§ 28. Розчин і його компоненти. Вода як розчинник

Вам уже відомо, що суміші речовин бувають однорідними й неоднорідними. Однорідні суміші відрізняються від неоднорідних тим, що в них рівномірно розподілені найдрібніші частинки речовин (наприклад, молекули). Ці частинки не можна виявити навіть за допомогою потужного мікроскопа.

Однорідні суміші речовин називають розчинами.

Складники розчину. Багато хто із вас, мабуть, думає, що розчин — це завжди рідина. Однак існують не лише рідкі розчини, а й тверді та газуваті (мал. 83).

Мал. 83. Розчини: повітря; водний розчин калій перманганату (марганцівки); сплав золота, міді та срібла

Розчин містить щонайменше дві речовини. Це — його компоненти. Один із них називають розчинником, інші — розчиненими речовинами. За розчинник приймають речовину, яка перебуває в такому самому агрегатному стані, що й розчин.

• Назвіть розчинник і розчинену речовину в однорідних сумішах, компонентами яких є: а) йод і етиловий спирт; б) вода і кисень.

Якщо агрегатний стан усіх речовин, які утворили розчин, однаковий, то розчинником вважають речовину, маса якої найбільша. Щодо водних розчинів існує традиція завжди називати розчинником воду, навіть якщо її менше, ніж розчиненої речовини.

Вода — розчинник. При змішуванні води з іншими речовинами часто утворюються розчини. Такі тверді речовини, як кухонна сіль, цукор, лимонна кислота, добре розчиняються у воді, а крейда, скло, золото в ній нерозчинні. Рідини і гази також мають різну розчинність у воді. Наприклад, олія, бензин у воді не розчиняються, а етиловий спирт, ацетон, гліцерин змішуються з водою в будь-яких співвідношеннях, утворюючи розчини, тобто необмежено розчиняються в ній.

Цікаво знати

Розчинність речовин у воді залежить від температури, а газів — ще й від тиску.

Воду як розчинник використовують у різних галузях промисловості, техніці, сільському господарстві, будівництві, медицині, наукових дослідженнях. Без водних розчинів ми не можемо обійтися в повсякденному житті.

Вода виконує роль розчинника і в природі. Гази, з яких складається атмосфера, мають незначну розчинність у воді; найкраще з них розчиняється вуглекислий газ. У морській і океанській воді серед розчинених речовин переважає сіль — натрій хлорид NaCl, а в прісній воді — інші сполуки. Рідини в живих організмах є водними розчинами, які містять багато речовин (переважно органічних) — тих, що надійшли до організму разом із їжею, і тих, які утворилися в ньому внаслідок хімічних реакцій. Завдяки водним розчинам відбувається колообіг елементів у природі.

Розчин — однорідна суміш речовин. Компонентами розчину є розчинник і одна або декілька розчинених речовин. Розчинником називають речовину, яка перебуває в такому самому агрегатному стані, що й розчин.

Вода — найважливіший розчинник. Вона розчиняє багато різних речовин. Воду як розчинник використовують у промисловості, техніці, сільському господарстві, інших сферах діяльності людей.

Природна вода й усі біологічні рідини є водними розчинами.

205. У чотири склянки налили невеликі порції води. У першу склянку додали трохи глини, у другу — етилового спирту, у третю — гасу, в четверту — харчової соди. Кожну суміш добре перемішали. У яких склянках утворилися розчини?

206. Яку речовину ви назвете розчинником, якщо компонентами розчину є:

• а) розплавлені мідь масою 3 г і золото масою 7 г;
• б) етиловий спирт масою 10 г і ацетон масою 25 г;
• в) вода масою 30 г і оцтова кислота масою 70 г? Відповіді поясніть.

207. Як довести, що природна вода містить розчинені речовини?

208. Які чинники, на вашу думку, зумовлюють широке використання води як розчинника?

209. На будівництві готують так званий цементний розчин. Його компонентами є цемент, пісок і вода. Чи правильна назва цієї суміші з наукового погляду? Чому?

✅Розчинна речовина і розчинник

Обов’язковими компонентами будь-якого розчину є розчинник і розчинена речовина.

Розчинником звичайно називають компонент, агрегатний стан якого такий же, як у розчину в цілому. У практиці частіше користуються розчинами, в яких розчинника набагато більше, ніж розчиненої речовини.

Розчинені речовини можуть бути взяті в будь-якому агрегатному стані. Крім того, в одному розчині може бути розчинене кілька речовин. Типовим прикладом такого розчину служить морська вода. У нашому курсі ми будемо розглядати тільки такі розчини, де розчинником є ​​вода.

