Здавалка
Главная | Обратная связь

Вода - інертний розчинник



Вона хімічно не змінюється під дією більшості тих сполук, які розчиняє, і не змінює їх. Ця особливість води надзвичайно важлива для живих організмів на планеті, оскільки необхідні їх тканинам живильні речовини поступають у водних розчинах в порівняно стійкому вигляді. Як розчинник вода багато разів використовується, несучи в своїй структурі пам'ять про раніше розчинені в ній речовини.

Капілярність води

Серед незвичайних властивостей води слід зазначити і її виключно високий поверхневий натяг - 72,7 дин/см (при 20 °С), який характеризує силу зчеплення між молекулами води, а також форму поверхні рідини, наприклад, краплі. В цьому відношенні серед рідин вода поступається лише ртуті.

Бажано, аби в організм людини вода поступала “рідшою”, ніж водопровідна, аби клітинам не довелося витрачати енергію на подолання поверхневого натягу. Крім того, вода з низьким поверхневим натягом легше вступає в міжмолекулярні взаємодії. Для зменшення поверхневого натягнення воду досить небагатопідігріти. Поверхневий натяг виявляється в змочуванні. Змочування і поверхневий натяг лежать в основі явища, названого капілярністю. Саме капілярністю багато в чому обумовлений рух крові і тканинних рідин в організмі тварин і людини. Капілярний кровообіг у тварин і людини відкрив італійський біолог і лікар Марчелло Мальпіги ще в середині XVII століття. Вперше в історії людства було показано, що кров, циркулююча по артеріальних судинах, поступово перетікає черезмікроскопічні біологічні трубочки - капіляри у венозну систему.

На початку XX століття лауреат Нобелівської премії 1920 р. Август Крог встановив, що діаметр капілярів вимірюється мікронами, але якщо у людини їх всі скласти в одну нитку, то довжина її складе відстань від Землі до Місяця і назад. Через цю “мікроскопічну соломинку” йде постійний струм в'язкої рідини - плазми крові, і ті ж потоки продовжуються в міжклітинних просторах і лімфатичних системах. Що заставляє кров і лімфу, які на 90-92% складаються з води, підніматися по вузьких каналах на висоту? Раціональна наука до цих пір не може відповісти на це питання. А вода, незважаючи на відсутність конкретного поямнення, рухається по капілярах і до кожної нашої клітинки доносить поживні речовини і кисень. Капілярність має величезне значення для еволюції всього життя на нашій планеті. Наприклад, завдяки цьому явищу вода змочує товщу землі, яка лежить значно вище за грунтові води, і доставляє корінню рослин розчини поживних солей з глибини в десятки метрів.

Завихреність води.

Дуже важливим є факт вихрового руху води. Вільно текуча вода може самостійно очищатися за рахунок свого руху. При нагріванні зверху +4 °Сспостерігається зниження енергії води і погіршуються її біологічні якості. У ній з'являються патогенні ембріони. Автрійський вчений Шаубергер був проти подачі грунтової води вгору насосом. Із його точки зору, грунтова вода “не дозріла”, аби використовувати її як питну воду. Лише вода, яка сама виходить на поверхню, тобто вода джерела, є досить доспілою, оскільки вона пройшла весь цикл розвитку. Скандінавські учені перевірили дію завихрення на кількості бактерій в стічних водах і порівняли його з традиційному способом продування повітрям. Результат говорить сам за себе: необроблена стічна вода містила 640 тисяч бактерій на 1 см3. Вода, що пройшла продування повітрям, показала 95 тисяч. Завихрена вода виявила лише 5 тисяч бактерій на 1 см3. Це означає, що вихровий метод в 25 разів ефективніше традиційного. До того ж вже через чверть години пропав неприємний запах, що взагалі не характерний при продуванні повітрям. Датський інститут екологічної техніки випробував завихрювач, що насаджується на водопровідний кран. За даними цієї експертизи, звичайна водопровідна вода, проходячи через апарат, структурується, тобто набуває стану впорядкованості з вищим поверхневим натягщм і стає більш лужною. Тим самим вода набуває спеціальної біологічної дії, яка позитивна, наприклад, для регенерації тканин. Виявляється, із-за сильного завихорення молекулярні структури води, що містять шкідливу інформацію, руйнуються, і потім вихровим рухом створюються нові по природних зразках. Значить, вся справа в структурі. Саме від структури води залежить її здатність сприймати, зберігати і передавати інформацію. І це властивість води - сприймати, зберігати і передавати інформацію - саме унікальне явище на фізичному світі.

