Rozwiązania, a także proces ich powstawania, mają ogromne znaczenie w otaczającym nas świecie. Woda i powietrze to ich dwaj przedstawiciele, bez których życie na Ziemi jest niemożliwe. Większość płynów biologicznych w roślinach i zwierzętach to również roztwory. Proces trawienia jest nierozerwalnie związany z rozpuszczaniem składników odżywczych.
Każda produkcja wiąże się z wykorzystaniem określonego rodzaju rozwiązań. Stosowane są w przemyśle tekstylnym, spożywczym, farmaceutycznym, metalowym, wydobywczym, tworzyw sztucznych i włókien. Dlatego ważne jest, aby zrozumieć, czym one są, poznać ich właściwości i cechy wyróżniające.
Znaki prawdziwych rozwiązań
Rozwiązania rozumiane są jako wieloskładnikowe, jednorodne układy powstające podczas rozmieszczania jednego składnika w drugim. Nazywa się je również układami zdyspergowanymi, które w zależności od wielkości tworzących je cząstek dzielą się na układy koloidalne, zawiesiny i prawdziwe roztwory.
W tym ostatnim składniki są w stanie rozdzielenia na cząsteczki, atomy lub jony. Takie rozproszone molekularnie systemy charakteryzują się następującymi cechami:
- powinowactwo (interakcja);
- spontaniczność edukacji;
- stałość koncentracji;
- homogeniczność;
- zrównoważony rozwój.
Innymi słowy, mogą one powstać, jeśli zachodzi interakcja między składnikami, która prowadzi do spontanicznego rozdzielenia substancji na drobne cząstki bez zewnętrznych wysiłków. Powstałe rozwiązania powinny być jednofazowe, to znaczy nie powinno być interfejsu między częściami składowymi. Ostatni znak jest najważniejszy, ponieważ proces rozpuszczania może przebiegać spontanicznie tylko wtedy, gdy jest energetycznie korzystny dla układu. W tym przypadku energia swobodna maleje, a układ staje się równowagą. Biorąc pod uwagę wszystkie te cechy, możemy sformułować następującą definicję:
Prawdziwym rozwiązaniem jest stabilny układ równowagi oddziałujących ze sobą cząstek dwóch lub więcej substancji, których wielkość nie przekracza 10-7cm, czyli są współmierne z atomami, cząsteczkami i jonami.
Jedną z substancji jest rozpuszczalnik (z reguły jest to składnik, którego stężenie jest wyższe), a reszta to substancje rozpuszczone. Jeśli oryginalne substancje znajdowały się w różnych stanach skupienia, to rozpuszczalnik jest uważany za ten, który go nie zmienił.
Rodzaje prawdziwych rozwiązań
Zgodnie ze stanem skupienia roztwory są ciekłe, gazowe i stałe. Najczęściej spotykane są systemy płynne, które również dzielą się na kilka typów w zależności od stanu początkowego.rozwiązanie:
- ciało stałe w płynie, takie jak cukier lub sól w wodzie;
- płyn w cieczy, taki jak kwas siarkowy lub chlorowodorowy w wodzie;
- od gazu do cieczy, jak tlen lub dwutlenek węgla w wodzie.
Jednak nie tylko woda może być rozpuszczalnikiem. A ze względu na charakter rozpuszczalnika wszystkie roztwory płynne są podzielone na wodne, jeśli substancje są rozpuszczone w wodzie, i niewodne, jeśli substancje są rozpuszczone w eterze, etanolu, benzenie itp.
Zgodnie z przewodnością elektryczną roztwory dzielą się na elektrolity i nieelektrolity. Elektrolity to związki z głównie jonowym wiązaniem krystalicznym, które po zdysocjowaniu w roztworze tworzą jony. Po rozpuszczeniu nieelektrolity rozpadają się na atomy lub cząsteczki.
