Решенията, както и процесът на тяхното формиране, са от голямо значение в света около нас. Водата и въздухът са два техни представители, без които животът на Земята е невъзможен. Повечето биологични течности в растенията и животните също са разтвори. Процесът на храносмилане е неразривно свързан с разтварянето на хранителните вещества.
Всяко производство е свързано с използването на определени видове решения. Използват се в текстилната, хранително-вкусовата, фармацевтичната, металообработващата, минната, пластмасовата и влакнеста промишленост. Ето защо е важно да разберете какви са те, да знаете техните свойства и отличителни черти.
Знаци за истински решения
Решенията се разбират като многокомпонентни хомогенни системи, образувани при разпределението на един компонент в друг. Те се наричат още дисперсни системи, които в зависимост от размера на частиците, които ги образуват, се разделят на колоидни системи, суспензии и истински разтвори.
В последния компонентите са в състояние на разделяне на молекули, атоми или йони. Такива молекулярно-диспергирани системи се характеризират със следните характеристики:
- афинитет (взаимодействие);
- спонтанност на образованието;
- постоянство на концентрацията;
- хомогенност;
- устойчивост.
С други думи, те могат да се образуват, ако има взаимодействие между компонентите, което води до спонтанно разделяне на веществото на малки частици без външни усилия. Получените разтвори трябва да бъдат еднофазни, тоест не трябва да има интерфейс между съставните части. Последният признак е най-важен, тъй като процесът на разтваряне може да протече спонтанно само ако е енергийно благоприятен за системата. В този случай свободната енергия намалява и системата става равновесна. Като вземем предвид всички тези характеристики, можем да формулираме следната дефиниция:
Истинско решение е стабилна равновесна система от взаимодействащи частици от две или повече вещества, чийто размер не надвишава 10-7cm, тоест те са съизмерими с атоми, молекули и йони.
Едно от веществата е разтворител (по правило това е компонентът, чиято концентрация е по-висока), а останалите са разтворени вещества. Ако първоначалните вещества са били в различни агрегатни състояния, тогава разтворителят се приема като този, който не го е променил.
Видове истински решения
Според агрегатното състояние, разтворите са течни, газообразни и твърди. Течните системи са най-разпространени, а също така се разделят на няколко вида в зависимост от първоначалното състояние.разтворено вещество:
- твърдо в течност, като захар или сол във вода;
- течност в течност, като сярна или солна киселина във вода;
- газообразно до течно, като кислород или въглероден диоксид във вода.
Въпреки това, не само водата може да бъде разтворител. И според природата на разтворителя всички течни разтвори се разделят на водни, ако веществата са разтворени във вода, и неводни, ако веществата са разтворени в етер, етанол, бензен и т.н.
Според електрическата проводимост разтворите се делят на електролити и неелектролити. Електролитите са съединения с предимно йонна кристална връзка, които, когато се дисоциират в разтвор, образуват йони. Когато се разтварят, неелектролитите се разпадат на атоми или молекули.
В истинските разтвори едновременно протичат два противоположни процеса - разтварянето на веществото и неговата кристализация. В зависимост от положението на равновесието в системата "разтворен разтвор" се разграничават следните типове разтвори:
- наситен, когато скоростта на разтваряне на определено вещество е равна на скоростта на собствената му кристализация, тоест разтворът е в равновесие с разтворителя;
- ненаситени, ако съдържат по-малко разтворено вещество от наситените при същата температура;
- супернаситени, които съдържат излишък от разтворено вещество в сравнение с наситено и един кристал от него е достатъчен, за да започне активна кристализация.
Като количественохарактеристики, отразяващи съдържанието на определен компонент в разтворите, използват концентрацията. Разтворите с ниско съдържание на разтворено вещество се наричат разредени, а с високо съдържание - концентрирани.
Начини за изразяване на концентрация
Масова фракция (ω) - масата на веществото (mv-va), отнесена към масата на разтвора (mp-ra). В този случай масата на разтвора се приема като сума от масите на веществото и разтворителя (mp-la).
Молова фракция (N) - броят на моловете от разтвореното вещество (Nv-va), разделен на общия брой молове вещества, които образуват разтвор (ΣN).
Молалност (Cm) - броят на моловете на разтвореното вещество (Nv-va), разделен на масата на разтворителя (m r-la).
Моларна концентрация (Cm) - масата на разтвореното вещество (mv-va), отнесена към обема на целия разтвор (V).
Нормалност, или еквивалентна концентрация, (Cn) - броят на еквивалентите (E) на разтвореното вещество, отнесено към обема на разтвора.
Титър (T) - масата на веществото (m in-va), разтворено в даден обем разтвор.
Обемна фракция (ϕ) на газообразно вещество - обемът на веществото (Vv-va), разделен на обема на разтвора (V p-ra).
Свойства на решенията
Имайки предвид този въпрос, най-често се говори за разредени разтвори на неелектролити. Това се дължи, първо, на факта, че степента на взаимодействие между частиците ги доближава до идеалните газове. и второ,техните свойства се дължат на взаимосвързаността на всички частици и са пропорционални на съдържанието на компонентите. Такива свойства на истинските решения се наричат колигативни. Налягането на парите на разтворителя над разтвора се описва от закона на Раул, който гласи, че намаляването на налягането на наситените пари на разтворителя ΔР над разтвора е право пропорционално на моларната фракция на разтвореното вещество (Tv- va) и налягането на парите над чистия разтворител (R0r-la):
ΔР=Рor-la∙ Tv-va
Увеличаването на точките на кипене ΔТк и точките на замръзване ΔТз на разтворите е право пропорционално на моларните концентрации на веществата, разтворени в тях Сm:
ΔTk=E ∙ Cm, където E е ебулиоскопската константа;
ΔTz=K ∙ Cm, където K е криоскопичната константа.
Осмотичното налягане π се изчислява по уравнението:
π=R∙E∙Xv-va / Vr-la, където Xv-va е молната фракция на разтвореното вещество, Vr-la е обемът на разтворителя.
Важността на решенията в ежедневието на всеки човек е трудно да се надценява. Естествената вода съдържа разтворени газове - CO2 и O2, различни соли - NaCl, CaSO4, MgCO3, KCl и др. Но без тези примеси в тялото би могло да наруши водно-солевия метаболизъм и работата на сърдечно-съдовата система. Друг пример за истински решения е сплав от метали. Може да бъде месинг или злато за бижута, но най-важното е след смесванеразтопени компоненти и охлаждане на получения разтвор се образува една твърда фаза. Металните сплави се използват навсякъде, от прибори за хранене до електроника.
