Телефон для связи: +7 (495) 598-57-57
+7 (495) 702-92-46

Время работы: пн-чт 08:00-17:00
пт 08:00-16:00



План

Растворы

Техника приготовления растворов

Растворы

Растворы весьма распространены в природе, технике, организмах человека и животных, с ними мы сталкиваемся повседневно и повсюду. Это и вода морей, океанов, рек, озер, воздух, которым мы дышим, металлические сплавы, используемые в авиации и космической технике, автомобилестроении, энергетике — чугун, сталь, бронзы, латунь, дюралюминий.

Химические процессы, известные с глубокой древности и изучаемые современными химиками и инженерами — технологами, в основном происходят в растворах. Растворы относятся к дисперсным системам.

Если в каком либо веществе (среде) распределено, в виде очень мелких частиц, другое вещество, то такая система называется дисперсной.

Примером сложной дисперсной системы может служить молоко, основными составными частями которого (не считая воду) являются жир, казеин и молочный сахар. Жир находится в виде эмульсии и при стоянии молока постепенно поднимается к верху (сливки). Казеин содержится в виде коллоидного раствора и самопроизвольно не выделяется, но легко может быть осажден (в виде творога) при подкислении молока, например, уксусом. В естественных условиях выделение казеина происходит при скисании молока. Наконец, молочный сахар находится в виде молекулярного раствора и выделяется лишь при испарении воды.

Свойства дисперсных систем, в первую очередь их устойчивость, зависят от размеров распределенных частиц. Если последние очень велики по сравнению с размерами молекул, дисперсные системы не прочны и распределенное вещество сравнительно быстро оседает вниз или, если оно легче вещества среды, поднимается вверх. Такие системы называются взвесями.

Если распределенное вещество находится в состоянии молекулярного раздробления, системы получаются устойчивые, не разделяющиеся при сколь долгом стоянии. Такие системы называются молекулярными растворами или просто растворами.

Промежуточную область занимают коллоидные растворы, в которых размеры частиц находятся между размерами частиц взвесей и молекулярных растворов.

Наибольшее значение для химии имеют дисперсные системы, в которых средой является жидкая фаза.

Вся наша жизнь связана с водой, точнее, с водными растворами самых различных веществ. Нет ни одного факта, который показал бы возможность возникновения жизни без участия воды или без ее присутствия. Человек не может жить без воды.

Мы говорим «вода», но в действительности — это водный раствор. Даже если вода находится в металлическом сосуде, она содержит ионы (или атомы) этого металла, а это — раствор!

Раствор — это однофазная термодинамически равновесная система, состоящая из смеси двух или более веществ (компонентов). Это научное определение понятия «раствор». Все слова этого определения вам известны, и смысл их понятен. Вам следует только объединить понятия в одно общее представление.

В растворе все компоненты его находятся в виде молекул, ионов или небольших ассоциатов (небольших групп, скоплений, ансамблей) частиц.

Иногда растворы рассматривают как фазы переменного состава, в которых соотношение веществ может быть изменено в определенных пределах без появления новых фаз.

Растворы могут быть жидкими, твердыми (кристаллическими) и газообразными.

То вещество (тот компонент), которое находится в большем количестве по сравнению с другими, принято называть растворителем, а другие вещества раствора называют растворенными веществами.

Важнейшей характеристикой раствора является его состав, который выражается концентрацией растворенных компонентов.

Пользуются различными способами выражения концентрации.

Отношение массы данного вещества (компонента) к массе всего раствора (всей системы) есть долевая концентрация по массе. Если долевую концентрацию умножить на 100, то это будет процентная концентрация ( по массе). Иногда ее называют массовым процентом или процентом по массе. Так, 35% раствор — это раствор, в 100 г которого содержится 35 г растворенного вещества.

Иногда говорят о растворении металлов, например натрия в воде или цинка в соляной кислоте. Это не правильно, в данном случае образуется химическое соединение. Растворением называется только такой процесс, при котором растворенное вещество можно выделить из раствора в его исходном состоянии такими простыми операциями, как выпаривание растворителя, перекристаллизация и так далее.

Итак, растворы занимают промежуточное положение между механическими смесями и химическими соединениями. Состав раствора, в отличие от химического соединения, может изменяться в широких пределах. В свойствах раствора проявляются ряд свойств его компонентов, что также не присуще химическим соединениям. К механическим смесям близко подходит непостоянство состава растворов, но от них они отличаются гомогенностью.

Процесс растворения кристаллических твердых тел протекает под влиянием молекул растворителя и колебательного движения частиц тела. Выравнивание концентрации растворенного вещества происходит по диффузионному механизму. Растворение с течением времени выравнивается по скорости с образным ему процессом кристаллизации. Наступает в итоге состояние динамического равновесия между числом перешедших в раствор и выделившихся из него молекул. Такой раствор называется насыщенным раствором.

