Истинные растворы — это что такое? Свойства и состав
В природе практически не встречаются чистые вещества. В основном они представлены в виде смесей, которые способны образовывать гомогенные либо гетерогенные системы.
Особенности истинных растворов
Истинные растворы — это разновидность дисперсных систем, имеющих большую прочность между дисперсионной средой и дисперсной фазой.
У любого химического вещества можно получить кристаллы разных размеров. В любом случае у них будет одинаковое внутреннее строение: ионная либо молекулярная кристаллическая решетка.
Растворение
В процессе растворения в воде крупинок хлорида натрия и сахара происходит образование ионного и молекулярного раствора. В зависимости от степени раздробленности, вещество способно находиться в виде:
- видимых макроскопических частиц, размер которых больше 0,2 мм;
- микроскопических частиц, имеющих размер меньше 0,2 мм, уловить их можно только с помощью микроскопа.
Истинные и коллоидные растворы отличаются между собой размером частиц растворяемого вещества. Невидимые в микроскоп кристаллы называют коллоидными частицами, а получаемое состояние именуют коллоидным раствором.
Фаза раствора
Во многих случаях истинные растворы — это раздробленные (дисперсные) системы гомогенного вида. В них присутствует сплошная непрерывная фаза – дисперсионная среда, и раздробленные частицы определенной формы и размера (дисперсная фаза). Чем отличаются коллоидные растворы от истинных систем?
Основное различие состоит в размерах частиц. Коллоидно-дисперсные системы считают гетерогенными, так как в световом микроскопе невозможно обнаружить границу раздела фаз.
Истинные растворы — это тот вариант, когда в окружающей среде вещество представлено в виде ионов либо молекул. Они относятся к однофазным гомогенным растворам.
В качестве обязательного условия образования дисперсных систем рассматривается взаимное растворение дисперсионной среды и диспергируемого вещества. К примеру, хлорид натрия и сахароза нерастворимы в бензоле и керосине, поэтому в таком растворителе не будут образовываться коллоидные растворы.
Классификация дисперсных систем
Как делятся дисперсные системы? Истинные растворы, коллоидные системы отличаются по нескольким параметрам.
Существует подразделение дисперсных систем по агрегатному состоянию среды и дисперсной фазы, образованию либо отсутствию взаимодействия между ними.
Характеристики
Существуют определенные количественные характеристики дисперсности вещества. В первую очередь выделяют степень дисперсности. Эта величина обратна размеру частиц. Она характеризует то количество частичек, которое можно разместить в ряд на расстоянии одного сантиметра.
В том случае, когда все частицы обладают одинаковыми размерами, образуется монодисперсная система. При неодинаковых частицах дисперсной фазы образуется полидисперсная система.
С повышением дисперсности вещества у него повышаются процессы, которые происходят в межфазовой поверхности. Например, возрастает удельная поверхность дисперсной фазы, растет физико-химическое воздействие среды на границе раздела двух фаз.
Варианты дисперсных систем
В зависимости от того, в какой фазе будет находиться растворяемое вещество, выделяют разные варианты дисперсных систем.
Аэрозоли – дисперсные системы, в которых дисперсная среда представлена в газообразном виде. Туманы — это аэрозоли, имеющие жидкую дисперсную фазу. Дым и пыль образуются твердой дисперсной фазой.
Пены являются дисперсией в жидкости газообразного вещества. Жидкости в пенах вырождаются до пленок, которые разделяют пузырьки газа.
Эмульсиями называют дисперсные системы, где одна жидкость распределяется по объему другой, не растворяясь в ней.
Суспензии или взвеси — это низкодисперсные системы, в которых твердые частицы находятся в жидкости. Коллоидные растворы или золи при водной дисперсной системе называют гидрозолями.
В зависимости от наличия (отсутствия) между частицами дисперсной фазы выделяют свободнодисперсные или связнодисперсные системы. К первой группе относятся лиозоли, аэрозоли, эмульсии, суспензии. В таких системах отсутствуют контакты между частицами и дисперсной фазой. Они без ограничений передвигаются в растворе под действием силы тяжести.
Связнодисперсные системы возникают в случае контакта частиц с дисперсной фазой, в результате которых образуются структуры в виде сетки либо каркаса. Такие коллоидные системы называют гелями.
Процесс гелеобразования (желатинирования) представляет собой превращение золя в гель, основанный на понижении устойчивости исходного золя. Примерами связнодисперсных систем являются суспензии, эмульсии, порошки, пены. К ним также можно отнести почву, образованную в процессе взаимодействия органических (гумусных) веществ и почвенных минералов.
Капиллярно-дисперсные системы отличаются сплошной массой вещества, пронизывающей капилляры и поры. Ими считают ткани, разные мембраны, дерево, картон, бумагу.
