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 xi – 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 раствореc[ (1/z*)X ] – отношение количества растворенного вещества эквивалента (1/z*)Xк 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.