главная > справочник > химическая энциклопедия:

Растворы

Растворы, гомогенные системы, состоящие из двух или более компонентов, состав которых в определенных пределах может непрерывно изменяться. От мех. смесей растворы отличаются своей однородностью и возрастанием энтропии системы при смешении компонентов. По агрегатному состоянию различают растворы газовые (газовые смеси), жидкие и твердые. Обычно, если особо не оговаривается, термин "растворы" относят к жидким системам; см. также Твердые растворы.

Относит. содержание компонента в растворы характеризуется его концентрацией. При этом преобладающий компонент обычно называют растворителем. остальные компоненты - растворенными веществами. такое деление, однако, является условным. При определенных температуре и давлении растворение одного компонента в другом происходит в некоторых пределах изменения концентрации, т.е. смешение является ограниченным. Равновесный растворы, в котором при ограниченной растворимости компонентов и заданных внеш. условиях концентрация одного из компонентов максимальна, наз. насыщенным, а его концентрация наз. растворимостью компонента. Зависимость растворимости от температуры и давления обычно изображают графически в виде диаграмм растворимости (см. Диаграмма состояния. Растворимость). При концентрациях растворенного вещества, меньших его растворимости, раствор наз. ненасыщенным. Раствор, переохлажденный таким образом, что концентрация растворенного вещества превышает его растворимость, наз. пересыщенным. Пересыщенные растворы метастабильны, при внесении затравки или перемешивании возможно самопроизвольное выделение избытка пересыщающего компонента, что ведет к образованию новой жидкой или твердой фазы (см. Зарождение новой фазы).

По наличию или отсутствию электролитической диссоциации молекул растворенных веществ различают два осн. класса растворы: растворы электролитов и растворы неэлектролитов. В особый класс выделяют также растворы высокомол. соединений, свойства которых существенно отличаются от свойств растворы низкомол. веществ из-за больших различий в размерах молекул растворенного вещества и растворителя (см. Растворы полимеров). Классификация растворы может быть основана также и на других признаках. Так, в зависимости от концентрации растворенного вещества различают растворы концентрированные и разбавленные; в зависимости от природы растворителя выделяют водные и неводные растворы; в зависимости от концентрации ионов Н⁺ и ОН^- - кислые, нейтральные и щелочные (основные).

Термодинамич. свойства растворов определяются взаимод. между молекулами компонентов и характеризуют растворы в целом. Доля, вносимая данным компонентом в то или иное свойство растворы, определяется парциальной молярной величиной компонента. Особое значение имеет парциальная молярная энергия Гиббса - химический потенциал компонента, который позволяет выражать условия фазового и хим. равновесий в растворы Важнейшее свойство растворов – зависимость хим. потенциалов компонентов от состава.

Межмол. взаимод. и тепловое движение приводят к образованию флуктуации концентрации - короткоживущих группировок молекул, обусловливающих отклонение локального микроскопич. состава раствора от макроскопического. Если компоненты близки по хим. строению, размерам и характеру взаимод., структура растворы принципиально не отличается от строения чистых жидкостей. При наличии специфич. взаимод. (хим. превращений, водородных связей и т. п.) растворенные вещества могут образовывать устойчивые комплексы с растворителем как постоянного, так и переменного состава (см. Сольватация). В ряде растворы взаимод. молекул растворенного вещества с молекулами растворителя сопровождается противоположным процессом - диссоциацией молекул растворенного вещества.

При малых концентрациях растворенных веществ в растворе сохраняется структура, характерная для чистого растворителя, с увеличением концентрации структура растворы изменяется. Например, у водных растворов электролитов ионы больших размеров (в сравнении с молекулой воды) разрушают структуру растворителя, а ионы меньших размеров ее упорядочивают. Установление связи свойств растворы с характером межмол. взаимод. или макро-скопич. свойствами чистых компонентов составляет проблему теории растворы

Растворы широко распространены в природе и играют важную роль во мн. отраслях промышленности и техники. Химически чистые вещества представляют собой лишь предельное состояние, которое в действительности не достигается; даже чистейшие металлы, получаемые методами вакуумной или зонной плавки, содержат ничтожные кол-ва примесей (10^-6 %) и по существу являются твердыми растворами. Образование растворов существенно изменяет условия протекания хим. реакций между компонентами (см. Реакции в растворах); мн. процессы происходят исключительно в растворах. Изучение физ.-хим. свойств растворы тесно связано с проблемами разделения природных и пром. смесей, получения чистых веществ методами ректификации, экстракции, кристаллизации, абсорбции и др. Водные растворы солей, кислот и оснований широко используют в гидрометаллургии при извлечении цветных металлов из руд. Исключительна роль водных растворы во всех биол. процессах. Использование неводных растворов связано с применением полимеров, красителей, лаков, приготовлением жидкостей с заданными физ. свойствами (вязкостью, диэлектрич. проницаемостью и др.).

Лит. см. при статьях Растворы неэлектролитов, Растворы полимеров, Растворы электролитов. © М. Ф. Головко.