Истинные растворы — это гомогенные системы, состоящие из двух компонентов. Они могут существовать в разных по агрегатному состоянию растворителях. Растворителем считают вещество, взятое в избытке. Компонент, который берут в недостаточном количестве, считается растворенным веществом.
Особенности растворов
Твердые сплавы тоже являются растворами, в которых в роли дисперсной среды и компонента выступают различные металлы. С практической точки зрения особый интерес представляют такие жидкие смеси, в которых жидкость выступает растворителем.
Из многочисленных неорганических растворителей особый интерес представляет вода. Практически всегда истинный раствор образуется при смешивании с водой частичек растворяемого вещества.
Среди органических соединений прекрасными растворителями являются следующие вещества: этанол, метанол, бензол, четыреххлористый углерод, ацетон. Благодаря хаотичному движению молекул или ионов растворяемого компонента происходит частичный переход их в раствор, образование новой однородной системы.
Вещества отличаются по способности образования растворов. Одни могут смешиваться друг с другом в неограниченных количествах. Примером служит растворение в воде кристаллов поваренной соли.
Суть процесса растворения с точки зрения молекулярно-кинетической теории заключается в том, что после внесения в растворитель кристаллов поваренной соли происходит диссоциация его на катионы натрия и анионы хлора. Заряженные частицы совершают колебательное движение, соударения с частицами самого растворителя приводят к переходу ионов в растворитель (связыванию). Постепенно к процессу подключаются и другие частицы, разрушается поверхностный слой, кристалл соли растворяется в воде. Диффузия позволяет распределять частицы вещества по объему растворителя.
Виды истинных растворов
Истинный раствор — это система, которая подразделяется на несколько видов. Существует классификация таких систем на водные и неводные по виду растворителя. Их также классифицируют по варианту растворенного вещества на щелочи, кислоты, соли.
Есть различные виды истинных растворов по отношению к электрическому току: неэлектролиты, электролиты. В зависимости от концентрации растворяемого вещества они могут быть разбавленными либо концентрированными.
Истинные растворы низкомолекулярных веществ с термодинамической точки зрения делят на реальные и идеальные.
Такие растворы могут быть ионно-дисперсными, а также молекулярно-дисперсными системами.
Насыщенность растворов
В зависимости от того, какое количество частиц переходит в раствор, существуют пересыщенные, ненасыщенные, насыщенные растворы. Раствор представляет собой жидкую либо твердую гомогенную систему, которая состоит из нескольких компонентов. В любой подобной системе обязательно присутствует растворитель, а также растворенное вещество. При растворении некоторых веществ наблюдается выделение тепла.
Подобный процесс подтверждает теорию растворов, согласно которой, растворение рассматривается как физико-химический процесс. Существует подразделение процесса растворимости на три группы. Первую составляют те вещества, которые способны растворяться в количестве от 10 г в 100 г растворителя, их именуют хорошо растворимыми.
Малорастворимыми считают вещества, если меньше 10 г растворяется в 100 г компонента, остальные называют нерастворимыми.
Заключение
Системы, состоящие из разных по агрегатному состоянию, размерам частиц, необходимы для нормальной жизнедеятельности человека. Истинные, коллоидные растворы, рассмотренные выше, используют для изготовления лекарственных препаратов, создания продуктов питания. Имея представление о концентрации растворенного вещества, можно самостоятельно приготовить необходимый раствор, например, этилового спирта или уксусной кислоты, для различных целей в повседневной жизни. В зависимости от того, в каком агрегатном состоянии находятся растворяемое вещество и растворитель, получаемые системы имеют определенные физические и химические характеристики.
Источник
Х и м и я
Коллоидная химия
Растворы.
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.
Растворимость
Растворимостью называется способность вещества растворяться в том или ином растворителе.
Мерой растворимости вещества при данных условиях служит концентрация его насыщенного раствора.
Растворимость различных веществ колеблется в широких пределах.
- Если в 100 граммах воды растворяется более 10 г вещества, то такое вещество принято называть хорошо растворимым.
- Если растворяется менее 1 г вещества – малорастворимым.
- Если в раствор переходит менее 0,01 г вещества, то такое вещество называют практически нерастворимым.
Принципы, позволяющие предсказать растворимость вещества, пока не известны. Однако, обычно вещества, состоящие из полярных молекул, и вещества с ионным типам связи лучше растворяются в полярных растворителях (вода, спиры, жидкий амиак), а неполярные вещества – в неполярных растворителях (бензол, сероуглерод).
Растворение большинства твёрдых тел сопровождается поглощением теплоты. Это объясняется затратой значительного количества энергии на разрушение кристаллической решётки твёрдого тела, что обычно не полностью компенсируется энергией, выделяющейся при образовании гидратов (сольватов).
Как правило, повышение температуры должно приводить к увеличению растворимости твёрдых тел.
Источник