Растворение большинства кристаллических тел в воде идет с поглощением теплоты, обусловленным большим расходом энергии на разрушение кристаллической решетки твердого тела, которая часто не компенсируется при образовании гидратированных ионов. Между тем растворение в воде гидроксидов натрия, калия и др. сопровождается сильным разогревом раствора. Тепловой эффект реакции гидратации КОН составляет +54 кДж (ДН= —54 кДж).

Растворимостью вещества называется его способность образовывать однородную систему с другим веществом, являющимся растворителем.

Растворимость жидкостей в жидкости бывает неограниченной и ограниченной. Для первого вида это система «спирт—вода», для второго — «эфир—вода». После встряхивания эфира с водой происходит расслоение, что можно наблюдать на опыте по образованию границы раздела между двумя растворами: водный раствор эфира (внизу) и эфирный раствор воды (вверху).

Приведем некоторые виды растворов, определяемые качественными и количественными параметрами растворенного вещества и растворителя.

По массе растворенного вещества растворы подразделяют на разбавленные и концентрированные (условно). К разбавленным можно отнести растворы, содержащие один или менее моль растворенного вещества в 1 л раствора. При этом насыщенным называется раствор, концентрация которого при определенной температуре отвечает растворимости вещества. Если для растворения взято больше этого количества то избыток будет находиться в осадке. Между осадком и раствором устанавливается подвижное равновесие. В ненасыщенном растворе концентрация растворенного вещества ниже его растворимости.

Содержание вещества в насыщенном растворе при данной температуре является критерием его растворимости. Чаще всего эту величину выражают как массу в граммах безводного вещества, содержащегося в 100 г растворителя в насыщенном растворе. Ее называют коэффициентом растворимости.

В некоторых случаях возможно также образование пересыщенных растворов, которые содержат избыток растворенного вещества. Такие растворы образуются путем длительного охлаждения насыщенных растворов и представляют собой неустойчивые (лабильные) системы, при внесении в которые затравки в виде кристаллика соли или другого соединения, а также при встряхивании или сотрясении раствора происходит лавинная кристаллизация основной массы растворенного в избытке вещества. Этот опыт относится к очень наглядным и демонстрационным, в частности, его производят на примере раствора иодида свинца, образующего красивые тонкие чешуйки золотисто-желтого цвета.

По характеру взаимодействия растворенного вещества с растворителем различают ионные и молекулярные растворы. В первых растворяемое вещество представлено в виде молекул и продуктов их диссоциации на ионы. Во вторых — в виде молекул и их ассоциатов. Например, водные растворы соляной кислоты, сульфата кальция, гидроксида калия — ионные, растворы глюкозы, альбумина, кислорода в воде — молекулярные.

Ионные растворы, или растворы электролитов, относятся к проводникам электричества II рода, т. е. им присуща ионная проводимость. Это растворы солей, кислот, оснований, а также их расплавы и некоторые соединения в виде твердых тел.

По степени диссоциации электролиты относят к сильным (? > 30%), слабым (? < 3%) и средним (3% < ? < 30%). Сила электролитов и их растворимость не коррелируют друг с другом, так как малорастворимые соли, например РbSO4, относятся к сильным электролитам ввиду высокой степени ионизации молекул, находящихся в растворе. К сильным электролитам относятся кислоты НСlO4, НС1, Н2SO4, НNО3, щелочи КОН, NаОН, Са(ОН)2, большинство хорошо растворимых в воде солейСа(НСO3)2, FеSO4, МgСl2 и др.

К средним электролитам принадлежат НF, Н23, Н3РO4, НСООН, к слабым — Н2СО3, Н2S, СН3СООН, НCN, NН4ОН, Fе(СNS)3 и др. Это деление в некоторой мере зависит от природы растворителя, температуры и концентрации раствора. При разбавлении водой возрастает ?, к такому же результату приводит повышение температуры раствора, приводящее к усилению разрыва молекул на ионы.

Техника приготовления растворов

Независимо от того, какие готовят растворы, применять следует только чистые растворители. Если растворителем служит вода, то необходимо применять только дистиллированную или деминерализованную воду, а в отдельных случаях даже бидистиллят или специально очищенную дистиллированную воду.

Предварительно готовят соответствующие емкости (посуду), в которых будут готовить и хранить получаемый раствор. Посуда должна быть чистой.

Перед приготовлением растворов нужно подготовить по возможности два одинаковых сосуда: один — для растворения, а другой — для хранения раствора. Может случиться, что раствор нужно будет отфильтровывать от какого-либо осадка или примеси, не растворившейся в данных условиях.

Вымытый сосуд полезно предварительно проградуировать.

Для растворения следует применять по возможности чистые вещества. Готовые растворы обязательно проверяют на содержание нужного вещества и, если это будет необходимо, поправляют растворы, т. е. добавляют в них недостающее количество вещества или воды.

Нужно принимать меры для защиты приготовленных растворов от попадания в них пыли или газов, с которыми могут реагировать некоторые растворы. Так, щелочи следует защищать от двуокиси углерода, для этого бутыль со щелочью снабжают хлоркальциевой трубкой, заполненной натронной щелочью или аскаритом.

При хранении бутыли или другая посуда обязательно должны быть закрыты предварительно подобранными пробками.

