Растворы

Растворы — однородные системы переменного состава, состоящие из двух или более веществ. Известны газообразные, жидкие и твердые растворы. К газообразным растворам относятся смеси любых газов, к твердым — многие сплавы металлов, стекла. Особое значение в природе и технике имеют жидкие растворы, образуемые растворением газов, жидкостей и твердых веществ в воде и других жидкостях. При растворении газов и твердых веществ в жидкости последнюю принято называть растворителем. При растворении жидкостей друг в друге растворителем считают ту из них, которой в растворе больше. Количество растворенного вещества, содержащееся в определенном количестве раствора или растворителя, называют концентрацией (см.) раствора. Растворы, в котором данное вещество больше не растворяется и, следовательно, избыток растворяемого вещества находится в равновесии с раствором, называют насыщенным. Концентрация ненасыщенного раствора меньше, а пересыщенного больше, чем насыщенного раствора. Пересыщенные растворы обычно образуются при медленном охлаждении горячих насыщенных растворов. Способность вещества растворяться в том или ином количестве в данном растворителе при образовании насыщенного раствора называют растворимостью вещества. Растворимость газов в жидкостях принято выражать коэффициентом поглощения (абсорбции), который указывает, сколько объемов газа (при t° 0° и давлении в 1 атм.) растворяется в одном объеме жидкости при данной температуре и парциальном давлении газа, равном 1 атм. Растворимость жидкостей и твердых веществ в жидкостях обычно выражают числом граммов растворяемого вещества на 100 г растворителя или на 100 мл насыщенного раствора. Растворимость зависит от природы растворяемого вещества и растворителя. С повышением температуры растворимость газов уменьшается, а жидкостей и твердых веществ в большинстве случаев повышается. Растворимость газов прямо пропорциональна давлению, при котором растворяется газ.
Растворы играют исключительную роль в природе и технике. Воды Мирового океана и атмосфера представляют собой растворы. С растворами связаны все физиологические и биохимические процессы, так как внутренней средой любого организма являются водные растворы различного рода веществ. Многие лекарственные средства также являются растворами.
См. также Буферные растворы, Диффузия, Изотонические растворы, Коллоиды, Электролиты.



Растворы (истинные растворы) — однородные (гомогенные) системы переменного состава, состоящие из двух или более веществ. От механических смесей растворы отличаются однородностью, от химических соединений — переменным составом.
Растворы играют исключительно важную роль в природе, технике и обыденной жизни. Подавляющее большинство известных химических реакций протекает в растворах. Воды мирового океана и атмосфера представляют собой растворы. Физиологические жидкости также являются растворами. Почти все лекарственные вещества оказывают свойственное им действие на организм в растворенном состоянии.
В зависимости от агрегатного состояния различают газообразные, жидкие и твердые растворы. К газообразным относят смеси любых газов и паров, в том числе и воздух. К твердым — многие сплавы, стекло, некоторые минералы и горные породы. Особое значение для изучения жизненных процессов в норме и патологии имеют жидкие растворы, образуемые растворением в жидкостях газов, жидкостей или твердых веществ.
При растворении в жидкости газов или твердых веществ жидкость принято называть растворителем, а газы или твердые вещества, находящиеся в растворах,— растворенными веществами.
В случае растворения одной жидкости в другой растворителем считают ту из них, которая находится в растворах в относительно большем количестве.
Насыщенным раствором называют раствор, находящийся в равновесии с избытком растворяемого вещества, ненасыщенным — раствор, концентрация которого меньше, чем насыщенного, а пересыщенным — раствор, концентрация которого больше, чем насыщенного.
В зависимости от величины молекулярного веса растворенного вещества жидкие растворы подразделяют на растворы низкомолекулярных веществ, например водные растворы обычных кислот, щелочей и солей, и на растворы высокомолекулярных соединений, к которым относятся растворы белков, полисахаридов, нуклеиновых кислот в воде, каучука в бензоле, нитроклетчатки в спиртоэфирной смеси и др. Р. высокомолекулярных соединений обладают рядом характерных свойств, присущих типичным коллоидным Р. (см. коллоиды).
Процесс растворения сопровождается выделением или поглощением тепла.
Растворимость данного вещества в жидкости измеряется концентрацией (см.) насыщенного его раствора в этой жидкости.
Установлен ряд качественных правил растворимости веществ в жидкостях. Полярные вещества хорошо растворимы в полярных растворителях (вода, спирт, ацетон и др.) и плохо в неполярных жидкостях (бензол, четыреххлористый углерод, сероуглерод и т. д.). Наоборот, неполярные вещества хорошо растворимы в неполярных растворителях и плохо — в полярных. Последнее правило кладется в основу некоторых теорий клеточной проницаемости. При этом имеется в виду, что оболочка многих клеток состоит из неполярных веществ — липидов.
Растворимость газов в жидкостях выражают коэффициентом поглощения, который указывает, сколько объемов данного газа, приведенных к нормальным условиям (t° 0° и давление 1 атм.), растворяется в одном объеме жидкости при данной температуре и парциальном давлении газа, равном 1 атм.
Растворимость газов в жидкостях изменяется в широких пределах в зависимости от природы жидкости и газа, а также от давления и температуры. Так, например, при t° 18° коэффициент поглощения азота равен 0,01698; кислорода — 0,03220; хлористого водорода — 427,9; аммиака — 748,8. Кислород примерно вдвое более растворим в воде, чем азот, поэтому в воздухе, растворенном в воде, содержание кислорода значительно больше, чем в атмосфере (34,1% по объему при t° 18° вместо 21,2% в атмосфере). Это имеет большое биологическое значение для организмов, обитающих в воде.
Зависимость растворимости газа от давления выражается законом Генри (см. Абсорбция).