Якщо взяти, наприклад, кухонну сіль або цукор, або марганцевокислий калій і помістити їх у воду, то ми помітимо, як кількість твердої солі або іншої речовини поступово зменшується – йде розчинення; при цьому вода, в якій розчинилася речовина, змінює свої властивості вона:

1. набуває смак, забарвлення;
2. змінюються її температура кипіння замерзання, питома вага, електропровідність і т. д.

Змінюють властивості і розчиняються речовини. Вони вже не є твердими. Суха кухонна сіль, наприклад, не проводить електричний тієї, вода теж не проводить струм, а водний розчин кухонної солі електро-дроти.

Нарешті, при розчиненні дуже часто спостерігається виділення або поглинання тепла. Причиною цього є різні фізичні та хімічні процеси, що відбуваються при розчиненні. Однак якщо випарувати з розчину воду, то можна знову отримати кухонну сіль, причому в тій же кількості, що і до розчинення.

Виникає питання чи можна розглядати розчини як механічні суміші? Але в механічних сумішах кожен компонент зберігає свої властивості, а в розчинах властивості компонентів змінюються. Виходячи з цього, а також з того, що в розчині можуть відбуватися хімічні реакції, Д. І. Менделєєв запропонував розглядати розчини

«… як рідкі, неміцні, певні хімічні сполуки в змозі дисоціації».

Разом з тим розчини не можна вважати хімічними сполуками в повному розумінні цього слова, оскільки розчин одного і того ж речовини може мати різний кількісний склад, а у хімічної сполуки склад постійний. Іншими словами, кількість розчиненої речовини і розчинника в розчині може бути різним.

Таким чином, розчинами можна назвати фізико-хімічні дисперсні системи, що складаються з двох або декількох речовин та їх неміцних хімічних сполук.

• Який з компонентів розчину слід вважати розчинником?
• Чи можна вважати розчини механічними сумішами? Чому?
• Чи можна вважати розчини хімічними сполуками? Чому?

При розчиненні частинки речовини, що розчиняється з усіх боків оточуються молекулами розчинника. Між молекулами розчиняється речовини і розчинника починають активно діяти сили міжмолекулярної тяжіння, які, врешті-решт, долають сили зчеплення між молекулами розчиняється речовини і відривають їх один від одного. При цьому молекули розчиняється речовини внаслідок дифузії поступово рівномірно розподіляються по всьому об’єму розчину. Така суть процесу розчинення в простому випадку, якби між розчинником і розчиненим речовиною не відбувалося хімічних процесів.

При розчиненні твердих речовин руйнування кристалічної решітки розчиняється речовини і розподіл його молекул у великому обсязі завжди супроводжується поглинанням тепла і тягне за собою охолодження розчину. Якщо, наприклад, помістити в склянку з водою кристали аміачної селітри NH₄NО₃ і поставити склянку на шматочок вологого картону, то картон примерзне до склянки, оскільки температура розчину падає нижче 0 °.

• Поясніть, у чому сутність процесу розчинення.
• Чому процес розчинення є ендотермічною процесом? (Див. Відповідь)

З іншого боку, при розчиненні у воді сірчаної кислоти або лугу розчин дуже сильно розігрівається і може навіть закипіти. Виділення тепла не можна пояснити, якщо розглядати розчинення як просте змішування. Пояснення цьому явищу дає гідратне теорія розчинів Д. І. Менделєєва.

Як вже говорилося, Д. І. Менделєєв розглядав процес розчинення як складне взаємодія розчинника і розчиненої речовини. Вивчаючи властивості водних розчинів сірчаної кислоти, спирту і ряду інших речовин, Д. І. Менделєєв прийшов до висновку, що розчини являють собою системи, що складаються не тільки з розчинника і розчиненої речовини, але й з продуктів їх взаємодії – гідратних з’єднань різного складу – гідратів.

Пояснюючи це явище, Д. І. Менделєєв припустив, що в розчині між молекулами розчиняється речовини і розчинника виникають сили міжмолекулярної тяжіння, в результаті чого відбувається, як було зазначено вище, розчинення і молекули розчиненої речовини виявляються оточеними оболонкою з молекул розчинника. Така оболонка називається сольватной. Якщо розчинником є ​​вода, то оболонка називається гідратної.

Гідратна оболонка іноді настільки міцно утримується молекулою розчиненої речовини, що не руйнується навіть при випаровуванні розчину, а утворює хімічні сполуки – кристалогідрати, наприклад CuSО₄ · 5H₂О.

Процесу утворення гідратів – хімічний процес, що супроводжується виділенням тепла.

У вже згаданому прикладі з аміачною селітрою також відбувається процес гідратації, але ендотермічні процеси переважають.