Класифікація розчинів.

Розчини речовин з молярною масою менше 5000 г/моль називають розчинами низькомолекулярних сполук (НМС), а розчини речовин з молярною масою понад 5000 г/моль – розчинами високомолекулярних сполук (ВМС).

За наявністю або відсутністю електролітичної дисоціації розчини НМС діляться на розчини електролітів і неелектролітів.

Розчини НМС – електролітів і неелектролітів – називають істиними на відміну від колоїдних розчинів. Істині розчини характеризуються гомогенністю складу й відсутністю поверхні розподілу між розчиненою речовиною й розчинником. Розмір розчинених часток – іонів і молекул – менше як 10-9 м.

Речовини, що розпадаються на іони в розчинах або розплавах і тому проводять електричний струм – електроліти (до них належать кислоти, основи і майже усі солі). Речовини, які за таких самих умов не розпадаються на іони і електричний струм не проводять – неелектроліти (до них належать більшість органічних сполук, а також речовини, в молекулах яких є тільки ковалентні неполярні або малополярні зв’язки).

 

 

Розчини можуть бути насиченими, ненасиченими і пересиченими. Насиченим називається розчин, який перебуває у динамічній рівновазі з надлишком розчиненої речовини. У насиченому розчині за даної температури міститься максимально можлива кількість розчиненої речовини. У ненасиченому розчині міститься менше речовини, а в пересиченому – більше, ніж у насиченому. Пересичені розчини досить нестійкі. Легке струшування посудини або добавляння в розчин кристала солі викликає випадання в осад надлишку розчиненої речовини.

Важливою характеристикою будь-якого розчину є його концентрація. Цією величиною визначається більшість властивостей розчинів.

Концентрація речовини – це величина, що вимірюється кількістю розчиненої речовини, що міститься у певній масі чи об’ємі розчину або розчинника.

Існують різні способи чисельного вираження складу розчинів.

1. Масова доля ω - кількість г речовини, що міститься у 100 г розчину чи сухої речовини, виражається у долях одиниці або відсотках %:

ω (Х) = m (Х)/m (розчину)

ω (Х) = m (Х)*100 %/m (розчину).

2. Молярна концентрація c (Х) – кількість молей речовини, що міститься у 1 л (або дм3) розчину, виражається у моль/л, моль/дм3:

c (Х) = n (Х)/ V (розчину) = m (Х)/ M (Х)V (розчину).

В хімії широко користуються поняттям еквіваленту та фактору еквівалентності.

Еквівалентом називають реальну або умовну частку речовини Х, яка може приєднувати, вивільнювати або бути будь-яким іншим чином еквівалентна одному іону гідрогену в даній кислотно-основній реакції або одному електрону в окислювально-відновній реакції.

Під умовною часткою розуміють як реально існуючі частинки (молекули, іони, електрони), так і долі таких частинок (наприклад, ½ іону) або їх групи.

Кількість речовини еквіваленту є моль.

Фактор еквівалентності f екв.(Х) – це число, яке позначає, яка доля реальної частки речовини Х еквівалентна одному іону гідрогену в даній кислотно-основній реакції або одному електрону в окислювально-відновній реакції.

Фактор еквівалентності розраховують на основі стехіометрії даної реакції з рівності

f екв.(Х) = 1/z, де z – основність кислоти або кислотність основи даної кислотно-основної реакції, а також електронів, що приймають участь у даній окислювально-відновній реакції. z- величина безрозмірна.

Молярна маса еквівалента речовини Х (маса одного моля еквівалента речовини) – величина, яка вимірюється добутком фактора еквівалентності на молярну масу речовини Х:

M (1/z X) = 1/z M (X), де M (1/z X) – молярна маса еквівалента.

Одиниці вимірювання молярної маси еквівалента – г/моль.

