие Р., образуемые в результате растворения газов, жидкостей или твердых веществ в жидкостях.

Состав Р. выражают концентрацией компонентов (см. Концентрация). Р. с большой концентрацией растворенного вещества называют концентрированными, с малой — разбавленными. Р.

, находящиеся в равновесии с избытком растворяющегося вещества, называют насыщенными. В ненасыщенных Р. концентрация растворенного вещества меньше, а в пересыщенных больше, чем в насыщенных. Р., подчиняющиеся закону Рауля (см.

Рауля закон), при всех возможных концентрациях называют идеальными растворами.

[attention type=yellow]

По способности проводить электрический ток Р. подразделяют на Р. электролитов (см.), или ионные Р., хорошо проводящие электрический ток (к ним относятся, напр., водные растворы к-т, оснований, солей), и на Р. неэлектролитов, или молекулярные, не проводящие электрического тока (напр., растворы глюкозы, этанола и др.).

[/attention]

В зависимости от величины мол. веса (массы) растворенного вещества жидкие Р. делят на Р. низкомолекулярных веществ (Р. глюкозы, этанола, глицерина, обычных к-т, щелочей и солей и др.) и на Р. высокомолекулярных соединений (см.

), к к-рым относятся, напр., растворы белков, полисахаридов, нуклеиновых к-т в воде, каучука в бензоле и др. Растворы высокомолекулярных соединений обладают рядом свойств, присущих типичным коллоидным дисперсиям (см. Коллоиды).

Теории растворов и механизм растворения

Известны две основные теории Р. Физическая теория, разработанная в последней четверти 19 в. Я. Вант-Гоффом и С. Аррениусом, рассматривает растворитель как химически индифферентную среду, в к-рой равномерно распределены частицы (молекулы, ионы) растворенного вещества.

При этом предполагается отсутствие межмолекулярного взаимодействия как между самими частицами растворенного вещества, так и между ними и молекулами растворителя. С позиций физической теории удалось объяснить ряд свойств разбавленных Р.— понижение давления пара (см. Рауля закон), понижение температуры замерзания (см.

Криометрия), повышение температуры кипения (см. Эбуллиометрия) и такое явление, как осмотическое давление (см.) Р. Эти свойства, называемые коллигативными, или осмотическими, свойствами Р., зависят только от концентрации частиц растворенного вещества, но не от их природы.

Однако физическая теория оказалась несостоятельной при объяснении ряда свойств Р., особенно свойств концентрированных Р.

Химическая, или сольватная, теория Р. предложена Д. И. Менделеевым в 1887 г.

Согласно этой теории, между частицами растворенного вещества и молекулами растворителя происходит взаимодействие, в результате к-рого образуются нестойкие соединения переменного состава, называемые сольватами или гидратами — в тех случаях, когда растворителем является вода (см.). Главную роль в образовании сольватов играют не валентные связи, а менее прочные межмолекулярные силы и водородные связи (см. Молекула). Сольватная теория дала возможность объяснить изменение ряда свойств Р. (плотности, вязкости, удельной теплоемкости и др.) с изменением их концентрации, тепловые эффекты, наблюдаемые при растворении, и др. Необходимо отметить, что физическая и химическая теории Р. не исключают, а дополняют друг друга.

Механизм растворения в общих чертах состоит в следующем. При внесении в растворитель (напр., воду) растворяемого вещества его молекулы или ионы подвергаются гидратации (см.), отрываются от растворяемого вещества и вследствие диффузии равномерно распределяются по всему объему Р.

Одновременно с растворением протекает и обратный процесс — выделение молекул или ионов из Р. и переход их в состав еще не растворившегося вещества. Скорость выделения растворенного вещества, пропорциональная его концентрации в Р., в начале процесса равна нулю, но по мере растворения вещества непрерывно возрастает.

По истечении нек-рого времени скорости двух противоположно направленных процессов становятся равными друг другу. С этого момента между избытком нерастворившегося вещества и Р. устанавливается динамическое равновесие, при к-ром при неизменных внешних условиях концентрация Р.

, называемого в данном случае насыщенным, и количество нерастворившегося вещества остаются постоянными.

[attention type=red]

Процесс растворения сопровождается выделением или поглощением теплоты. Этот эффект растворения складывается из теплоты, необходимой для отрыва молекул или ионов от растворяемого вещества и равномерного распределения их по всему объему Р.

