Температуры и давления. Массовая доля растворенного вещества в растворе

Раствором называют гомогенную систему переменного состава, состоящую из

двух и более компонентов. Каждый из компонентов раствора равномерно распределен

в массе другого в виде молекул, атомов или ионов. Растворы бывают газообразные,

жидкие и твердые. Практически наиболее важны жидкие растворы. Условно

компоненты раствора делятся на растворенные вещества и

растворитель. Если раствор образуется при смешивании компонентов одинакового

агрегатного состояния, растворителем считается компонент, которого в растворе

больше. В остальных случаях растворителем является тот компонент, агрегатное

состояние которого не меняется при образовании раствора. При растворении

происходит взаимодействие растворенного вещества и растворителя, называемое

сольватацией, в случае водных растворов – гидратацией. Растворение

в жидкостях газов и жидкостей сопровождается обычно выделением теплоты

(ΔH<0); растворение твердых веществ в большинстве случаев – процесс

эндотермический (ΔH>0). Энтропия при растворений твердых веществ, как

правило, увеличивается (ΔS>0), газов – уменьшается (ΔS<0).

Растворимостью называется способность вещества растворяться в том или

ином растворителе. Мерой растворимости вещества приданных условиях

является содержание его в насыщенном растворе. Раствор называется

насыщенным, если он находится в равновесии с растворяемым веществом

(ΔG=0), т.е. в насыщенном растворе содержится предельное при данных

условиях количество растворенного вещества. Раствор, содержащий вещества

больше, чем это определяется его растворимостью, - пересыщенный,

раствор, содержащий вещества меньше, чем это определяется его растворимостью, -

ненасыщенный. На практике растворимость твердых веществ часто выражают

величиной, называемой коэффициентом растворимости, который показывает

массу безводного вещества, насыщающую 100 г растворителя при данной

температуре. Растворимость вещества зависит от природы растворяемого вещества и

растворителя, их агрегатного состояния, наличия в растворе посторонних веществ,

температуры, а в случае газообразного растворяемого вещества – и от давления.

Согласно правилу «подобное растворяется в подобном», ионные соединения

и молекулярные с полярным типом связи лучше растворяются в полярных

растворителях, неполярные вещества – в неполярных растворителях. При повышении

температуры растворимость газов обычно уменьшается. Растворимость твердых

веществ меняется по-разному, что определяется знаком теплового эффекта процесса

растворения: растворение большинства твердых веществ – процесс эндотермический

(ΔH>0), поэтому с повышением температуры растворимость их

увеличивается. Влияние давления на растворимость газов в жидкостях выражает

закон Генри:

Растворимость газа при постоянной температуре прямо пропорционально его парциальному давлению над раствором: x = k∙p

где x – молярная доля растворенного вещества в насыщенном растворе;

k – коэффициент пропорциональности, называемый константой

(коэффициентом) Генри; р – парциальное давление.

Закон Генри справедлив для случая сравнительно разбавленных растворов,

невысоких давлений и отсутствия химического взаимодействия между молекулами

растворяемого газа и растворителя.

Присутствие посторонних веществ, как правило, уменьшает растворимость данного

вещества. Уменьшение растворимости веществ в присутствии солей называется

высаливанием. Растворимость малорастворимых электролитов уменьшается при

введении в насыщенный раствор одноименных ионов.

На практике состав растворов выражают с помощью следующих величин:

безразмерных – массовая и молярная доли и размерных – молярная концентрация

вещества, молярная концентрация вещества эквивалента, моляльность и массовая

концентрация вещества.

Массовая доля растворенного вещества w – отношение массы растворенного

вещества m₁ к общей массе m:

Массовая доля выражается в процентах и в долях единицы.

Молярная доля i-го компонента раствора x_i – отношение

количества вещества данного компонента к общему количеству вещества раствора.

Для бинарного раствора:

Молярная доля также выражается в процентах и в долях единицы.

Моляльность раствора b(X) – отношение количества растворенного вещества Х

к массе растворителя m:

Моляльность выражается в моль/кг.

Молярная концентрация вещества в растворе частиц Х с(Х) – отношение

количества вещества к объему раствора:

Молярная концентрация выражается в моль/л.

Молярная концентрация вещества эквивалента (1/z*)X в растворе c[

(1/z*)X ] – отношение количества растворенного вещества эквивалента (1/z*)X к

объему раствора:

Она выражается в моль/л.

Массовая концентрация вещества Х в растворе Т(Х) – отношение

массы растворенного вещества Х к объему раствора:

Массовая концентрация выражается в г/л.