3. Молярна концентрація еквівалентів (нормальна концентрація) c(1/zХ). – кількість молей еквівалентів речовини, що міститься у 1 л (або дм3) розчину, виражається у моль/л, моль/дм3:

c (1/z X) = n (1/z X)/ V(розчину), де n (1/z X) – кількість речовини еквівалентів, моль.

Молярна концентрація і молярна концентрація еквівалентів зв’язані співвідношенням:

c (1/z (X)) = zc (X).

4. Титр розчину T (Х) – концентрація розчину, яка показує кількість розчиненої речовини у г, що міститься у 1 мл розчину:

T (Х) = m (X)/V (розчину).

Найважливішою особливістю розчинів є самочинний (спонтанний) процес їх утворення. Розчинена речовина може бути твердою, рідиною або газом і знаходитись у вигляді окремих гідратованих іонів або молекул. Розчини. мають різноманітний склад, властивості та дію на організм і класифікуютьсяза цілою низкою ознак:

залежно від природи розчинника (водні та неводні),

концентрації іонів гідрогену в розчині (кислі, нейтральні та лужні);

за величиною молярної маси розчиненої речовини їх поділяють на низькомолекулярні сполуки (електролітів, глюкози, гліцерину, етанолу.) і ВМС (білків, полісахаридів, нуклеїнових кислот та інших речовин), які у свою чергу поділяють на розчини з речовинами з необмеженим набуханням, що здатні утворювати справжні розчини., та ВМС з обмеженим набуханням, що утворюють зв’язанодисперсні системи або гелі, які здатні повністю втрачати плинність;

за розміром часток дисперсної фази розчини умовно поділяють на справжні (частки менше 10–7 см) та грубодисперсні системи (суспензії та емульсії, розмір часток яких коливається від 10–4 до 10–2 см). Проміжне положення займають колоїдні розчини. У комбінованих розчинах. (настої, відвари, слизи) речовини, витягнуті водою з ЛРС, можуть знаходитися як у розчиненому вигляді (справжні або колоїдні), так і у вигляді тонких суспензій і емульсій.

За способом застосування в медичній практиці розчини поділяють на ін’єкційні, внутрішні або оральні та зовнішні (примочки, компреси, полоскання, обтирання, спринцювання, клізми, змазування, промивання тощо). Окремо виділяють розчини офтальмологічні (позбавлені чужорідних частинок, певного відсоткового складу, що використовуються для закапування в око або промивання).

Залежно від концентрації речовин у розчині. виділяють: стандартний розчин, що має певний склад і постійний осмотичний тиск (осмолярність,осмоляльність, тонічність, тонус), однаковий з фізіологічним сольовим розчином. або сироваткою крові (~8·105 Па при 37 °С); гіперосмолярний розчин (гіпертонічний), має більший осмотичний тиск, ніж стандартний, напр. гіперосмолярний розчин для спинальної анестезії має більший тонус, ніж спинномозкова рідина, що змушує його переміщуватися і виявляти анестезію нижче місця введення ін’єкції; гіпоосмолярний розчин має менший осмотичний тиск, ніж стандарт та спинномозкова рідина, і при спинальній анестезії створює анестезію вище місця введення ін’єкції; ізобарний розчин має осмотичний тиск, що дорівнює спинномозковій рідині, залишається на місці введення ін’єкції і там здійснює анестезію; ізотонічний розчин, напр. водний розчин. натрію хлориду, який має таку саму осмолярність, що й сироватка крові, й використовується для тимчасової підтримки живих клітин. Отже, деякі ознаки, за якими класифікують розчини, можуть суттєво впливати на певні біологічні показники при їх використанні в медичній практиці, а явище осмосу покладено в основу розробки осмотичних терапевтичних систем різної конструкції.

Основним складовим компонентом розчину є розчинник (лат. Solvere — розчиняти), зазвичай рідкий — речовина або суміш декількох хімічних сполук, здатних розчиняти різноманітні субстанції або сполука, здатна розчиняти конкременти в організмі. При виготовленні розчинів використовують такі поняття, якрозчинення (лат. Dissolvere — розчиняти — процес розчинення однієї речовини в іншій; розчинний (лат. solubilis) — такий, що здатний розчинятися; розчинність — здатність розчинятися; розчиняти (dissovle, lуse) — здійснювати перехід речовини в розчинний стан; розчинятися — перетворюватися на розчин, піддаватися лізису. Розчинники, що використовуються при виробництві лікарських препаратів, повинні відповідати таким основним вимогам, як стійкість, відносна хімічна та фармакологічна індиферентність, висока розчинювальна здатність, не мати неприємного запаху та смаку, не служити середовищем для розвитку мікроорганізмів, бути загальнодоступними та дешевшими при їх виробництві.

