Розділ 4. Розчини

 

4.1. Основні поняття теорії розчинів

 

Визначення. Розчин — це гомогенна система, яка склада­ється з двох або більше компонентів: розчинника, розчине­них речовин і продуктів їх взаємодії.

Гомогенність розчинів обумовлена тим, що під час їх утво­рення внаслідок взаємодії з розчинником розчинена речовина подрібнюється до молекулярного або атомного рівня, тобторозміри часток розчиненої речовини, поділених між молекулами розчинника, не перевищують 10^-9м. Такі розчини називаються істинними. Розчини, в яких частки розчиненої речовини ма­ють розмір від 10^-9 м до 10^-7 м, є колоїдними, а більше 10^-7 — грубодисперсними. Істинні розчини прозорі, легко проходять через фільтр.

Розчини бувають рідкими, твердими та газоподібними. Прикладами рідких розчинів є розчини солей, цукру та спирту у воді, йоду в спирті та ін., твердих — сплави (розчини одного або кількох металів у іншому). Газоподібними розчинами є по­вітря та інші суміші газів.

Теплові ефекти під час розчинення.

Утворення багатьох розчинів супроводжується тепловими ефектами. Так, під час розчинення у воді лугів або кислот теплота видаляється, а під час розчинення багатьох солей — поглинається. Чому це відбувається?

   Д. Менделєєв створив гідратну теорію розчинів, яка пояснює хімічну природу процесу розчинення. Згідно з цією теорією під час розчинення утворюються сольвати — нестійкі хімічні спо­луки розчиненої речовини з розчинником (у разі водних роз­чинів — гідрати). Гідратна теорія розчинів Д.Менделєєва та електролітичної дисоціації Арреніуса є основою сучасної теорії розчинів.

   Сучасна теорія розчинів розглядає розчинення як сукупність таких процесів:

1) взаємодія розчинника з частками розчине­ної сполуки — сольватація;

2) руйнування структури розчи­неної речовини — руйнування кристалічних граток — іонізація; 3) розподіл сольватованих часток у об'ємі розчинни­ка — дифузія.

   Перший процес — утворення зв'язків — супроводжується виділенням теплоти (позитивний тепловий ефект). Другий — руйнування зв'язків — відбувається з поглинанням теплоти (негативний тепловий ефект). Залежно від співвідношення значень цих теплових ефектів процес розчинення речовини може бути екзо- або ендотермічним.

   Кристалогідрати. Підтвердженням існування процесу сольватації є утворення кристалогідратів. Так, під час розчи­нення білого сульфату міді (ІІ) СuSO₄ у воді утворюється роз­чин синього кольору.

Якщо його обережно   випарувати,   залишаються кристали синього кольору, до складу яких входять СuSO₄ і вода в співвідношенні 1 моль СuSO₄ і5 мольН₂0.   У   разі   більш   інтенсивного нагрівання   кристалів   виділяється вода і залишається порошок білого  кольору — сульфат міді (II).

Кристалічні речовини, до складу яких входить певне число молекул води (кристалізаційна вода), називають кристалогід­ратами.

Приклади кристалогідратів СuSO₄ • 5Н₂0 — мідний купорос,FeSO₄ • 7Н₂0 — залізний купорос, СаSO₄• 2Н₂0 — гіпс, Na₂SO₄• 10Н₂О — глауберова сіль тощо.

Доказом реальності процесу дифузії є рівномірне забарв­лення розчинів під час розчинення забарвлених речовин.

Розчинення є фізико-хімічним процесом. Розчини мають властивості механічних сумішей і хімічних сполук. Виняток становлять газоподібні розчини, які є механічними сумішами.