[/attention]

, и из теплоты гидратации (сольватации) частиц растворяемого вещества.

Поскольку первый из этих процессов происходит с поглощением, а второй с выделением теплоты, тепловой эффект растворения может быть как положительным (выделение теплоты), так и отрицательным (поглощение теплоты).

Растворимость

Мерой растворимости вещества в жидкости при неизменных внешних условиях служит концентрация его насыщенного Р.

Растворимость газов в жидкостях принято выражать коэффициентом поглощения, к-рый показывает, сколько объемов данного газа, приведенных к нормальным условиям (температура 0°, давление 1 атм), растворяется в одном объеме жидкости при данной температуре и парциальном давлении (см.) газа, равном 1 атм. Растворимость также выражают массой газа, растворяющегося при постоянной температуре в единице объема жидкости.

Растворимость газов в жидкостях изменяется в широких пределах в зависимости от природы жидкости и газа, а также от давления и температуры. Так, напр., при 18° коэффициент поглощения азота равен 0, 01698, кислорода 0,03220, хлористого водорода 427,9 , аммиака 748,8. Т. к.

растворимость кислорода в воде примерно вдвое больше, чем азота, то в воздухе, растворенном в воде, содержание кислорода значительно выше, чем в атмосфере (34,1% по объему при 18° вместо 21,2% в атмосфере), что имеет большое биол. значение для организмов, обитающих в воде.

Согласно закону Генри, сформулированному в 1803 г.

, масса газа, растворяющегося при постоянной температуре в единице объема жидкости, прямо пропорциональна парциальному давлению газа: С = К•p, где С — массовая концентрация газа в насыщенном р-ре; p — парциальное давление газа; К — коэффициент пропорциональности, называемый константой или коэффициентом Генри. Из закона Генри (см.

Абсорбция) и закона Бойля—Мариот-та (см. Газы) вытекает важное следствие: объем газа, растворяющегося при постоянной температуре в единице объема жидкости, не зависит от его парциального давления. Газы следуют закону Генри при не очень высоких давлениях и только в том случае, если они химически не реагируют с растворителем.

При растворении смеси газов растворимость каждого газа, согласно закону Дальтона, пропорциональна его парциальному давлению над Р. С повышением температуры растворимость газа в жидкости уменьшается. Этим свойством пользуются для удаления растворенных газов, не образующих прочных хим. соединений с растворителем. Для этого Р.

кипятят в течение нек-рого времени, в результате чего газ удаляется из Р. вместе с паром. Растворимость газов в большинстве случаев сильно зависит от природы растворителя, кроме того, она значительно возрастает, если газ химически взаимодействует с растворителем. Этим объясняется высокая растворимость аммиака и хлористого водорода в воде и спирте.

При растворении в воде солей и нек-рых неэлектролитов растворимость в ней газов уменьшается в соответствии с законом И. М. Сеченова, согласно к-рому

lg(N0/N) = KC

где N0 и N — растворимость газа в чистой воде и в Р. соли соответственно, концентрация к-рой равна С; К — коэффициент пропорциональности, зависящий от природы газа, соли и растворителя и от температуры.

Растворимость жидкостей в жидкостях колеблется в широких пределах. Известны жидкости, неограниченно растворяющиеся друг в друге, напр, этанол и вода, серная к-та и вода и др. Существуют жидкости, ограниченно растворимые друг в друге. Напр.

, эфир растворим в воде в небольших количествах; при добавлении больших количеств эфира к воде образуются два слоя: верхний слой представляет собой насыщенный Р. воды в эфире, нижний слой является насыщенным Р. эфира в воде. Известны жидкости, практически нерастворимые друг в друге, напр, ртуть и вода, бензол и вода.

[attention type=green]

С увеличением температуры взаимная растворимость ограниченно растворимых жидкостей в большинстве случаев возрастает и часто при достижении определенной для каждой пары жидкостей температуры, называемой критической температурой, жидкости полностью растворяются друг в друге. Напр.

[/attention]

, фенол и вода при 68,8° 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 Р. или на 100 мл насыщенного Р.

В зависимости от природы твердого вещества и растворителя растворимость твердых веществ в жидкостях изменяется в крайне широких пределах. Так, напр., при 25° в 100 г воды растворяется 257 г AgNO3 и только лишь 3*10-20 г HgS.

Абсолютно нерастворимые вещества неизвестны.