Якщо речовина (дисперсна фаза) диспергована до розмірів молекул або іонів (менш ніж 1нм), утворюється гомогенна система – істинний розчин, або просто розчин. У розчинах між диспергованою речовиною і дисперсійним середовищем (розчинником) немає поверхні поділу і тому розчин є гомогенною системою. Відсутність поверхні поділу зумовлює також високу стійкість розчинів, чого не можна сказати про гетерогенні системи (суспензії, емульсії, колоїдні розчини, в яких є поверхні поділу і які є гетерогенними системами. Протягом тривалого часу розчини не розділяються на складові компоненти.

Отже, розчин – гомогенна термодинамічно стійка система змінного складу, яка складається з двох або більше компонентів.

Залежно від агрегатного стану розчиненої речовини і розчинника (дисперсійного середовища) розчини бувають: газоподібні, тверді, рідкі.

Газоподібні розчини – це суміші газів.

Гомогенні тверді розчини можуть утворювати солі, метали або оксиди.

Як і в індивідуальних кристалічних речовинах, в твердих розчинах атоми, іони або молекули утримуються в кристалічній решітці силами міжатомної, міжіонної або міжмолекулярної взаємодії. Але кристалічну решітку твердого розчину утворюють частинки двох чи більше речовин, розміщених відносно однаодної невпорядковано. Іншими словами, твердий розчин представляє собою змішаний кристал. В залежності від способу розміщення частинок розрізняють тверді розчини заміщення і включення.

Тверді розчини заміщення утворюються в тому випадку, якщо кристалічні решітки компонентів однотипні і розміри компонентів близькі. Необхідною умовою утворення твердих розчинів є також подібність хімічних властивостей речовин (однаковий тип хімічного зв’язку). Так, в кристалі КСl іони хлору можуть бути поступово заміщені іонами брому, тобто можна здійснити практично неперервний перехід від складу КСl до складу KBr без помітної зміни стійкості кристалічної решітки. Властивості твердих розчинів, які утворюються, теж неперервно змінюються від КСl до KBr. Деякі приклади іонних, атомних, молекулярних і металічних твердих розчинів заміщення: Si – Ge, Se – Te (ковалентні кристалічні решітки), КСl – KBr, K2SO4 – K2BeF4 (іонна кристалічна решітка), Ag – Au, Au – Pt(металічна кристалічна решітка), Br2 – I2 (молекулярна кристалічна решітка).

Якщо розмір частинок одного з компонентів не перевершує 2/3 розміру частинок другого, то можливе утворення твердих розчинів включення шляхом проникнення менших за розміром частинок в порожнини кристалічної решітки, утвореної більш крупними частинками. Тверді розчини включення, наприклад, утворюються при одночасній кристалізації заліза і вуглецю; при поглинанні деякими металами водню. Утворення твердих розчинів з компонентів супроводжується (як і у випадку рідких розчинів):

·Енергетичним ефектом;

·Зміною загального об’єму;

Зміною ряду властивостей вихідних компонентів.

Тверді розчини отримують частіше всього при кристалізації рідких розчинів.

Так, твердий розчин Ag – Au утворюється при кристалізації рідкого сплаву цих металів; при одночасній кристалізації з водного розчину або з розплаву утворюються змішані кристали КСl – KBr.

Рідкі розчини утворюються при розчиненні газоподібних, рідких або твердих речовин у дисперсійному середовищі (розчиннику). Цей тип розчинів, які належать до рідких однофазних систем, є найважливішим, оскільки більшість біологічних, геологічних і хімічних процесів відбуваються за участю рідких розчинів. Велике значення мають розчини в будівельній справі, технології напівпровідників, різних галузях науки, техніки і промисловості.

