Розчини


Розчини – це однорідні суміші (гомогенні системи) неоднорідного складу, які містять дві і більше речовини.

Зі складових розчину, одна речовина важається розчинником, інші речовини – розчиненими у розчиннику. Розчинник – це речовина, у середовищі якої рівномірно розподілені розчинені речовини. Розчинник є складовою частиною розчину, і зазвичай знаходиться у більшій кількості. Розчинник може утворювати розчини різних речовин, наприклад розчини різних солей у воді. Одна і та ж речовина може розчинюватись в різних розчинниках, наприклад, натрію бромід розчиняється в воді та етиловому спирті.
На відміну від гомогенних розчинів, гетерогенні системи (суспензії, емульсії, тощо) до розчинів не відносяться, а являють собою дисперсні системи. Розчини відрізняються від дисперсних систем розміром частинок дисперсної фази, а також деякими іншими відмінностями:

Истиний розчин
Колоїдний розчин
Суспензія
Молекулярно-дисперсна система. Розмір частинок < 1·10-9м. Частинки не можна виявити оптичними методами.
Колоїдно-дисперсна система. Розмір частинок 1·10-9 – 1·10-7м. Частинки можна віявити методами ультрамікроскопії.
Грубодисперсна система. Розмір частинок > 1·10-7м. Частинки можна виявити за допомогою світлового мікроскопу або візуально.
Частинки проходять крізь паперовий фільтр.
Частинки проходять крізь паперовий фільтр.
Частинки затримуються паперовим фільтром.

В загальному випадку, розчини це гомогенні суміші у будь-якому агрегатному стані. В хімії важливу практичну роль відіграють рідкі гомогенні системи.

В широком смысле под растворами понимаются гомогенные смеси в любом агрегатном состоянии. В химической практике очень важны жидкие гомогенные системы, приготовані на основі рідкого розчинника. Саме рідкі суміші в хімії зазвичай називають просто розчинами. У якості ж дисперсної фази для отримання рідких розчинів можуть бути використані речовини, що знаходяться в будь-якому стані (твердому, рідкому, газоподібному).

Приклад. Водний розчин Карбону (II) оксиду; водний розчин рідкого етанолу; водний розчин твердого гідроксиду натрію.

Після змішування рідкого розчинника і розчиненої речовини в будь-якому агрегатному стані утворюється гомогенна суміш (розчин) який залишається рідким.
Найбільш поширеним і широко застосовуваним в хімічній практиці розчинником є вода. Крім неї, але в значно менших масштабах в неорганічної хімії використовуються рідкий аміак і рідкий діоксид сірки. В органічній хімії як розчинники застосовуються етанол, ацетон, карбонтетрахлорид, сульфуркарбон, бензен та ін.
Розчини мають надзвичайно велике практичне значення; в лабораторних і промислових умовах більшість хімічних реакцій проводять у розчинах. Крім того, саме в розчинах протікають хімічні реакції, що лежать в основі обміну речовин у живих організмах.

Розчини діляться на істинні (справжні) і колоїдні.
У справжніх розчинах частки розчинених речовин невидимі ні візуально ні за допомогою оптичного мікроскопа. Частинки відносно вільно пересуваються в середовищі розчинника. В якості розчинених речовин в істинних розчинах можуть міститися неелектролітів (глюкоза) у вигляді молекул і електроліти (хлорид натрію) у вигляді іонів.
Речовини з відносно великими і складними за складом молекулами (макромолекулами) здатні утворювати окремі фази і тому утворювати колоїдні розчини (дисперсні системи). У колоїдних розчинах дисперсна фаза зазвичай знаходиться у вигляді частинок. мають діаметр від 1·10-9 до 1·10-7 м. і містять від тисяч до мільярда атомів.

