Розчини.

Дисперсна фаза — речовина як складова частина системи, рівномірно розподіленої в її об'ємі. Середовище, в якому рівномірно розподілена дисперсна фаза, називають дисперсійним середовищем.

Дисперсні системи.

Тема 3.3. Будова речовин

Лекція № 10

Рис. 3.2.5. Кристалічні

решітки:

а — іонні; б — атомні; в — молекулярні;

г — металічні

У вузлах металічних кристалічних решіток (рис. 3.25, г) містяться окремі атоми та позитивно заряджені іони металу, між якими знаходиться електронний газ.

Тип кристалічної решітки речовини чітко визначає її фізичні властивості. Чим міцніший зв'язок між структурними частинками кристалічної решітки, тим, як правило, вища твердість речовини та температура плавлення. Міцними є атомний (ковалентний) та металічний зв'язки. Молекулярні решітки мають невелику міцність та температуру плавлення, особливо це стосується твердих речовин з молекулярною решіткою з неполярних частинок.

Речовини з іонними кристалічними решітками займають проміжне значення: поступаються речовинам з атомною решіткою, але мають перевагу над речовинами з молекулярною решіткою. Вони мають порівняно високі температури плавлення; як правило, нелеткі.

Завдання для самостійного вивчення:

1. Чому алмаз має високу температуру плавлення і дуже твердий?

2. Які властивості речовин обумовлюються типом кристалічної решітки?

3. Задача. Яку масу купрум (ІІ) гідроксиду можна отримати з міді масою 16кг за такою схемою: Сu→Cu(NO₃)₂→ Cu(OH)₂?

1. Дисперсні системи.

2. Розчини.

3. Способи вираження концентрації істинних розчинів.

Під час взаємного розподілу дрібних часток однієї речовини в середовищі іншої утворюються так звані дисперсні системи.Система, в якій одна речовина у вигляді дуже дрібних часточок рівномірно розподілена в об'ємі іншої, називають дисперсною. При цьому розрізняють два поняття таких систем: дисперсна фаза і дисперсійне середовище.

У випадку, коли речовина, що розподіляється в іншій, подрібнюється до окремих молекул або йонів (розміри цих частинок 10^-9...10^-7 м), виникає система, яку називають істинним розчином. Такі дрібні частинки не можуть утворити окремої фази, оскільки кожна з них оточена молекулами розчинника, і тому істинні розчини є гомогенними системами. Таким чином, істинні розчини — це гомогенні системи, які складаються щонайменше з двох компонентів.

Якщо розміри частинок речовини, що розподіляється в іншій, знаходяться в межах 10^-9...10^-7 м (конгломерати молекул або макромолекули) - розчин називають колоїдним.Колоїдні розчини є мікрогетерогенними, за властивостями вони суттєво відрізняються від істинних і вивчаються окремо.

Відомі також зависі (суспензії та емульсії). Вони утворюються, коли розміри частинок, що розподіляються в рідині, більші, ніж 10^-7 м. Суспензії виникають, коли тверду речовину розподіляють у рідині, емульсії - рідку речовину в рідині. Зависі є гетерогенними системами, вони нестійкі і під дією сил тяжіння самочинно розділяються (розшаровуються): частинки речовини, що розподілена в іншій, осідають на дно або спливають на поверхню.

Найбільше значення мають істинні розчини. Дійсно, багато хімічних виробництв пов'язано з процесами, які відбуваються в розчинах. Розчини використовуються не тільки в хімії, але й в металургії, біології, медицині. З розчинів або розплавів добувають багато металів (розплави – це розчини, що існують за високих температур). Розчинами є більшість фізіологічних рідин, води морів та світового океану, багато продуктів харчування, ліків тощо. Розчин складається з розчинника і розчиненої речовини, але ці поняття умовні. Розчинником звичайно вважається компонент, який у процесі розчинення зберігає свій агрегатний стан. Якщо ж речовини, що утворюють розчин, перебувають в однаковому агрегатному стані, за розчинник приймають речовину, вміст якої є більшим. Залежно від агрегатного стану розчинника розчини можуть бути рідкими, твердими і газоподібними. Найбільше практичне значення мають рідкі розчини.