У рідких розчинах розчинником, як правило, є рідини, зокрема вода. Незалежно від вмісту розчиненої речовини за розчинник вважають той компонент розчину, агрегатний стан якого не змінюється, тобто залишається рідким. Це насправді так, коли мова йде про розбавлені розчини. Висококонцентровані розчини, в яких переважає вміст розчиненої речовини, розглядають як розчини води в іншому компоненті. Це, наприклад, системи метанол-вода з вмістом метанолу 80-90 %, сіль-вода, яка є розчином води в невпорядкованій кристалічній решітці електроліту.

Вода – найбільш поширена речовина на Землі. Природня вода не буває абсолютно чистою. Найбільш чистою є дощова вода, але й вона містить незначні кількості різних домішок, які захоплює з повітря. Кількість домішок в прісних водах лежить в межах 0,01 до 0,1%. Морська вода містить 3,5% розчинених речовин, головну масу яких складає NaCl.

У печерах спелеологи зустрічаються з красивими вапняними утвореннями - звішуватися зі склепінь сталактитами і ростуть вгору сталагмітами. З точки зору хімії, виникнення цих дивовижнихтворінь природи - це жорсткість підземних вод. Поняття жорсткості (твердості) води ми зустрічаємо не тільки в спелеології і в геології, а, взагалі, повсюдно – в хімії, техніці і навіть у побуті. І тому це поняття дуже важливо для визначення якості води.

Визначення твердості води

Твердість води - властивість води, пов'язана з вмістом розчинених в ній сполук кальцію і магнію, це параметр, що показує вміст катіонів кальцію, магнію в воді.

Твердість - це особливі властивості води, багато в чому визначають її споживчі якості і тому мають важливе господарське значення. Тверда вода утворює накип на стінках нагрівальних котлів, батареях, чим суттєво погіршує їх теплотехнічні характеристики. Такий тонкий шар на поверхні що гріє, зовсім не нешкідливий, тому що тривалість нагрівання через шар накипу, що має малу теплопровідність, поступово зростає, дно прогорає все швидше і швидше - адже метал охолоджується з кожним разом все повільніше і повільніше, довго перебуває в прогрітому стані. Врешті-решт, може статися так,що дно посудини не витримає іпочне текти. Цей факт дуже небезпечний у промисловості, де існують парові котли

Тверда вода мало придатна для прання. Накип на нагрівачах пральних машин виводить їх з ладу, вона погіршує ще й миючі властивості мила. Катіони Ca2+ і Mg2+ реагують з жирними кислотами мила, утворюючи малорозчинні солі, які створюють плівки і осади, в результаті знижуючи якість прання та підвищуючи витрату миючого засобу, тобто жорстка вода погано милиться.

Існує два типи твердості води: тимчасова і постійна. Обумовлено це відмінністю аніонів, які присутні в розчині.

Тимчасова твердість пов'язана з присутністю у воді поряд з катіонами Ca2 +, Mg2 + і Fe2 + гідрокарбонатних, або двокарбонатних аніонів (HCO3-).

Постійна твердість (або некарбонатна) виникає, якщо в розчині присутні сульфатні, хлоридні, нітратні та інші аніони, солі кальціюі магнію яких добре розчинні і так просто не видаляються. Загальна твердість визначається як сумарний вміст всіх солей кальцію і магнію в розчині.

У різних країнах існують свої норми твердості для води. У нас в країні вода класифікується по твердості таким чином:

. М'яка вода з твердістю менше 3,0 мг-екв/л,

. Середньої твердості - 3,0-6,0 мг-екв/л

. Тверда - понад 6,0 мг-екв/мл.

Методи усунення твердості води

Щоб позбавитися від тимчасової твердості необхідно просто закип'ятити воду. При кип'ятінні води, гідрокарбонатні аніони вступають в реакцію з катіонами і утворюють з ними дуже малорозчинні карбонатні солі, які випадають в осад.

Са(НСО3)2=СаСО3↓ +Н20 + С02↑ ;

Мg(НСО3)2 = МgНСО3 + Н20 + С02..

З іонами заліза реакція протікає складніше через те, що FeCO3 нестійка у воді речовина. У присутності кисню кінцевим продуктом реакцій виявляється Fe (OH)3, що являє собою темно-рудий осад. Тому, чим більше у воді заліза, тим сильніше забарвлення накипу, який осідає на стінках і дні посудини при кип'ятінні.

