 |
|
Общие сведения о растворах
Гомогенную систему, состоящую из нескольких компонентов, т.е. образованную двумя и более индивидуальными веществами, принято называть раствором. Если компонентов два, то раствор бинарный, двойной или двухкомпонентный.
Растворы могут иметь различное агрегатное состояние. Кроме привычных для всех жидких растворов, получаемых либо смешением двух или более смешивающихся жидкостей, либо растворением в жидком растворителе различных веществ, бывают также растворы газообразные и твердые. Газообразными растворами можно считать смесь газов и иногда растворы жидкостей в газах. Твердые растворы получаются либо после охлаждения некоторых расплавов веществ, либо при растворении газов в твердых веществах.
Наука о растворах – одна из наиболее старых областей естествознания. По мере изучения свойств растворов были сформированы теории растворов. Одна из них – физическая (труды Вант-Гоффа, Аррениуса, Оствальда). Она предполагала, что в растворах молекулы растворенного вещества подобны молекулам идеального газа, они не взаимодействуют между собой и не взаимодействуют с растворителем. Другая теория растворов – химическая (труды Менделеева, Каблукова) указывала, что растворы нельзя считать простой механической смесью веществ, так как между всеми компонентами раствора всегда имеет место взаимодействие.
Вещества, которые могут быть выделены из раствора и существовать вне его, называются компонентами раствора [3]. С термодинамической точки зрения все компоненты раствора равноценны, и обычно применяемое деление их на растворитель и растворенные вещества условно. Обычно растворителем называют компонент, который либо присутствует в растворе в значительно большем количестве по сравнению с другими компонентами, либо имеет в чистом виде такое же агрегатное состояние, как и раствор (если остальные компоненты имеют при этом в чистом виде другое состояние). Принято то свойство, которое относится к растворителю, обозначать нижним индексом 1, а к растворенному веществу – либо индексом 2, либо буквой s .
Понятие состава раствора имеет две стороны: качественную и количественную. Качественная характеристика состава раствора – это указание числа и природы (вида) компонентов, образующих раствор. Например, состав раствора: два компонента, вода и ацетон. Или три компонента – вода, серная кислота, соляная кислота. Количественная характеристика состава раствора показывает число молей или массу каждого компонента, т.е. она является продолжением качественной характеристики. Числа молей и массы компонентов относятся к экстенсивным свойствам системы, в то время как давление и температура – к интенсивным. Чтобы оценить вклад компонентов раствора в интенсивные свойства, вводят на базе чисел молей или масс иные характеристики состава системы – концентрации.
Применяют различные способы выражения концентрации. Приведем в этом пособии только те, которые будем в дальнейшем использовать.
1. Мольные доли (или во многих учебниках – молярные доли).
Мольная доля компонента k ( 
) находится так:
. (2.1)
Принято какое-либо полное экстенсивное свойство раствора обозначать соответствующей буквой без индекса. В формуле (2.1) n – число молей всего раствора или общее число молей.
Очевидно, что
. (2.2)
2. Массовые доли компонентов 
:
; (2.3)
. (2.4)
3. Молярная концентрация (с) – отношение количества вещества в молях к объему системы (моль/м3). Иногда эту концентрацию называют также плотностью числа молей [6], а саму концентрационную шкалу молярной концентрации – с-шкалой.
. (2.5)
4. Массовая концентрация – это отношение массы компонента к объему системы (кг/м3). Эту концентрацию также называют плотностью массы компонента, а концентрационную шкалу – 
- шкалой.
. (2.6)
5. Мольная концентрация раствора – это отношение количества растворенного вещества к массе растворителя (моль/кг). Эту концентрацию также можно назвать мольно-массовым отношением [6] или концентрацией в d-шкале.
. (2.7)
Согласно Международной системе единиц (СИ) к концентрациям, строго говоря, следует относить только массовую и молярную концентрации.
Концентрацию одного и того же раствора можно выразить различными способами, так как все виды концентраций связаны между собой. Это подробно рассмотрено в [10].