Полярные вещества хорошо растворимы в полярных растворителях — воде, спирте, ацетоне и др.— и плохо растворимы в неполярных жидкостях — бензоле, четыреххлористом углероде, сероуглероде и т. п. (см. Растворители). Наоборот, неполярные вещества хорошо растворимы в неполярных растворителях и плохо — в полярных.

См. также Буферные растворы, Газообмен, Диссоциация, в химии, Диффузия, Изотонические растворы, Изоэлектрическая точка, Ионы, Распределения закон, Электролиты.

Библиография: Киреев В. А. Краткий курс физической химии, М., 1978; Соловьев Ю. И. История учения о растворах, М., 1959; Чанг Р. Физическая химия с приложениями к биологическим системам, пер. с англ., М., 1980.

В. П. Мишин.

Растворы

Леккия №17

РАСТВОРЫ

План

1. Общая характеристика растворов.

2. Способы выражения концентрации растворов.

3. Термодинамика и механизм процесса растворения.

4. Растворимость.

5. Вода как растворитель. Значение растворов в жизнедеятельности организмов

1. Общая характеристикарастворов

Растворы– это гомогенные системыпеременного состава, включающие два иболее компонентов. Частицы компонентовраствора распределены по его объему ввиде атомов, молекул или ионов (размерчастиц 0,1 – 0,5 нм).

Образование растворов, в отличие отмеханических смесей, сопровождаетсяизменением энтальпии, энтропии и объемасистемы.

По агрегатному состоянию различаютгазовые, жидкие и твердые растворы. Нообычно термин растворы относится кжидким системам.

2. Способы выраженияконцентрации растворов

Относительное содержание компонентовв растворе определяется его концентрацией.

Молярнаяконцентрация– это количествовещества, содержащееся в одном литрераствора (моль/л):

Эквивалентнаяконцентрация– это число молейэквивалентов вещества, содержащихся водном литре раствора (моль/л):

Эквивалент– это реальная илиусловная частица вещества, которая вкислотно-основной реакции эквивалентнаодному иону водорода, а вокислительно-восстановительной эквивалентна одному электрону.

Масса одного моля эквивалентов называетсямолярной массой эквивалента вещества(Э). В разных реакциях одно и то жевещество может иметь разные эквиваленты.

Моляльная концентрация– этоколичество вещества, содержащееся водном килограмме растворителя (моль/кг):

Массоваядоляравна отношению массы растворенноговещества к массе раствора:

Молярнаядоляравна отношению количестварастворенного вещества в общемуколичеству веществ в растворе:

Какправило, вещество обладает определеннойрастворимостью в данном растворителе.Подрастворимостьюпонимаютконцентрацию вещества в насыщенномрастворе.

3. Термодинамика и механизм процессарастворения

Растворение – сложный физико-химическийпроцесс, включающий три основные стадии,каждая из которых характеризуетсяизменениями термодинамических функцийН иS:

1. разрушение химических и межмолекулярных связей в растворяемом веществе (например, разрушение кристаллической решетки): Н1>0,S1>0

2. химическое взаимодействие частиц растворенного вещества с растворителем (сольватация): Н20

Согласно 2-му закону термодинамикиусловием самопроизвольности процессарастворения является убыль энергииГиббса:

G=H-TS< 0,

которая складывается из энтальпийногоН и энтропийногоTSфакторов.

Растворение газов в жидкостях приводитк упорядочению системы и, следовательно,сопровождается уменьшением энтропии:Sр-ния0.Суммарный тепловой эффект процессарастворения определяется в основномслагаемымиН1иН2и взависимости от их соотношения может ибыть и положительным (NaCl),и отрицательным (NaOH).

[attention type=yellow]

Растворение большинства кристаллическихвеществ – процесс эндотермическийНр-ния>0, таккак энергия, затрачиваемая на разрушениекристаллической решетки не компенсируетсяэнергией, выделяемой за счет сольватации.

[/attention]

Таким образом, самопроизвольномурастворению большинства твердых веществспособствуют высокие тепмературы (|Н|< |TS|).

Растворы, образование которых несопровождается изменениями объемасистемы и тепловыми эффектами (V=0,Н=0), называютидеальными. Движущей силой образованияидеального раствора является увеличениеэнтропии системы. Идеальный раствор –понятие абстрактное. Реальные системымогут лишь приближаться к идеальным.

Наиболее близки к модели идеальногораствора системы, в которых компонентыблизки по свойствам и практически невзаимодействуют друг с другом (например,раствор толуола в бензоле).