Розчинам притаманні властивості як хімічних сполук, так і механічних сумішей. Так, на відміну від механічних сумішей, розчини однорідні, їх утворення супроводжується певним тепловим ефектом, і за цими ознаками розчини подібні до хімічних сполук. Але, на відміну від хімічних сполук, склад розчинів може змінюватися в певних межах, тобто до них незастосовні закони сталості складу і кратних співвідношень; фізичні константи розчинів (температура кристалізації, густина, електропровідність та ін.) не є сталими і змінюються зі зміною складу розчину, що також відрізняє їх від хімічних сполук.

За ступенем дисперсності, тобто залежно від лінійних розмірів часточок дисперсної фази, дисперсні системи поділяють на грубодисперсні(мікрогетерогенні), в яких часточки мають розмір більше ніж 100 нм (1 нм = 1 ∙ 10^-8 м), і тонкодисперсні (ультрамікрогетерогенні, або колоїдні), в яких величина часточок дисперсної фази становить від 1 до 100 нм. Якщо лінійні розміри часточок дисперсної фази не перевищують розмірів молекул чи йонів (до 1 нм), то такі системи називають розчинами.

Агрегатний стан дисперсних систем залежить від агрегатного стану середовища, тобто вони можуть бути твердими, рідкими чи газуватими. Так, до твердих дисперсних систем належать сплави, до грубодисперсних рідких — піни, емульсії, суспензії, до газуватих — тумани, дими, газуваті суміші. Досить поширеними на практиці системами є суспензії та емульсії. Суспензія — це система, в якій дисперсною фазою є тверда речовина, а дисперсійним середовищем — рідина. Емульсія— дисперсна система, що складається з двох практично взаємно нерозчинних фаз, в яких фаза і середовище — рідини.

Найпоширенішими є рідкі (водні й неводні) розчини. Умовно компоненти розчину поділяють на розчинені речовини і розчинник. Серед неводних розчинників широко використовують розчинники органічного походження: ацетон, чотирихлористий карбон (вуглець) та ін. Упродовж тривалого часу розчини не розділяються на складові компоненти. Отже, розчин— гомогенна термодинамічно стійка система змінного складу, яка містить два чи більше компонентів. Рідкі розчиниутворюються при розчиненні газуватих, рідких чи твердих речовин у рідкому дисперсійному середовищі (розчиннику). У розбавлених розчинах за розчинник вважають той компонент, агрегатний стан якого не змінюється, тобто залишається рідким. Висококонцентровані розчини, в яких переважає вміст розчиненої речовини, розглядають як розчин води в другому компоненті. Крім рідких розчинів існують також газуваті розчини— суміші газів та тверді розчини.

Гомогенні тверді розчини бувають двох типів: заміщення і проникнення. Тверді розчини заміщення утворюються під час кристалізації рідких розчинів, якщо компоненти розчину мають однотипну кристалічну гратку, а часточки компонентів — близькі розміри, наприклад КС1 і КВг, Ag і Аи. Тверді розчини проникнення утворюються за рахунок проникнення йонів, атомів або молекул однієї речовини в пустоти між решітками іншої речовини.

