Процесс растворения – физико-химический процесс

Растворы.

Раствор - это система, состоящая из растворителя и растворённого вещества.

Раствор - дисперсная система, состоящая из дисперсной фазы (мелко раздробленного вещества) и дисперсионной среды (растворителя – однородной фазы, в котором распределена дисперсная фаза).

Растворами называются гомогенные (однородные) системы, содержащие не менее двух веществ.

Вещество, взятое в избытке и в том же агрегатном состоянии, что и сам раствор, принято считать растворителем, а компонент, взятый в недостатке, - растворённым веществом.

Растворы могут быть жидкими, твёрдыми и газообразными.

По растворимости все вещества делятся на хорошо растворимые, малорастворимые,практически нерастворимые.

Хорошо растворимые вещества:

- Твёрдые: сахар, большинство солей, сода, медный купорос, щавелевая кислота, лимонная кислота, щелочи NaOH, KОH.

- Жидкости: уксусная кислота, метанол, этанол, ацетон.

- Газы: аммиак, хлороводород, бромоводород, йодоводород и т. д.

Малорастворимые вещества:

- Твёрдые: гипс, гидроксид кальция.

- Жидкости: диэтиловый эфир, анилин.

- Газы: кислород, азот, водород.

Практически нерастворимые вещества:

- Твёрдые: стекло, серебро, золото, медь, AgCl, BaSO₄, CaCO₃.

- Жидкости: жиры, растительное масло, нефть, нефтепродукты.

· Газы: благородные газы.

Абсолютно нерастворимых веществ не существует.

С увеличением температуры растворимость большинства твёрдых веществ увеличивается, а растворимость газообразных веществ уменьшается (кипение воды – выделяется кислород). Растворимость газообразных веществ увеличивается с повышением давления (получение газированной воды).

Процесс растворения – физико-химический процесс.

Физический процесс растворения заключается в разрушении межмолекулярных и меж ионных химических связей, кристаллической решётки, что сопровождается поглощением энергии – эндотермический процесс, а так же идёт распределение частиц растворённого вещества между молекулами растворителя (диффузия).

Химический процесс растворения заключается во взаимодействии частиц растворённого вещества с молекулами растворителя, что сопровождается выделением энергии – экзотермический процесс.

Таким образом, в целом процесс растворения веществ сопровождается выделением или поглощением энергии. Если на разрушение химических связей затрачивается больше энергии, чем её выделяется при взаимодействии частиц растворённого вещества с молекулами растворителя, то в процессе растворения энергия поглощается и наоборот. Например, с поглощением энергии идёт процесс растворения нитратов калия и аммония, хлорида натрия. С выделением энергии растворяется серная кислота, безводный сульфат меди (II), гидроксиды натрия, калия и др. вещества.

В зависимости от величины частиц растворённого вещества различают взвеси, истинные растворы и коллоидные растворы.

Взвеси – это грубо дисперсные системы. Они неоднородны. Частицы растворённого вещества можно увидеть не только в микроскоп, но и невооружённым глазом. Взвеси делятся на суспензии и эмульсии.

Суспензии – это дисперсные системы, где дисперсной фазой является твёрдое вещество, а дисперсионной средой – жидкость, причём твёрдое вещество нерастворимо в жидкости.

Например, глина, песок, мел в воде. Со временем частички, образующие взвесь, осаждаются, причём, чем они меньше, тем дольше сохраняется суспензия.

Эмульсии – это дисперсные системы, в которых дисперсная фаза и дисперсионная среда являются взаимно не смешивающимися жидкостями (нефть и нефтепродукты в воде, масло в воде). Со временем эмульсия расслаивается.

Частицы растворённого вещества из суспензий и эмульсий можно отделить отстаиванием и фильтрованием.

Коллоидные растворы занимают промежуточное положение между истинными растворами и взвесями. Это тонкодисперсные однородные системы. Такие частицы способны рассеивать свет, и их можно увидеть в ультрамикроскоп.

Коллоидные растворы делят на золи (коллоидные растворы) и гели (студни).

К коллоидным растворам или золям относятся желатин, конторский и столярный клей, яичный белок, крахмальный клейстер, большинство жидкостей живой клетки (цитоплазма, кариоплазма – ядерный сок, содержимое органоидов и вакуолей) и живого организма в целом (кровь, лимфа, пищеварительные соки, тканевая жидкость, и т. д). Коллоидные растворы могут быть получены в результате некоторых химических реакций: при взаимодействии раствора силиката натрия с раствором соляной кислоты образуется коллоидный раствор кремниевой кислоты, при гидролизе хлорида железа (III) в горячей воде.

Коллоидные растворы сохраняются достаточно долго, но со временем осаждаются, а при нагревании или добавлении кислот, щелочей, солей, коагулируют (свёртываются).

Другая группа коллоидных систем – гели или студни. Это студенистые осадки, образующиеся при коагуляции золей. К ним относятся кондитерские, медицинские, косметические гели (желатин, холодец, желе, мармелад, торт «Птичье молоко»). Со временем структура гелей нарушается – из них самопроизвольно выделяется вода.

Истинные растворы однородны (гомогенны), сохраняются сколь угодно долго, не фильтруются и не отстаиваются. Их нельзя увидеть даже в современные ультрамикроскопы, так как растворённое вещество раздроблено до молекул или ионов, а они не рассеивают свет. Это растворы кислот, щелочей, солей, сахар, спирт в воде.

По соотношению преобладания числа частиц, переходящих в раствор и удаляющихся из раствора, различают растворы насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные.

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

Раствор, в котором при данной температуре можно ещё растворить добавочное количество данного вещества, называется ненасыщенны. (раствор, который содержит меньшее количество растворённого вещества, чем в насыщенном растворе при тех же условиях).

Раствор, содержащий больше растворённого вещества, чем его должно быть в данных условиях в насыщенном растворе, называется пересыщенным. Такие растворы представляют собой неустойчивые, неравновесные системы, в которых наблюдается самопроизвольный переход в равновесное состояние. При этом выделяется избыток растворённого вещества (кристаллизация), и раствор становится насыщенным.

Насыщенные и ненасыщенные растворы нельзя путать с разбавленными и концентрированными растворами.

По относительным количествам растворённого вещества и растворителя растворы делятся на разбавленные и концентрированные.

Разбавленные растворы – это растворы с небольшим содержанием растворённого вещества.

Концентрированные растворы – это растворы с большим содержанием растворённого вещества.

Понятие разбавленный и концентрированный раствор является относительным. Иногда говорят «крепкий» раствор или «слабый» раствор. (Сказать точно, какой раствор серной кислоты является разбавленным, а какой концентрированным, нельзя.