Часть И. ОБЩАЯ ХИМИЯ

Раздел 5. РАСТВОРЫ.

ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЙ ДИССОЦИАЦИИ

§ 5.1. Численное выражение состава растворов

В природе и технике растворы имеют огромное значение. Растения усваивают вещества в виде растворов. Усвоение пищи связано с переводом питательных веществ в раствор. Все природные воды есть растворами. Растворами являются важнейшие физиологические жидкости - кровь, лимфа и т.д. Многие химические реакции происходят в растворах.

Растворы - это однородные (гомогенные) системы, состоящие из двух и более компонентов (составных частей) и продуктов их взаимодействия.

Например, раствор серной кислоты состоит из растворителя - воды (первый компонент), растворенного вещества - кислоты (второй компонент) и продуктов их взаимодействия - гидратированных ионов: Н⁺, HSO₄^- , SO₄^2- ; раствор гидроксида калия - из воды, гидроксида калия и гидратированных ионов К⁺ и ОН^- (см. § 5.7).

По агрегатному состоянию растворы бывают жидкие, твердые и газуваті. Примером жидких растворов могут быть растворы солей в воде; примером твердых - сплав никеля и меди (из которых изготавливают разменные монеты) или сплав серебра и золота; примером газированных - смеси газов, воздуха. Наибольшее значение имеют жидкие (водные) растворы.

Важной характеристикой любого раствора является его состав. Существуют различные способы численного выражения состава растворов: массовая доля растворенного вещества, молярная концентрация и т.д.

Массовая доля растворенного вещества - это безразмерная физическая величина, равная отношению массы растворенного вещества к общей массе раствора, т.е.

w_p = m_г/m, (5.1)

где w_p - массовая доля растворенного вещества; m_г - масса растворенного вещества; m - общая масса раствора.

Массовую долю растворенного вещества w_p обычно выражают в долях единицы или в процентах. Например, массовая доля растворенного вещества - серной кислоты в воде равна 0,05 или 5%. Это означает, что в растворе сульфатной кислоты массой 100 г содержится сульфатная кислота массой 5 г и вода массой 95 г.

Молярная концентрация, или молярність, - это величина, равная отношению количества растворенного вещества к объему раствора, т.е.

с(Х) = n(X)/V, (5.2)

где с(Х) - молярная концентрация частиц Х; n (X) - количество вещества частиц X, содержащихся в растворе; В - объем раствора.

Основной единицей молярной концентрации является моль/л. Примеры записи молярной концентрации: с(НСl) = 0,1 моль/л, с (Н₃РО₄) = 0,5 моль/л, с (NН₄⁺) = 10 моль/л, с(Н⁺) = 10^-5 моль/л.

Раствор, в 1 л которого содержится 1 моль растворенного вещества, называется молярным. Если в 1 л раствора содержится 0,1 моль вещества, то он называется децимолярним, 0,01 моль - сантимолярним, 0,001 моль - мілімолярним. Молярність раствора обычно обозначают буквой М. Например, 1М NaOH - молярный раствор гидроксида натрия, 1 л такого раствора содержит 1 моль вещества или 1 моль ∙ 40 г/моль = 40 г NaOH; 0,01 М NaOH - сантимолярний раствор, 1 л содержит 0,01 моль, то есть 0,01 ∙ 40 г = 0,4 г NaOH и т.д. Чтобы приготовить, например, децимолярний раствор гидроксида натрия, нужно взвесить 4 г его, поместить в 1-литровую мерную колбу, на шейке которой указано объем, что точно равен 1 л (рис. 5.1, а), добавить дистиллированной воды до полного растворение вещества и затем

Рис. 5.1. Приготовление 1М раствора: а - мерная колба; б - раствор

объем раствора довести до метки (нижняя часть мениска должна достигать метки, см. рис. 5.1, б).

Пользоваться молярною концентрацией удобно, поскольку известное число молей (количество вещества), содержащийся в определенном объеме раствора. Например, для нейтрализации 1 л 1М раствора NaOH необходимые в соответствии с уравнений реакций:

a) NaOH + НСl = NaCl + Н₂О;

б) 2NaOH + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2Н₂О

такие объемы растворов кислот: 1л 1М ∙ НСl или 0,5 л 1М H₂SO₄. Очевидно, для нейтрализации 0,5 л 2М раствора NaOH нужно 0,5 л 2М раствора НСl, или 0,5 л 1М раствора H₂SO₄, или 0,25 л 2М раствора H₂SO₄ и т.д.