Растворы имеют важное значение в жизни и практической деятельности человека. Так, процессы усвоения пищи человеком связаны с переводом питательных веществ в раствор. Растворами являются все важнейшие физиологические жидкости (кровь, лимфа и т.д.) Производства, в основе которых лежат химические процессы, связаны с использованием растворов

Характеристика растворов

Раствором называется твердая или жидкая гомогенная система, состоящая их двух или более компонентов (составных частей), относительные количества которых могут изменяться в широких пределах. Наиболее важный вид растворов — жидкие растворы.

Из чего состоят растворы

Всякий раствор состоит из растворенных веществ и растворителя, т.е. среды, в которой эти вещества равномерно распределены в виде молекул или ионов.  Растворителем считают тот компонент, который в чистом виде существует в таком же агрегатном состоянии, что и полученный раствор, например, в случае водного раствора соли растворителем, является вода. Если оба компонента до растворения находились в одинаковом агрегатном состоянии, например, спирт и вода, то растворителем считается компонент, находящийся в большем количестве.

Сходство и отличие растворов с химическими соединениями

Однородность растворов делает их очень сходными с химическими соединениями. Выделение теплоты при растворении некоторых веществ также 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 растворов приближает их к механическим смесям, но от последних они резко отличаются своею однородностью. Можно сделать вывод, что растворы занимают промежуточное положение между механическими смесями и химическими соединениями.

Классификация растворов

• По содержанию частиц растворенного вещества растворы делят на:

1. Ионные — частицами в таких растворах являются ионы, например, раствор поваренной соли содержит ионы натрия и хлора:  NaCl ⇔ N⁺  +  Cl^—
2. Молекулярно — ионные растворы содержат как молекулы, так и ионы. К таким растворам относят слабые и средней силы электролиты, например, уксусная кислота.
3. Молекулярные растворы содержат частицы — молекулы. К таким растворам относят многие органические соединения, например, глюкозу, сахар, спирт и другие.

• По соотношению растворенного вещества и растворителя при данной температуре растворы подразделяют на три вида:

1. Насыщенные — в таких растворах при данной температуре больше не может растворяться вещество
2. Ненасыщенные — это растворы, которые содержат меньше вещества, чем его содержит при данной температуре насыщенный раствор.
3. Пересыщенный — это раствор содержащий больше вещества, чем его содержит при данной температуре насыщенный раствор

Наибольшее значение имеют ненасыщенные растворы. При этом растворы с низким содержанием растворенного вещества называются разбавленными, с высоким —  концентрированными. Например, уксусная эссенция, содержащая 70% уксусной кислоты — концентрированный раствор, а столовый 9% — ный уксус  — разбавленный, так как в 100 г такого раствора, уксусной кислоты содержится всего 9 г.

Способы выражения состава растворов

Состав раствора(в частности, содержание растворенного в нем вещества) может выражаться разными способами — как с помощью безразмерных единиц  — долей и процентов, так и через размерные величины — концентрации. В химической практике наиболее употребительны величины, выражающие содержание растворенного вещества в растворе.

Массовая доля

Массовая доля — отношение (обычно — процентное) массы растворенного вещества к массе раствора

Например, 15% водный раствор хлорида натрия — это такой раствор, в 100 единицах массы которого содержится 15 единиц массы NaCl и 85 единиц массы воды.

Для нахождения доли растворенного вещества используют формулу: ω = m_в / m_р • 100%, где: m_в — масса растворенного вещества, m_р — масса раствора. В условии задачи часто вместо массы раствора, дается его объем и плотность. В таких случаях для нахождения массы раствора используют формулу:  m_р = V_р  • ρ (плотность).

Пример задачи. Вычислите массовую долю гидроксида натрия в растворе, полученном растворением 10 г гидроксида натрия в 40 г воды.

Молярная доля

Молярная доля — отношение количества растворенного вещества (или растворителя) к сумме количеств всех веществ, составляющих раствор.

В случае раствора одного вещества в другом молярная доля растворенного вещества (N₂) равна: N₂ = n₂ /(n₁ + n₂), а молярная доля растворителя (N1) равна: N₁ = n₁ /(n₁ + n₂)   где n₁ и n₂  — соответственно количества растворителя и растворенного вещества.

Молярная концентрация

Молярная концентрация (См) или молярность (М) — отношение количества растворенного вещества к объему раствора.

Так 2М Н₂SО₄ означает раствор, в каждом литре которого содержится 2 моля серной кислоты, т.е. См = 2 моль/л.                                                                                                            Формула для расчета молярной концентрации: См = n/V или См = m_в /M·V 

Пример задачи.  Вычислите молярную концентрацию гидроксида натрия в водном растворе, если в двух литрах его содержится 8,0 г NaOH.                                                           

Эквивалентная или нормальная концентрация

Нормальная концентрация или нормальность (н.) — это отношение числа эквивалентов растворенного вещества к объему раствора

Концентрация, выраженная таким способом, обозначается Сн или буквой н. после численного значения нормальности. Например, 2 н. Н₂SО₄ означает раствор,  в каждом литре которого содержится 2 эквивалента серной кислоты, т.е. Сн = (1/2 Н₂SО₄ ) = 2 моль/л

Пользуясь растворами, концентрация которых выражена нормальностью, легко заранее рассчитать, в каких объемных отношениях они должны быть смешаны, чтобы растворенные вещества прореагировали без остатка.  Так как вещества реагируют в эквивалентных количествах, можно записать уравнение:

V₁ N₁ = V₂ N₂  или  V₁ : V₂ = N₂ : N₁ . Объемы растворов реагирующих веществ обратно пропорциональны их нормальностям.

Учитывая эту зависимость можно вычислять требуемые для проведения реакций объемы растворов, или обратно, по объемам затраченных на реакцию растворов, находить их концентрации.

Пример задачи. Сколько миллилитров 0,3 н. раствора хлорида натрия надо прибавить к 150 мл 0.16 н. раствора нитрата серебра, чтобы осадить всё находящееся серебро в виде хлорида серебра?

Проверить знания по теме «Растворы» можно, пройдя тест