Згідно з фізико-хімічною теорією розчинів, основи якої заклав Д. І. Менделєєв, між компонентами розчину відбувається, фізико-хімічна взаємодія, тобто утворення й існування розчину неможливі без взаємодії між усіма часточками, що його утворюють. Основними положеннями такої теорії є: а) рівноцінність ролей компонентів розчину (розчинника і розчиненої речовини); б) в результаті їх взаємодії в розчині утворюються комплекси змінного складу — сольвати (від лат. solvant — розчинник) або гідрати (від лат. hydro — вода), а процес їх утворення називається відповідно сольватацією, або гідратацією. Існування сольватів (гідратів) у розчині підтверджується виділенням з розчинів відповідних сполук: а) криста-лосольватів, наприклад: СаСl₂∙6СН₃ОН (з метиловим спиртом); б) кристалогідратів, наприклад: CuSO₄∙5H₂O; Na₂CO₃∙10H₂O тощо. Отже, розчин як система відрізняється від механічної суміші своєю гомогенністю, а від хімічної сполуки — двома ознаками: 1) змінністю складу (від мінімального вмісту розчиненої речовини до насиченого розчину); 2) змінюю властивостей розчинника і розчиненої речовини, що не має радикального характеру.

Вивчення розчинів стало необхідним вже з перших кроків теоретичної хімії. Адже хімік і агроном, біолог і інженер повсякденно стикаються з різними розчинами. Процеси засвоєння їжі живими організмами пов'язані з переведенням поживних речовин у розчин. Розчини використовуються майже в усіх виробництвах. Розчинами є всі найважливіші фізіологічні рідини (кров, лімфа тощо).

Розчинаминазиваються гомогенні термодинамічно стійкі системи змінного складу з двох і більшого числа компонентів. Розчини бувають газоподібними, рідкими і твердими.

Найбільше практичне значення мають рідкі розчини, оскільки в них відбу-вається більшість реакцій.

Розчин складається з розчинених речовин і розчинника, тобто середовища, в якому ці речовини рівномірно розподілені у вигляді молекул або йонів. Компонент, агрегатний стан якого не змінюється під час утворення розчину, прийнято вважати розчинником. Якщо ж розчин утворюється внаслідок змішування газу з газом, рідини з рідиною, твердої речовини з твердою, розчинником вважають компонент, кількість якого переважає.

Процес утворення розчину є проміжним між хімічним і фізичним процесами. Склад розчинів у деякому інтервалі концентрацій, температур і тиску може змінюватись безперервно. Оскільки розчини не мають сталого складу і до них не можна застосувати закони стехіометрії, розчини наближаються до механічних сумішей. Однорідність, значні об'єми й енергетичні ефекти, що супроводжують процес розчинення багатьох речовин, наближають розчини до хімічних сполук.

Розчини та процеси розчинення мають величезне значення в органічних та неорганічних (мінеральних) природних процесах. Вода морів, океанів, рік, підземні води — це усе водні розчини. Повітря — це розчин газів. Більшість мінералів — тверді розчини, сік рослин, кров тварин — також розчини. Засвоєння їжі пов'язане з розчиненням поживних речовин. Розчини використовуються у виробничих процесах. Важко назвати яку-небудь галузь промисловості, де б не використовували розчини.

Частинки речовини дуже малих розмірів (іони, атоми, молекули та ін.), які рівномірно розподілені між частинками іншої речовини, утворюють однорідну систему, що називається розчином.

Характерною ознакою розчинів є їх однорідність.

Розчини можуть бути безбарвними та барвистими, але окремих частинок розчиненої речовини неозброєним оком в них побачити не можна. Типовими ознаками для усіх так званих істинних розчинів є їхня гомогенність і невизначеність кількісного складу.

Розчин— це однорідна система змінного складу, що складається з двох або кількох компонентів.

Розчин містить не менше двох компонентів, один з яких розчинник, а інший — розчинена речовина.

Розчинник — це компонент розчину, який перебуває в тому самому агрегатному стані, що й розчин.

Часто розчини утворюються з речовин, що знаходяться в однаковому агрегатному стані (спирт і вода). У таких випадках розчинником вважається той компонент, якого в системі більше.

Розчинювана речовина може бути в будь-якому агрегатному стані.

Таблиця 3.3.1.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Внутрішня будова твердої речовини	\|	Способи вираження концентрації істинних розчинів.

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.009 сек.