За механізмом утворення колоїдних частинок розрізняють:
• молекулярні колоїди, дисперсна фаза – макромолекулярні речовини, не утворюють істинних розчинів, наприклад білки, полімери;
• асоціативні або міцелярні колоїди, дисперсна фаза – агрегати, або асоціати молекул, які мимовільно утворюються в істинних розчинах після досягнення деякого значення концентрації цих фаз, наприклад мила;
• дисперсійні колоїди, дисперсна фаза – агрегати атомів або молекул, які утворюються шляхом диспергування компактних речовин або конденсацією частинок в концентрованих істинних розчинах.

В принципі всі речовини здатні переходити в колоїдний стан. З органічних речовин колоїдні розчини легко утворюють білки, а також тваринні і рослинні (камедь – клейкі виділення деяких рослин: вишня, черешня, абрикос, аравійська акація (гуміарабік), слива та ін.), А з неорганічних речовин – по різному гідратовані форми силіцій (ІІ) оксиду. У колоїдно-дисперсних системах частинки досягають досить великих розмірів і при односторонньому освітленні колоїдні розчини здаються каламутними внаслідок розсіювання частинками світла (ефект Тиндаля). Завдяки світлорозсіюванню, колоїдні частинки вдається спостерігати в ультрамікроскоп. Колоїдні розчини повністю проходять через паперовий фільтр, однак колоїдні частинки можуть бути відокремлені від розчинника за допомогою напівпроникних мембран (найпростіший приклад – пергаментний папір), які пропускають молекули і іони звичайних розмірів, але затримують колоїдні частки. Такий метод поділу називається діалізом.

Кожна колоїдно-дисперсна система може існувати в двох основних видах:
золь – рідкий колоїдний розчин;
гель – желатінообразний драглиста маса.
Поняття “колоїд” включає в себе як стан золю, так і стан гелю. У золі колоїдні частинки рухаються більш-менш вільно. У гелі колоїдні частинки пов’язані один з одним в пухку просторову сітку і переміщення окремих частинок обмежено. Структурна сітка додає гелям властивості твердих тіл; типові гелі володіють пластичністю і певною еластичністю.
Кожен золь може бути перетворений у відповідний гель. Багато гелів можуть переходити назад у стан золів; цей процес називається пептизацією. Розрізняють оборотні колоїди (золь ↔ гель) і незворотні колоїди (золь → гель).

Однією з найважливіших характеристик колоїдних розчинів є їх стійкість (або нестійкість). Під стійкістю дисперсної системи розуміють здатність її зберігати постійний розмір часток і рівномірне їх розподіл за обсягом дисперсійного середовища. Нестійкість золю проявляється у прагненні частинок до злипання з утворенням великих агрегатів частинок. Такий процес називається коагуляцією. Коагуляція закінчується перетворенням рідкого колоїдного розчину в гель або випадінням в осад дисперсної фази.
Стійкість колоїдних розчинів може бути обумовлена різними факторами. Важливу роль у забезпеченні стійкості золів грає електростатичне відштовхування між частинками з однаковим зарядом. При збільшенні зарядів в розчині шляхом додавання розчину, що містить велику кількість іонів, золь коагулює (руйнується). Коагуляцію колоїдних розчинів можна запобігти додаванням так званих захисних колоїдів, якими можуть служити деякі макромолекулярні речовини, наприклад крохмаль, желатин. З використанням захисних колоїдів можна приготувати відносно стійкі колоїдні розчини таких речовин, які самі по собі не схильні до утворення колоїдів, наприклад колоїдні розчини металів (срібла, золота та ін.).

Приготування колоїдного розчину в простому випадку здійснюється розчиненням гелю. Якщо колоїд необоротний і пептизація неможлива, то користуються колоїдними млинами (для подрібнення твердих тіл) або диспергуючими ультразвуковими установками (для подрібнення металів).
Колоїдні розчини відіграють велику роль у процесах життєдіяльності організмів. Колоїди мають важливе значення в технології. Процеси утворення і руйнування колоїдних систем, їх фізико-хімічні властивості вивчаються спеціальним розділом хімічної науки – колоїдною хімією.


Comments are closed.