При растворении смеси газов растворимость каждого газа согласно закону Дальтона пропорциональна его парциальному давлению над раствором.
С повышением температуры растворимость газа в жидкости уменьшается. Этим свойством газа пользуются для удаления из жидкостей растворенных в них газов.
Для этого раствор кипятят в течение некоторого времени, в результате чего газ удаляется из раствора вместе с пузырьками пара.
Указанная зависимость растворимости газов от температуры имеет большое биологическое значение для организмов, обитающих в воде.
С повышением температуры дыхание организмов и потребность в кислороде возрастают, тогда как концентрация его в воде падает, вследствие чего при нагревании может наступить гибель организмов от удушья из-за недостатка кислорода. При насыщении воды кислородом организмы становятся менее чувствительными к повышению температуры.
При растворении в воде солей и многих неэлектролитов, склонных к гидратации, растворимость в ней газов, как правило, значительно уменьшается в соответствии с законом И. М. Сеченова.
Растворимость жидкостей в жидкостях колеблется в широких пределах. Известны жидкости, неограниченно растворяющиеся друг в друге, например спирт и вода, серная кислота и вода, и др. Существуют жидкости, ограниченно растворимые друг в друге, например эфир растворим в воде в небольших количествах. При добавлении больших количеств образуются два слоя. Верхний слой представляет собой насыщенный раствор воды в эфире и содержит при t° 18° 1,2% воды и 98,8% эфира; нижний слой, являющийся насыщенным раствором эфира в воде, содержит 93,5% воды и 6,5% эфира.
Известны жидкости, практически нерастворимые друг в друге, например ртуть и вода, бензол и вода. С увеличением температуры взаимная растворимость ограниченно растворимых жидкостей в большинстве случаев возрастает и часто при достижении определенной для каждой пары жидкостей температуры, называемой критической, жидкости полностью смешиваются одна с другой. Например, фенол и вода при t° 68,8° (критическая температура) и выше растворяются друг в друге в любых пропорциях; ниже критической температуры они лишь ограниченно растворимы друг в друге.
При изменении давления взаимная растворимость жидкостей меняется незначительно.
Растворимость твердых веществ в жидкостях обычно выражают в граммах твердого безводного вещества, приходящихся на 100 г растворителя в насыщенном растворе или на 100 мл насыщенного раствора. В зависимости от природы твердого вещества и растворителя растворимость твердых веществ в жидкостях колеблется в очень широких пределах. Так, например, при 25° в 100 г воды растворяется 257 г AgNO3 и лишь 3·10-20 г HgS.
Растворимость твердых веществ зависит от степени их измельчения. Мелкие кристаллики, или зерна, размеры которых меньше примерно 0,1 мм, более растворимы чем крупные. Различные по содержанию кристаллизационной воды кристаллогидраты одного и того же химического соединения обладают неодинаковой растворимостью. Например, растворимость Na2SO4·10Н2O в воде меньше растворимости Na2SO4.
Растворимость твердых веществ в жидкостях почти не зависит от давления, но, как правило, сильно изменяется с температурой.
Обычно растворимость твердых веществ возрастает с повышением температуры, но известны вещества, как например Са(ОН)2, Са(С2Н3O2)2 и др., растворимость которых с повышением температуры понижается.
См. также Буферные растворы, Диффузия, Изотонические растворы, Электролиты.