Для зниження твердості води застосовують різні способи. Серед них найбільш поширеним є так званий содово-вапняний спосіб. Суть його полягає в тому, що до води додають розраховану кількість розчину гідроксиду кальцію Са(ОН)2 (вапняна вода) і соди Na2CO3.

Гідроксид кальцію знижує карбонатну (тимчасову) твердість:

  • Ca(НСО3)2 + Са(ОН)2 = 2СаСО3 ↓ + 2Н2О
  • Mg(НСО3)2 + Са(ОН)2 = MgCO2 ↓ +CaCO3 ↓ +2Н2О

Сода знижує сталу твердість води:

  • СаС12 + Na2СО3 = СаСO3 ↓ +2NaCl
  • MgSO4 + Na2СО3 = MgCO3 ↓ + Na2SO4

З постійною твердістю боротися важче. Один з варіантів: виморожування льоду. Необхідно просто поступово заморожувати воду. Коли залишиться приблизно 10% рідини від початкової кількості, необхідно злити не замерзлу воду, а лід перетворити назад у воду. Всі солі, які утворюють твердість, залишаються в незамерзлій воді.

Ще один спосіб - перегонка, тобто, випаровування води з подальшою її конденсацією. Так як солі відносяться до нелетких сполук, вони залишаються,а вода випаровується.

Але такі методи, як заморожування і перегонка придатні тільки для пом'якшення невеликої кількості води. Промисловість ж має справу з тоннами. Тому використовують інші методи. Найбільш широко використовується катіонообмінний спосіб, заснований на застосуванні спеціальних реагентів --катіонітів, які завантажуються у фільтри і при пропусканні через них води,з амінюють катіони кальцію і магнію на катіон натрію.

З наслідком твердості води - накипом, з точки зору хімії можна боротися дуже просто. Потрібно на сіль слабкої кислоти діяти кислотою сильнішою.Остання і займе місце вугільної, яка, будучи нестійкою, розкладається на воду та вуглекислий газ. До складу накипу можуть входити силікати, сульфати і фосфати. Але якщо зруйнувати карбонатний "Кістяк", то й ці сполуки не втримаються на поверхні.

Як засіб для видалення накипу застосовуються також адипінову кислота і малеїновий ангідрид, що додаються у воду. Ці речовини слабші сульфаміновоїкислоти, тому для зняття накипу необхідно також кип'ятіння.

Твердість води залежить також від хімічного складу ґрунту, через який проходить вода, вмісту у воді оксиду вуглецю (IV), ступеня забруднення їїорганічними речовинами.

Загальна твердість води, згідно з ГОСТом 2874-82 "Вода питна", повинна бути не вище 7 мг-екв/дм3; для водопроводів, які подають воду без спеціальної обробки, при узгодженні з органами СЕС, допускається до 10 мг-екв/дм3. Дуже тверда вода має неприємний смак, може погіршувати перебіг ниркокам'яної хвороби.

Метод визначення твердості води ґрунтується на утворенні міцної комплексної сполуки трилону Б (двонатрієвої солі етилендіамідтетраоцтової кислоти - ЕДТА) з іонами кальцію і магнію. Визначення проводять титруванням проби трилоном Б при рН=10 в присутності індикатора.

Якщо у воду, яка містить іони кальцію та магнію, внести індикатор, що дає зафарбовану сполуку з цими іонами, то при додаванні трилону Б відбудеться зміна кольору в точці еквівалентності, тобто коли трилон Б зв'яже іони кальцію і магнію в міцний комплекс. За кількістю доданого розчину трилону Б визначають загальну твердість досліджуваної води.

а) Визначення загальної твердості води трилонометричним методом

Твердість води показує концентрацію в ній катіонів лужноземельних металів, перш за все кальцію та магнію. Ці елементи в природних умовах потрапляють у воду внаслідок впливу вуглекислого газу на карбонатні мінерали або біохімічних процесів, що проходять у зволожених шарах ґрунту.

Об'єм води для визначення загальної твердості повинен бути не менше 250 мл.