Приближаютсяпо свойствам к идеальным бесконечноразбавленные растворы, в которыхвзаимодействиях сводятся к минимумуза счет низкой концентрации растворенноговещества.

4. Растворимость

Под растворимостьюпонимаютконцентрацию растворенного веществав насыщенном растворе.

Растворимость выражают в тех же единицах,что и концентрацию. Часто используюткоэффициент растворимости s, равныймассе растворенного вещества (г) внасыщенном растворе, содержащем 100 грастворителя.

Насыщеннымназывают раствор, которыйнаходится в равновесии с избыткомрастворяемого вещества (Gр-ния=0).Насыщенный раствор имеет максимальновозможную в данных условиях концентрацию.

Растворимость зависит:

• от природы растворенного вещества и растворителя;
• от температуры;
• от давления;
• от присутствия третьих компонентов.

Влияние природыкомпонентов нарастворимость определяется принципом:подобное растворяется в подобном.Полярные растворители, например, вода,хорошо растворяют вещества с ионнойсвязью (неорганические соли, кислоты иоснования).

Хорошей растворимостью вводе обладают полярные органическиесоединения, образующие с молекуламирастворителя водородные связи (спирты,карбоновые кислоты, амины).

Неполярныерастворители, например, углеводороды,растворяют неполярные и малополярныесоединения (жиры).

Влияние температурына растворимостьзависит от теплового эффекта растворенияи определяется принципом Ле Шателье.Повышению растворимости газов способствуетпонижение температуры, так как растворениегазов – процесс экзотермический.Растворимость большинства твердыхвеществ и жидкостей — процессэндотермический и возрастает приповышении температуры.

Влияние давления существенно тольков том случае, если при растворениипроисходит значительное изменениеобъема системы, что наблюдается прирастворении газов в жидкостях.Растворимость газов растет с увеличениемдавления, так как сопровождаетсяуменьшением объема системы.

Закон Генри:

Количество газа, растворенного вопределенном объеме жидкости припостоянной температуре прямопропорционально давлению газа.

c(X)= Kгp(X)

где c(X) –молярная концентрация газа,моль/л

Kг — константаГенри, моль/лПа

p(X) –давление газа над раствором, Па

Влияние присутствия третьих компонентов.

Растворимость газов в жидкостяхзначительно снижается в присутствииэлектролитов (солей) Этот процессназывают высаливанием.

Закон Сеченова:

Растворимость газов в жидкостях вприсутствии электролитов понижается.

С(X) = С0(X)

где С(X) – растворимостьгаза в присутствии электролита

С0(X) – растворимостьгаза в чистом растворителе

КС- константа Сеченова

Сэ- концентрация электролита

Биологическое значение законов Генрии Сеченова.

[attention type=red]

Изменение растворимости газов в кровипри изменении давления может привестик тяжелым заболеванием. Кесонная болезньу водолазов – проявление закона Генри.В соответствии с законом Сеченоварастворимость кислорода и углекислогогаза в крови зависит от концентрацииэлектролитов, а также белков, липидови других веществ.

[/attention]

5. Вода как растворитель. Значениерастворов в жизнедеятельности организмов

Самым распространенным растворителемна нашей планете является вода. У животныхи растительных организмов содержаниеводы составляет обычно более 50%, а в рядеслучаев достигает 90-95%.

Вода хорошо растворяет многие ионныеи полярные соединения. Такое свойствоводы связано с ее высокой диэлектрическойпроницаемостью (=78,5).

В результате многие ионные соединениядиссоциируют и отличаются высокойрастворимостью в воде. Другой классвеществ, хорошо растворимых в воде,составляют полярные органическиесоединения (спирты, альдегиды, кетоны).

Их растворимость обусловлена образованиемводородных связей с молекулами воды.

Важны и другие аномальные свойстваводы: высокое поверхностное натяжение,низкая вязкость, высокие температурыплавления и кипения, более высокаяплотность в жидком состоянии, чем втвердом.

Вследствие высокой полярности водавызывает гидролиз веществ (эфиров,амидов и др.). Так как вода составляетосновную часть внутренней средыорганизма, то она обеспечивает процессывсасывания, передвижения питательныхвеществ и продуктов обмена в организме.

Важнейшие биологические жидкости –кровь, лимфа, моча, слюна, пот являютсярастворами солей, белков, углеводов,липидов в воде. Биохимические процессыв живых организмах протекает в водныхрастворах.