При особо точных и ответственных анализах следует обязательно принимать во внимание возможность выщелачивания стекла и применять, если это допустимо, кварцевую посуду или такую, стекло которой не содержало бы искомый элемент. Так, неизбежна ошибка при определении бора, цинка, алюминия, свинца и некоторых других элементов в посуде из стекла, содержащего эти элементы.

В некоторых случаях растворы следует хранить в атмосфере инертного газа, как азот, или в атмосфере двуокиси углерода. Для этого существуют специальные устройства или особые бюретки, приспособленные для каждого случая титрования.

Щелочные растворы нельзя оставлять надолго в фарфоровой и особенно — в стеклянной посуде.

Растворы кислот

При разбавлении кислот следует помнить, что нужно приливать кислоту к воде, а не наоборот. При разбавлении происходит сильное разогревание, и если приливать воду к кислоте, то возможно разбрызгивание ее, что опасно, так как кислота вызывает тяжелые ожоги. Если кислота попала на одежду или обувь, следует быстро обмыть облитое место большим количеством воды, а затем нейтрализовать кислоту углекислым натрием или раствором аммиака. При попадании на кожу рук или лица нужно сразу же обмыть это место большим количеством воды.

Кислота — это сложное вещество, в молекуле которого имеется один или несколько атомов водорода и кислотный остаток.

Рассмотрим растворы некоторых кислот.

Раствор соляной кислоты — один из самых широко используемых растворов кислот. Его используют при очистке сплавов различных металлов, в гальванике, для очистки и дезинфекции, в пищевой промышленности и медицине.

Раствор серной кислоты — используется при изготовлении минеральных удобрений, электролита для свинцовых аккумуляторов, при создании искусственных волокон, в нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности.

Раствор фосфорной кислоты — используется для производства удобрений, при очистке металлов, в текстильном производстве, при создании искусственных материалов, выплавке стекла, для производства медикаментов и в других отраслях промышленности.

Растворы щелочей

Если вещество содержит гидроксильную группу (ОН), которая может отщепляться (подобно отдельному «атому») в реакциях с другими веществами, то такое вещество является основанием. Существует много оснований, которые состоят из атома какого-либо металла и присоединенных к нему гидрокси-групы. Например:

Гидроксильные группы одновалентны, поэтому формулу основания легко составить по валентности металла. К химическому символу металла надо приписать столько гидрокси-групп, какова валентность металла. Большинство оснований — ионные соединения.

Основаниями называются вещества, в которых атомы металла связаны с гидрокси-группами.

Существует также основание, в котором гидроксильная группа присоединена не к металлу, а к иону NH4+ (катиону аммония). Это основание называется гидроксидом аммония и имеет формулу NH4OH. Гидроксид аммония образуется в реакции присоединения воды к аммиаку, когда аммиак растворяют в воде:

NH3 + H2O = NH4OH (гидроксид аммония).

Основания бывают растворимыми и нерастворимыми. Растворимые основания называются щелочами. Растворы щелочей «мыльные» на ощупь и довольно едкие. Они разъедают кожу, ткани, бумагу, очень опасны (как и кислоты) при попадании в глаза. Поэтому при работе со щелочами и кислотами необходимо пользоваться защитными очками. При растворении щелочи происходит сильное разогревание, в особенности в тех местах, где лежат куски ее. Чтобы растворение шло быстрее, раствор следует все время перемешивать.

Концентрированные растворы щелочей сильно выщелачивают стекло, поэтому хранение осуществляется в полиэтиленовой таре

Если раствор щелочи все-таки попал в лицо, необходимо промыть глаза большим количеством воды, а затем разбавленным раствором слабой кислоты (например, борной).

Лишь небольшую часть всех оснований называют щелочами. Это, например, KOH — гидроксид калия (едкое кали), NaOH — гидроксид натрия (едкий натр), LiOH — гидроксид лития, Ca(OH)2 — гидроксид кальция (его раствор называется известковой водой), Ba(OH)2 — гидроксид бария. Большинство других оснований в воде нерастворимы и щелочами их не называют.

Щелочами называются растворимые в воде сильные основания.

Раствор гидроокиси калия — используется для производства метана, изготовления Калий — Литиевого электролита для щелочных аккумуляторов, в целлюлозном производстве и еще многих отраслях промышленности. Незаменимо это вещество в лабораторной практике: с его помощью выявляется уровень кислотности сред.

Раствор гидроокиси натрия (каустической соды, едкого натра) — один из наиболее широко используемых щелочных растворов. Использование его настолько широко что перечисление займет не одну страницу. Это и моющие средства используемые как в пищевой промышленности, так и дома, это и бумажное производство, и производство современного вида топлива, это химическая и нефтехимическая промышленность, и так далее.



Приготовление растворов у нас

У Вас еще остались вопросы?

Наши специалисты всегда готовы ответить на ваши вопросы. Вам лишь
нужно позвонить по телефону (495) 598-57-57 или нажать на кнопку, которая
находится рядом и заполнить простую форму и мы с вами свяжемся.

Заказать звонок
×
captcha