Якщо визначення твердості не може бути проведене в день відбору проби, то відміряний об'єм води, розведений дистильованою водою 1:1, допускається залишати для визначення до наступного дня.

Проби води, призначені для визначення загальної твердості, не консервуються.

Таким чином, основним розчинником який використовується в побуті і є в біологічних системах являється вода. Вода може використовуватись для виготовлення різного роду розчинів.

Розчини, як дво- і більш компонентні системи, склад яких може змінюватись у досить широких межах, нагадують механічні суміші. Проте, змінність складу розчинів ще не означає, що між компонентами розчинів немає хімічної взаємодії.

Фізична теорія розчинів (Я. Вант-Гофф і С. Арреніус) розглядає процес розчинення, як простий розподіл (диспергування) однієї речовини у всьому об’ємі іншої, а отже, властивості розчинів мають залежати лише від концентрації розчиненої речовини. За фізичною теорією розчинник – це індиферентне середовище, в якому хаотично розподілені часточки розчиненої речовини.

Але, насправді, властивості розчинених речовин відрізнялися від хімічних властивостей цих же речовин у твердому стані.

Виникає хімічна теорія розчинів (Д.І.Менделєєв). Головна ідея цієї теорії припускає хімічну взаємодію компонентів розчину та утворення неміцних і частково дисоційованих сполук між розчиненою речовиною і розчинником. Такі сполуки називаються сольватами (гідратами), а процес їх утворення внаслідок взаємодії компонентів розчину – сольватацією (гідратацією). Терміни “гідрати” і “гідратація” застосовують, коли розчинником є вода.

Існування сольватів (гідратів) у розчині підтверджується виділенням відповідних сполук з рочинів у вигляді кристалосольватів або кристалогідратів. Так, якщо розчинити у воді безводні солі, наприклад, CuSO4, NaCO3, Mg(ClO4)2, то потім з рочину вони виділяються у вигляді кристалогідратів складу: CuSO4 ×5Н2О,NaCO3× 10Н2О, Mg(ClO4)2 ×6Н2О. Подібно поводять себе більшість солей і деякі представники інших класів неорганічних сполук. З неводних розчинників також можна добути кристалосольвати. Наприклад, CaCl2× 6CH3OH, Mg(ClO4)2 × 6CH3OH. Про утворення сольватів або гідратів можна дізнатися за зовнішніми змінами, що відбуваються з розчинами, наприклад, за :

1. зміною об’єму при розчиненні спирту і Н2SO4 у воді;

2. за зміною забарвлення розчину при розчиненні (білий СuSO4утворює голубо-сині розчини, а синій безводний СоСl2 – рожеві розчини).

Внаслідок перебігу процесів сольватації або гідратації розчинення речовин у розчинниках супроводжується певним енергетичним ефектом. Зміна ентальпії(внутрішньої енергії системи) при розчиненні одного моля речовини називається ентальпією розчинення цієї речовини у даному розчиннику. Тепловий ефект розчинення (екзо- чи ендотермічний) залежить від двох величин:

1. енергії кристалічної решітки речовини;

2. енергії взаємодії розчиненої речовини з молекулами розчинника (ентальпія сольватації).

Розчинність - це максимальна маса речовини, яка може за певних умов (температури, тиску) розчинитися у розчиннику масою 100 г.

Розрізняють добре розчинні речовини. їхня розчинність становить понад 10 г.

Якщо розчинність речовин від 1 г до 10 г, то речовини називають розчинними. Наприклад, розчинність брому у воді становить 3,58 г.

Розчинність малорозчинних речовин становить від 0,001 г до 1 г. Азот малорозчинний у воді.

Кальцій карбонат (крейда) - приклад практично нерозчинної речовини, оскільки її розчинність у воді менша за 0,001 г.

Проте абсолютно нерозчинних речовин не існує. Навіть малоактивні метали здатні незначним чином розчинятися у воді. Аби мати гладеньку шкіру та ніжний рум'янець, слов'янські красуні здавна вмивались водою із срібного глечика. Й дотепер люди використовують бактерицидні властивості срібла.