В жидких средах организма поддерживаетсяпостоянство рН, концентрации солей иорганических веществ, постоянствоосмотического давления. Такое постоянствоназывается гомеостазом. Приведенныепримеры показывают, что учение о растворахпредставляет особый интерес для медиков.

Виды растворов. Виды концентрации растворов

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.

[attention type=green]

Классификация растворов по агрегатному состоянию растворителя приводится в широком смысле значения этого термина.

[/attention]

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 коллоидные системы. В истинных растворах 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 растворимости вещества, 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 массовая доля 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 вяжущего материала для кладки стен, потолков, несущих конструкций, а также для отделочных работ.

[attention type=yellow]

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.

[/attention]

Х и м и я

Растворами называют однородные системы переменного состава. Химический состав и физические свойства одного раствора во всех частях его объёма одинаковы.

В отличие от простого смешивания веществ, при растворении происходит взаимодействие между частицами, образующими раствор.

Часто для определения раствора используют понятия гомогенной и системы.

В этом случае, раствором называется гомогенная система, состоящая из двух или более компонентов.

Гомогенные и гетерогенные системы

Гомогенная система (от греч. όμός — равный, одинаковый; γένω — рождать) — однородная система, химический состав и физические свойства которой во всех частях одинаковы или меняются непрерывно, без скачков (между частями системы нет поверхностей раздела).

В гомогенной системе из двух и более химических компонентов каждый компонент распределен в массе другого в виде молекул, атомов, ионов. Составные части гомогенной системы нельзя отделить друг от друга механическим путем.

Гетерогенная система (от греч. έτερος — разный; γένω — рождать) — неоднородная система, состоящая из однородных частей (фаз), разделённых поверхностью раздела.

Растворы могут существовать в трёх агрегатных состояниях – твёрдом, жидком и газообразном (парообразном). Примерами твёрдых растворов могут служить некоторые сплавы металлов, например сплав золота и меди, газообразных – воздух.

Наиболее важный вид растворов – жидкие растворы.

Растворы имеют чрезвычайно важное значение в жизни человека. Так, процессы усвоения пищи человеком и животными связаны с переводом питательных веществ в раствор. Растворами являются все важнейшие физиологические жидкости (кровь, лимфа и т.д.).

Растворители

Всякий раствор состоит из растворённых веществ и растворителя, т.е. среды, в которой эти вещества равномерно распределены в виде молекул и ионов.

Обычно растворителем считают тот компонент, который в чистом виде существует в том же агрегатном состоянии, что и полученный раствор. Например, в случае водного раствора соли растворителем является вода.

Если же оба компонента до растворения находились в одинаковом агрегатном состоянии (например, спирт и вода), то растворителем считается компонент, находящийся в большем количестве.

Истинные и коллоидные растворы

В растворах вещества могут находиться в различных степенях дисперсности (т.е. раздробленности). Величина частиц служит важным признаком, обуславливающим многие физикохимические свойства растворов.

По величине частиц растворы делятся на:

1. Истинные растворы (размер частиц меньше 1 мкм) и

2. Коллоидные растворы (размер частиц от 1 до 100 мкм).

Смеси с частицами размером более 100 мкм образуют взвеси: суспензии и эмульсии.

Истинные растворы могут быть ионными или молекулярными в зависимости от того, диссоциирует ли растворённое вещество на ионы или остаётся в недиссоциированном состоянии в виде молекул.

Коллоидные растворы резко отличаются по свойствам от истинных растворов. Они гетерогенны, так как имеют поверхность раздела между фазами – растворённым веществом (дисперсной фазой) и растворителем (дисперсионной средой).

Растворы высокомолекулярных соединений: белков, полисахаридов, каучука обладают свойствами как истинных, так и коллоидных растворов и выделяются в особую группу.

Растворы, механические смеси и химические соединения

Однородность растворов делает их очень сходными с химическими соединениями.

Химическое соединение — сложное вещество, состоящее из химически связанных атомов двух или нескольких элементов.

Раствор это не одно химическое соединение, а как минимум два смешанных соединения. В отличие от простого смешивания веществ, при растворении происходит взаимодействие между частицами, образующими раствор.

Выделение теплоты при растворении некоторых веществ тоже указывает на химическое взаимодействие между растворителем и растворяемым веществом.

