Soluțiile, precum și procesul de formare a acestora, sunt de mare importanță în lumea din jurul nostru. Apa și aerul sunt doi dintre reprezentanții lor, fără de care viața pe Pământ este imposibilă. Cele mai multe fluide biologice din plante și animale sunt, de asemenea, soluții. Procesul de digestie este indisolubil legat de dizolvarea nutrienților.
Orice producție este asociată cu utilizarea anumitor tipuri de soluții. Sunt utilizate în industria textilă, alimentară, farmaceutică, prelucrarea metalelor, minerit, materiale plastice și fibre. De aceea este important să înțelegem ce sunt acestea, să le cunoaștem proprietățile și caracteristicile distinctive.
Semne de soluții adevărate
Soluțiile sunt înțelese ca sisteme omogene multicomponente formate în timpul distribuției unei componente în alta. Se mai numesc și sisteme dispersate, care, în funcție de dimensiunea particulelor care le formează, se împart în sisteme coloidale, suspensii și soluții adevărate.
În aceasta din urmă, componentele sunt într-o stare de separare în molecule, atomi sau ioni. Astfel de sisteme molecular-disperse sunt caracterizate de următoarele caracteristici:
- afinitate (interacțiune);
- spontaneitatea educației;
- constanța concentrării;
- omogenitate;
- durabilitate.
Cu alte cuvinte, ele se pot forma dacă există o interacțiune între componente, ceea ce duce la separarea spontană a substanței în particule minuscule, fără eforturi externe. Soluțiile rezultate ar trebui să fie monofazate, adică nu ar trebui să existe o interfață între părțile constitutive. Ultimul semn este cel mai important, întrucât procesul de dizolvare poate decurge spontan doar dacă este favorabil din punct de vedere energetic pentru sistem. În acest caz, energia liberă scade, iar sistemul devine echilibrat. Luând în considerare toate aceste caracteristici, putem formula următoarea definiție:
O soluție adevărată este un sistem de echilibru stabil de particule care interacționează din două sau mai multe substanțe, a căror dimensiune nu depășește 10-7cm, adică sunt proporționale cu atomi, molecule și ioni.
Una dintre substanțe este un solvent (de regulă, acesta este componenta a cărei concentrație este mai mare), iar restul sunt substanțe dizolvate. Dacă substanțele inițiale erau în stări diferite de agregare, atunci solventul este considerat cel care nu l-a schimbat.
Tipuri de soluții adevărate
În funcție de starea de agregare, soluțiile sunt lichide, gazoase și solide. Sistemele lichide sunt cele mai frecvente și, de asemenea, sunt împărțite în mai multe tipuri în funcție de starea inițială.solut:
- solid în lichid, cum ar fi zahărul sau sarea în apă;
- lichid în lichid, cum ar fi acidul sulfuric sau clorhidric în apă;
- de la gaz la lichid, cum ar fi oxigenul sau dioxidul de carbon în apă.
Cu toate acestea, nu numai apa poate fi un solvent. Și după natura solventului, toate soluțiile lichide sunt împărțite în apoase, dacă substanțele sunt dizolvate în apă, și neapoase, dacă substanțele sunt dizolvate în eter, etanol, benzen etc.
În funcție de conductibilitatea electrică, soluțiile sunt împărțite în electroliți și non-electroliți. Electroliții sunt compuși cu o legătură cristalină predominant ionică, care, atunci când sunt disociați în soluție, formează ioni. Când sunt dizolvați, non-electroliții se descompun în atomi sau molecule.
În soluțiile adevărate, două procese opuse au loc simultan - dizolvarea unei substanțe și cristalizarea acesteia. În funcție de poziția de echilibru în sistemul „solut-soluție”, se disting următoarele tipuri de soluții:
- saturat, când viteza de dizolvare a unei anumite substanțe este egală cu viteza propriei cristalizări, adică soluția este în echilibru cu solventul;
- nesaturate dacă conțin mai puțin dizolvat decât saturat la aceeași temperatură;
- supersaturate, care conțin un exces de substanță dizolvată în comparație cu una saturată, iar un cristal din acesta este suficient pentru a începe cristalizarea activă.
Ca un cantitativcaracteristicile, care reflectă conținutul unei anumite componente în soluții, utilizează concentrația. Soluțiile cu un conținut scăzut de substanță dizolvată se numesc diluate, iar cu un conținut ridicat - concentrate.
Moduri de a exprima concentrarea
Fracția de masă (ω) - masa substanței (mv-va), raportată la masa soluției (mp-ra). În acest caz, masa soluției este luată ca sumă a maselor substanței și solventului (mp-la).
Fracție molară (N) - numărul de moli ai unei soluții (Nv-va) împărțit la numărul total de moli de substanțe care formează o soluție (ΣN).
Molalitate (Cm) - numărul de moli ai unei substanțe dizolvate (Nv-va) împărțit la masa solventului (m r-la).
Concentrația molară (Cm) - masa solutului (mv-va) se referă la volumul întregii soluții (V).
Normalitate sau concentrație echivalentă, (Cn) - numărul de echivalenți (E) ai substanței dizolvate, raportat la volumul soluției.
Titru (T) - masa unei substanțe (m in-va) dizolvată într-un anumit volum de soluție.
Fracția de volum (ϕ) a unei substanțe gazoase - volumul substanței (Vv-va) împărțit la volumul soluției (V p-ra).
Proprietăți ale soluțiilor
Având în vedere această problemă, cel mai adesea se vorbește despre soluții diluate de non-electroliți. Acest lucru se datorează, în primul rând, faptului că gradul de interacțiune dintre particule le apropie de gazele ideale. Și în al doilea rând,proprietățile lor se datorează interconexiunii tuturor particulelor și sunt proporționale cu conținutul componentelor. Asemenea proprietăți ale soluțiilor adevărate se numesc coligative. Presiunea de vapori a solventului peste soluție este descrisă de legea lui Raoult, care spune că scăderea presiunii vaporilor saturați a solventului ΔР peste soluție este direct proporțională cu fracția molară a solutului (Tv- va) și presiunea vaporilor peste solventul pur (R0r-la):
ΔР=Рor-la∙ Tv-va
Creșterea punctelor de fierbere ΔТк și a punctelor de îngheț ΔТз ale soluțiilor este direct proporțională cu concentrațiile molare ale substanțelor dizolvate în ele Сm:
ΔTk=E ∙ Cm, unde E este constanta ebulioscopică;
ΔTz=K ∙ Cm, unde K este constanta crioscopică.
Presiunea osmotică π este calculată prin ecuația:
π=R∙E∙Xv-va / Vr-la, unde Xv-va este fracția molară a solutului, Vr-la este volumul solventului.
Importanța soluțiilor în viața de zi cu zi a oricărei persoane este greu de supraestimat. Apa naturală conține gaze dizolvate - CO2 și O2, diverse săruri - NaCl, CaSO4, MgCO3, KCl etc. Dar fără aceste impurități în organismul ar putea perturba metabolismul apă-sare și activitatea sistemului cardiovascular. Un alt exemplu de soluții adevărate este un aliaj de metale. Poate fi alamă sau bijuterii din aur, dar, cel mai important, după amestecarecomponentele topite și răcirea soluției rezultate, se formează o fază solidă. Aliajele metalice sunt folosite peste tot, de la tacâmuri la produse electronice.