W prawdziwych rozwiązaniach jednocześnie zachodzą dwa przeciwstawne procesy - rozpuszczanie substancji i jej krystalizacja. W zależności od położenia równowagi w układzie „rozwiązanie-rozwiązanie” rozróżnia się następujące typy rozwiązań:
- nasycone, gdy szybkość rozpuszczania danej substancji jest równa szybkości jej własnej krystalizacji, to znaczy, że roztwór jest w równowadze z rozpuszczalnikiem;
- nienasycone, jeśli zawierają mniej substancji rozpuszczonych niż nasycone w tej samej temperaturze;
- przesycone, które zawierają nadmiar substancji rozpuszczonej w porównaniu z nasyconą, a jeden jej kryształ wystarczy do rozpoczęcia aktywnej krystalizacji.
Jako ilościowocechy, odzwierciedlające zawartość danego składnika w roztworach, należy zastosować stężenie. Roztwory o niskiej zawartości substancji rozpuszczonej nazywane są rozcieńczonymi, a o wysokiej zawartości - skoncentrowanymi.
Sposoby wyrażania koncentracji
Ułamek masowy (ω) - masa substancji (mv-va), odniesiona do masy roztworu (mp-ra). W tym przypadku masę roztworu przyjmuje się jako sumę mas substancji i rozpuszczalnika (mp-la).
Ułamek molowy (N) - liczba moli substancji rozpuszczonej (Nv-va) podzielona przez całkowitą liczbę moli substancji, które tworzą roztwór (ΣN).
Molalność (Cm) - liczba moli substancji rozpuszczonej (Nv-va) podzielona przez masę rozpuszczalnika (m r-la).
Stężenie molowe (Cm) - masa substancji rozpuszczonej (mv-va) w odniesieniu do objętości całego roztworu (V).
Normalność lub równoważne stężenie (Cn) - liczba równoważników (E) substancji rozpuszczonej w odniesieniu do objętości roztworu.
Miano (T) - masa substancji (m in-va) rozpuszczonej w określonej objętości roztworu.
Ułamek objętościowy (ϕ) substancji gazowej - objętość substancji (Vv-va) podzielona przez objętość roztworu (V p-ra).
Właściwości rozwiązań
Rozważając ten problem, najczęściej mówi się o rozcieńczonych roztworach nieelektrolitów. Wynika to, po pierwsze, z faktu, że stopień interakcji między cząstkami zbliża je do gazów idealnych. I po drugie,ich właściwości wynikają z wzajemnego połączenia wszystkich cząstek i są proporcjonalne do zawartości składników. Takie właściwości prawdziwych rozwiązań nazywamy koligatywnymi. Prężność pary rozpuszczalnika nad roztworem jest opisana prawem Raoulta, które stwierdza, że spadek prężności pary nasyconej rozpuszczalnika ΔР nad roztworem jest wprost proporcjonalny do ułamka molowego substancji rozpuszczonej (Tv- va) i ciśnienie pary nad czystym rozpuszczalnikiem (R0r-la):
ΔР=Рor-la∙ Tv-va
Wzrost temperatury wrzenia ΔТк i krzepnięcia ΔТз roztworów jest wprost proporcjonalny do stężeń molowych substancji w nich rozpuszczonych Сm:
ΔTk=E ∙ Cm, gdzie E jest stałą ebullioskopową;
ΔTz=K ∙ Cm, gdzie K jest stałą krioskopową.
Ciśnienie osmotyczne π jest obliczane ze wzoru:
π=R∙E∙Xv-va / Vr-la, gdzie Xv-va jest ułamkiem molowym substancji rozpuszczonej, Vr-la jest objętością rozpuszczalnika.
Znaczenie rozwiązań w życiu codziennym każdego człowieka jest trudne do przecenienia. Woda naturalna zawiera rozpuszczone gazy - CO2 i O2, różne sole - NaCl, CaSO4, MgCO3, KCl itp. Ale bez tych zanieczyszczeń w organizm mógłby zakłócić metabolizm wody i soli oraz pracę układu sercowo-naczyniowego. Innym przykładem prawdziwych rozwiązań jest stop metali. Może to być mosiądz lub biżuteria złota, ale co najważniejsze po zmieszaniupo stopieniu składników i ochłodzeniu powstałego roztworu powstaje jedna faza stała. Stopy metali są używane wszędzie, od sztućców po elektronikę.