Отличие растворов от химических соединений состоит в том, что состав раствора может изменяться в широких пределах. Кроме того, в свойствах раствора можно обнаружить многие свойства его отдельных компонентов, чего не наблюдается в случае химического соединения.

Непостоянство состава растворов приближает их к механическим смесям.

Механическая смесь — физико-химическая система, в состав которой входят два или несколько химических соединений (компонентов). В смеси исходные вещества включены неизменными. При смешивании не возникает никакое новое вещество.

От механических смесей растворы резко отличаются своею однородностью. Таким образом, растворы занимают промежуточное положение между механическими смесями и химическими соединениями.

Процесс растворения

Растворение кристалла в жидкости протекает следующим образом.

Когда вносят кристалл в жидкость, в которой он может растворяться, от поверхности его отрываются отдельные молекулы. Последние благодаря диффузии равномерно распределяются по всему объёму растворителя.

Отделение молекул от поверхности твёрдого тела вызывается, с одной стороны, их собственным колебательным движением, а сдругой – притяжением со стороны молекул растворителя.

Этот процесс должен был бы продолжаться до полного до полного растворения любого количества кристаллов, если бы не происходил обратный процесс – кристаллизация. Перешедшие в раствор молекулы, ударяясь о поверхность ещё не растворившегося вещества, снова притягиваются к нему и входят в состав его кристаллов.

Понятно, что выделение молекул из раствора будет идти тем быстрее, чем больше концентрация раствора.

А так как последняя по мере растворения вещества увеличивается, то, наконец наступает такой момент, когда скорость растворения становится равной скорости кристаллизации.

Тогда устанавливается динамическое равновесие, при котором в единицу времени растворяется и кристаллизуется одинаковое число молекул.

Раствор, находящийся в равновесии с растворяющимся веществом, называется насыщенным раствором.

Концентрация растворов

Насыщенными растворами приходится пользоваться сравнительно редко. В большинстве случаев употребляются растворы ненасыщенные, т.е. с меньшей концентрацией растворённого вещества, чем в насыщенном растворе.

Концентрацией раствора называется количество растворённого вещества, содержащееся в определённом количестве раствора или растворителя.

Растворы с большой концентрацией растворённого вещества называются концентрированными, с малой – разбавленными.

Концентрацию раствора можно выражать по разному:

1. В процентах растворённого вещества по отношению ко всему количеству раствора.

2. Числом грам-молекул растворённого вещества, содержащегося в 1 литре раствора.

3. Числом грамм-молекул растворённого вещества, содержащегося в 1000 г растворителя
   и т.д.

Растворы определение

Основные понятия

Растворомназывают 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.

[attention type=red]

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

[/attention]

· медный купорос (кристаллогидрат сульфата меди) – CuSO4·5H2O;

· глауберова соль (кристаллогидрат сульфата натрия) – Na2SO4·10H2O.

studopedia.ru

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

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.

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:

• твердые;

• жидкие;

• газовые.

По составу растворенных веществ жидкие растворы рассматривают как:

• электролиты;

• неэлектролиты.

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;

• Связнодисперсныесистемы, 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.

Диспер-сионная среда	Диспер-сная фаза	Название дисперсной системы	Примеры дисперсных систем
Газ	Жидкость	Аэрозоль	Туман, облака, карбюраторная смесь бензина с воздухом в двигателе автомобиля.
Твердое вещество	Аэрозоль	Дым, смог, пыль в воздухе
Жидкость	Газ	Пена	Газированные напитки, взбитые сливки
Жидкость	Эмульсии	Молоко, майонез, жидкие среды организма (плазма крови, лимфа), жидкое содержимое клеток (цитоплазма, кариоплазма)
Твердое вещество	Золь, суспензия	Речной и морской ил, строительные растворы, пасты.
Твердое вещество	Газ	Твердая пена	Керамика, пенопласты, полиуретан, поролон, пористый шоколад.
Жидкость	Гель	Желе, желатин, косметические и медицинские средства (мази, тушь, помада)
Твердое вещество	Твердый золь	Горные породы, цветные стекла, некоторые сплавы.

StudFiles.ru

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.

[attention type=green]

отвешивание или отмеривание лекарственных веществ и растворителей, растворение и смешивание, фильтрование, упаковка, оформление.

[/attention]

В то же время каждая из этих стадий в технологии неводных растворов имеет свои особенности, обусловленные главным образом физико-химическими свойствами растворителей.

studopedia.ru

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.