Растворение

Растворение – это самопроизвольный процесс, заключающийся во взаимодействии растворенного вещества с молекулами растворителя [7].

В лаборатории чаще всего приходится готовить растворы твердых веществ.

Количество твердого вещества, которое можно растворить в данном количестве воды, имеет предел, зависящий от свойств взятых веществ и от тех условий, в которых происходит растворение. Когда этот предел достигнут, получается насыщенный раствор. Концентрация насыщенного раствора называется растворимостью [6].

Следовательно, насыщение раствора каким-либо веществом зависит от его растворимости в данном растворителе при данных условиях.

Каждой температуре соответствует определенная растворимость данного вещества. Если охладить насыщенный раствор вещества, растворимость которого с температурой повышается, то растворенное вещество выпадает в осадок в таком количестве, что раствор остается насыщенным при той температуре, до которой он охлажден. Однако в некоторых случаях при медленном охлаждении растворенное вещество не выделяется. Тогда говорят, что раствор пересыщен [7].

По характеру взятого растворителя различают растворы водные и неводные. К последним принадлежат растворы в органических растворителях. Растворы большинства солей, щелочей и кислот готовятся главным образом водные [7].

По точности выражения концентрации растворы делят на приблизительные, точные и эмпирические [7].

Концентрации растворов обычно выражают в массовых (весовых) и объемных (для жидкостей) процентах, в молях или молярной массе эквивалента в г/моль, содержащихся в единице объема раствора, а также титром и моляльностью [1].

Концентрации приблизительных растворов большей частью выражают в массовых процентах; точных — в молях, в молярной массе эквивалента в г/моль, содержащихся в 1 л раствора, или титром.

Концентрация раствора, выраженная в молях, содержащихся в 1 л раствора (но не в 1 л растворителя!) называется молярностью. Раствор, содержащий в 1 л 1 моль растворенного вещества, называется одномолярным или просто молярным (М). Молем (грамм-молекулой) какого-либо вещества называют молекулярный вес его, выраженный в граммах; 0,001 моль называют миллимолем, этой величиной пользуются для выражения концентрации при некоторых исследованиях.

Титром называют содержание вещества в граммах в 1 см³ раствора [6].

Моляльными называют растворы, приготовляемые растворением одного (или части) моля вещества в 1 кг растворителя [6].

Техника приготовления растворов

Независимо от того, какие (по точности) приготовляют растворы, применять следует только чистые растворители [2].

Количество приготовляемого раствора выражают или в единицах массы (г, кг), или в единицах объема (мл, л) [2].

При приготовлении точных растворов и переведении растворяемого вещества в мерную колбу растворитель (например, вода) должен занимать не более половины емкости колбы. Закрыв пробкой мерную колбу, встряхивают ее до полного растворения твердого вещества. После этого полученный раствор дополняют водой до метки и тщательно перемешивают [2].

Для приготовления 1 л 1 M (молярного) раствора какого-либо вещества отвешивают на аналитических весах 1 моль его и растворяют.

Если нужно приготовить более разбавленный раствор (0,1 или 0,01 M), отвешивают соответственно 0,1 или 0,01 моль соли.

Нормальные растворы готовят аналогично, только отвешивая не 1 моль, а 1 молярную массу эквивалента в г/моль твердого вещества [2].

Стандартными называют растворы с разными, точно определенными концентрациями, применяемые в колориметрии, например растворы, содержащие в 1 см³ 0,1; 0,01; 0,001 мг и т. д. растворенного вещества.

Концентрацию эмпирических растворов чаще всего выражают в г/л или г/мл. Для приготовления эмпирических растворов применяют очищенные перекристаллизацией вещества [2].

Растворы солей

Для приготовления приблизительных растворов, готовый раствор или отфильтровывают, или дают ему отстояться от нерастворимых в воде примесей, после чего при помощи сифона отделяют прозрачный раствор. Если раствор имеет концентрацию меньше заданной, к нему добавляют нужное количество растворяемого твердого вещества. Если же раствор имеет концентрацию больше заданной — добавляют воду и доводят концентрацию до требуемой [2].

Точные растворы солей чаще всего готовят для аналитических целей, причем обычно нормальной концентрации [2].

Растворы щелочей

Наиболее употребительными растворами щелочей в лабораторной практике являются растворы едкого натра NaOH.

В технике едкий натр часто называют каустической содой [1].

Растворы кислот

Для приготовления приблизительных растворов в большинстве случаев в лаборатории приходится пользоваться соляной, серной и азотной кислотами [1].

Точные растворы кислот готовят так же, как и приблизительные, с той только разницей, что вначале стремятся получить раствор несколько большей концентрации, чтобы после можно было его точно, по расчету, разбавить. Для точных растворов берут только химически чистые препараты [1].

Для быстрого приготовления точных растворов различных веществ (кислот, щелочей и солей) удобно применять фиксаналы. Это — заранее приготовленные и запаянные в стеклянных ампулах точно отвешенные количества реактива, необходимые для приготовления 1 л 0,1 н. или 0,01 н. раствора [2].

Кроме жидких фиксаналов, имеются и сухие. Фиксаналы рекомендуется применять во всех случаях, когда требуется быстро приготовить точный раствор [2].

При объемно-аналитических определениях и в некоторых других случаях для определения конца реакции в лаборатории используют вещества индикаторы [7].

Момент окончания реакции определяют или по изменению окраски (например, метилового оранжевого) или же по исчезновению или появлению ее (например, фенолфталеина).

Индикаторы готовят обычно в виде разбавленных водных, спирто-водных или спиртовых растворов [7].

Изменение окраски индикатора зависит от изменения концентрации ионов водорода (рН), причем каждый индикатор меняет окраску только в определенных интервалах рН.

Индикаторы применяют также для определения реакции растворов (фильтровальная бумага, пропитанная соответствующим индикатором). Во всех случаях определения реакции раствора при помощи индикаторной бумаги не следует опускать ее в раствор [7].

Одна из ответственных операций лабораторной техники – это титрование. Титрованием называется метод объёмного анализа, заключающийся в постепенном прибавлении раствора известной концентрации (стандартного раствора) к анализируемому раствору с целью установления концентрации последнего [6].

Для измерения объёма добавляемого раствора используют бюретки. Конечную точку титрования обычно устанавливают с помощью индикаторов химических или инструментальными методами [7].

Объем израсходованного раствора реагента измеряют по делениям бюретки. Раствор из бюретки с помощью краника добавляют по каплям к раствору анализируемого вещества. При этом титрование всегда повторяют несколько раз и берут усредненный результат – это повышает точность и надежность анализа [7].