Процес розчинення супроводжується спочатку руйнуванням решітки речовини (затрачається енергія, що дорівнює за величиною енергії кристалічної решітки речовини, але протилежна за знаком) і сольватацією (виділяється кількість теплоти, яка дорівнює ентальпії сольватації). Якщо позначити енергію кристалічної решітки Е, а ентальпію сольватації DН1, то теплота розчинення DН° дорівнює алгебраїчній сумі цих протилежних енергетичних ефектів:

0 = DН1 – Е, де

1 – ентальпія сольватації,

Е – енергія кристалічної решітки; -Е – енергія руйнування кристалічної решітки,

0 – теплота ( ентальпія) розчинення.

З цього рівняння випливає, що розчинення речовини відбувається з виділенням теплоти (екзотермічно, DН0 < 0), якщо ентальпія сольватації перевищує енергію кристалічної решітки, тобто DН1 > Е.

При Е>DН1 розчиненя супроводжується поглинанням теплоти (ендотермічно).

Прикладом ендотермічних процесів є розчинення КNO3, NH4NO3, NaCl, KNCS; тому деякі з них використовуються для добування холодних сумішей.

Розчинення кислот H2SO4, HNO3, HCl, лугів NaOH, KOH відбувається з виділенням теплоти.

Існування в розчинах і твердому стані сольватів (гідратів), а також теплові ефекти, що супроводять процеси розчинення, свідчать про те, що розчини є проміжним станом між механічними сумішами і хімічними сполуками.

Отже, розчинення (dissolution;) – процес взаємодії речовин з переходом їх у йонну або колоїдну форми та утворенням гомогенних систем, нових сполук. Розчинення супроводжується руйнуванням взаємодій між молекулами індивідуальних речовин і утворенням міжмолекулярних зв’язків між компонентами розчину. Розчинення . можливе тоді, коли енергія взаємодій між компонентами розчину більша від енергії взаємодій у вихіднихречовинах.

 

Сольватація ( solvo - розчиняю) – електростатична взаємодія між частинками, (іонами, молекулами) розчиненої речовини і розчинника. Сольватація у водних розчинах називають гідратацією.

Утворені внаслідок сольватації молекулярні групи називаються сольватами. На відміну від сольватації, об’єднання в розчині однорідних часточок називаютьасоціацією.

Вперше поняття "сольватація" одночасно ввели у 1891 році І.О. Каблуков та Кістяківський В. О.

Сольвато́ваний електро́н— незв'язаний електрон у розчині, найменший і найлегший аніон. Зазвичай позначається . У випадку, коли розчинником є вода, сольватований електрон називають також гідратованим і позначають . Найчастіше сольватовані електрони виникають в розчинах лужних металів у амоніаку, надаючи їм характерного, зазвичай блакитного, забарвлення.

 

Гідратовані електрони важливі у радіаційній хімії. Вони виникають при опроміненні води і мають високу хімічну активність. Стандартний електродний потенціал гідратованого електрона дорівнює 2,7 В

— найвищий із усіх хімічних агентів. При сольвації дипольні моменти молекул розчинника розвертаються до електрона, утворюючи для нього потенціальну яму з радіусом 0,3 нм. Відповідно, в спектрі поглинання виникає лінія з довжиною хвилі 700 нм.

Тверді́ ро́зчини (solid solution, isomorphic mixture;)— це однорідні кристалічні або аморфні фази, що складаються з двох і більше компонентів, і які зберігають свою гомогенність при зміні співвідношення компонентів. Твердий розчин при зміні свого складу, у межах так званої ділянки гомогенності, зберігає свою початкову кристалічну структуру та однорідність. Поза межами вказаної ділянки може відбуватися розпад твердого розчину (Ексолюція).

Уявлення про тверді розчини як однорідні системи твердих речовин, співвідношення між якими може змінюватись без втрати гомогенності, було введенеЯкобом Вант-Гоффом у 1890 році. У 1899 році Г. Розенбом увів основні типи діаграм стану подвійних систем з твердими розчинами і встановив правило про склад твердих розчинів і рідких фаз, які перебувають у стані рівноваги.

Залежно від кристалічної будови розрізняють:

  • тверді розчини заміщення
  • тверді розчини вкорінення

У самостійну окрему групу можна також виділити так звані тверді розчини віднімання, які за своєю природою належать до нестехіометричних дефектних фаз.







©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.