Растворы

Растворимые и нерастворимые  вещества

     В соответствии со значениями растворимости  различают вещества

а) хорошо растворимые, масса которых в насыщенном растворе соизмерима с массой воды (например KBr, при 20 °С растворимость 65,2 г / 100 г H2O; это 4,6М раствор);

б) малорастворимые, масса которых в насыщенном растворе значительно меньше массы воды (например CaSO4, при 20 °С растворимость 0,206 г / 100 г H2O; это 0,015М раствор);

в) практически  нерастворимые, масса которых в  насыщенном растворе пренебрежимо мала по сравнению с массой растворителя(например AgCl, при 20 °С растворимость 0,00019 г / 100 г H2O; это 0,0000134М раствор).

Разбавленные  и концентрированные  растворы

     Растворы, которые содержат малое количество растворенного вещества, часто называют разбавленными растворами, а растворы с высоким содержанием растворенного  вещества - концентрированными.   Так, 1%-ный и 0,1М растворы бромида калия KBr - это разбавленные растворы, а 32%-ный и 4,3М растворы KBr - это концентрированные растворы.           Очевидно, что концентрированные растворы могут образовать только хорошо растворимые вещества, а разбавленные растворы - вещества с любой растворимостью.           В лабораторной практике часто приходится готовить разбавленный раствор вещества B с массовой долей wB′ и массой mB′ из концентрированного раствора того же вещества (с характеристиками wB″ и массой mB″).           Масса растворенного вещества при разбавлении не изменяется:

mB=wB′ ·m(р)′ =wB″ ·m(р)″

     Масса добавленной воды равна 

m(добавленной H2O)= m(р)′ -m(р)″

     Молярная  концентрация сВ растворённого вещества В - это отношение количества этого вещества nВ к объему раствора V(р): сВ = nВ / V(р). Единица молярной концентрации вещества в растворе: моль/л. 

Энергетика  растворения

     Процесс растворения твердого вещества в  воде сопровождается разрушением кристаллической  решетки (затрата энергии в форме  теплоты, -Qкр) и гидратацией - образованием гидратов B · nH2O, то есть соединений переменного состава между частицами растворенного вещества и молекулами воды (выделение теплоты, +Qгидр).     В результате общий тепловой эффект растворения равен

Q(р) = -Qкр + Qгидр

     Если  тепловой эффект растворения положительный (Q(р) больше 0), то после растворения вещества раствор становится теплее (например, это происходит в случае приготовления раствора AlCl3), если же тепловой эффект отрицательный (Q(р) меньше 0), то раствор становится холоднее (иногда температура может опуститься ниже 0 °С, например для NaNO3 или NH4NO3).             В тех редких случаях, когда Q(р) = 0, температура раствора остается постоянной (например, для NaCl).        Переход в раствор жидких и газообразных веществ также сопровождается гидратацией их молекул и положительным тепловым эффектом. Поэтому в соответствии с принципом Ле-Шателье повышение температуры ведет к уменьшению растворимости газов в воде.   Таким образом, растворение - это физико-химический процесс разрушения связей в исходных веществах и образования новых связей в гидратах. Это положение является основным содержанием химической теории растворов Д.И. Менделеева.

Кристаллогидраты 

Многие гидраты  оказываются настолько устойчивыми, что не разрушаются и при полном выпаривании раствора. Так, известны твердые кристалогидраты:

CuSO4 · 5H2O - пентагидрат сульфата меди(II)

Na2CO3 · 10H2O - декагидрат карбоната натрия

KAl(SO4)2 · 12H2O - додекагидрат сульфата алюминия-калия 
 

Если для приготовления  раствора используют не безводное вещество, а его кристаллогидрат B · nH2O, то следует при расчетах учитывать воду, которая входит в состав кристаллогидрата (кр). Массу кристаллогидрата mкр определяют по формуле

mкр = (mB / MB) Mкр,

где MB и Mкр - молярные массы соответственно безводного растворяемого вещества и его кристаллогидрата. 

Определение массы  воды m(H2O), которую следует добавить к рассчитанной массе кристаллогидрата для приготовления его раствора заданного состава, ведут по формуле  

m(H2O) = m(раствора) - mкр.