Розчинами називаються системи, в яких молекули одного (розчиняється) речовини рівномірно розподілені між молекула-ми іншої речовини (розчинника). У разі розчинів рідин можливі два випадки. У першому випадку, коли речовини мають обмежену розчинність, розчинником вважається то з них, додаток якого до розчину можливо в необмеженій колі-честве без порушення однорідності останнього. Речовина, розчинність якого в цьому розчині обмежена, називається розчиненим. У разі речовин з необмеженою розчинністю один в одному, приміром Яких можуть бути етиловий спирт і вода, розчинником називається то з них, яке присутнє в розчині у відносно більшій кількості. При розчиненні твердих ве-вин, газів і багатьох рідин в рідинах для кожної пари розчинник - розчинена речовина існує граничне зна-ня змісту його, вище якого розчинення не відбувається. Це граничне значення називається розчинністю. Розчинність ве-вин залежить від температури. Розчинність твердих тіл і рідин дається в грамах, що насичують 100 мл розчинника, з зазначенням розчинника і температури розчинення.
Приклад. Для водного розчину NaCI запис 35,710 означає, що при 10 ° С в 100 мл води розчиняється 35,7 г цієї солі.
Якщо одне з речовин необмежено розчиняється в іншому, то це позначається символом "<»".
Щільність чистих речовин або розчинів, тобто маса речовини в одиниці об'єму, виражається в г / мл, г / см3 'г / дм3 або кг / л. Склад розчину виражають по-різному. Часто для кількісного вираження змісту речовини в розчині використовують термін "концентрація розчиненої речовини" (неправильно - "концентрація розчину"), маючи на увазі під цим відношення кількості розчиненої речовини в молях або його маси в г або мг до об'єму розчину. Практичні одиниці виміру - це моль / л, г / л, мг / л або г / мл.
Якщо маса розчиненої речовини виражена в грамах, а обсяг розчину в мілілітрах, то концентрацію розчиненої речовини називають титром.
Приклад. В 1 л розчину міститься 49,04 г 100% -ної сірчаної кислоти. Тоді титр цього розчину буде Т -49,04 г / 1000 мл - 0,04904 г / мл.
Зазвичай концентрацію позначають буквою "С" із зазначенням в скоб-ках одиниць, в яких вона виражена, наприклад, С (г / л); С (мг / дм3); С (мг / л); С (моль / л) і т. Д. Як видно. концентрація - це відношення неоднотипних величин (в даному випадку це моль або грами і літри). Ті величини, які є відношенням однотипних величин і в силу цього не мають розмірності, наприклад відношення обсягу розчиненої речовини до об'єму розчину, називаються частками. Таким чином, чисельно складу розчину можна охарактеризувати як кон-центрацией, так і часткою розчиненої речовини. Частки розчиненої речовини бувають масовими та об'ємними. Масові і об'ємні частки певного речовини при одній і тій же концентрації розчиненого речовини не збігаються.
Масова частка розчиненої речовини (Р) - це відношення маси розчиненої речовини (Мр. В) до маси розчину (Мр).
Частка розчиненої речовини виражається як у дрібних числах, так і у відсотках.
Приклад. 100 г NaCl розчинено в 1 кг води. Тоді масова частка NaCl в розчині дорівнює
РмаС! - 100 г / 100 г + 1000 г - 0,091 або у відсотках 0,091 х 100% = 9,1 мас.%; або інший запис: 9,1 мас.%.
Приклад. У 1000 р розчину міститься 100 г цукру. Масова частка цукру в цьому розчині дорівнює
Рсах - - 100 г / ЮООг - 0,1 або 10 травні. %.
Об'ємна частка розчиненої речовини (Pv) - зто відношення обсягу розчиненої речовини (Vp. B.) до об'єму розчину (Vp),
Приклад. Об'ємна частка етилового спирту в 1000 мл розчину, приготованого розведенням водою 400 мл спирту, дорівнює
Р, - 400 мл / 1000 мл - 0,4 або 40 об. %.
Необхідно відзначити, що при змішуванні етилового спирту з водою відбувається стиснення суміші, зване явищем контрактації.
В силу цього при змішуванні, наприклад, 400 мл етилового спирту і 600 мл води об'єм отриманого розчину буде менше 1000 мл.
Хіміки висловлюють концентрацію різними величинами, серед яких найбільш уживані молярна і нормальна.
Молярность. Молярна концентрація або молярність (Cm) - це відношення кількості розчиненої речовини (п), виражене в молях, до об'єму розчину, вираженого в літрах, Cm = n / Vp. Практична одиниця виміру молярної концентрації - моль / л. Якщо в одному літрі розчину міститься один моль розчиненої речовини, то такий розчин називають одномолярного і записують "IM розчин" або "одномолярний розчин", два - "2М розчин" або "двох - молярний розчин" і т. Д.
Масова концентрація С (г / л) і молярна концентрація Cm (моль / л) пов'язані співвідношенням
С (г / л) = Cm (моль / л) х М (г / моль), ще М - молярна маса.
Приклад. Є 0,1 розчин NaOH. Яка масова концентрація NaOH в цьому розчині? Оскільки для NaOH М-39,99 г / моль, то Cm - 0,1 моль / л х 39,99 моль - 3,999 г / л.
На практиці проведення робіт з розчинами, коли концентрація розчиненої речовини виражена в одиницях молярности, більш зруч-но, ніж коли концентрація виражена в масових одиницях, так як якщо формульні кількості реагуючих речовин однакові, то для проведення реакції досить взяти довільні, але однакові обсяги розчинів цих речовин з однаковою молярна. Наприклад, при проведенні реакції
НС1 + КОН = КС1 + Н2О
Необхідно і достатньо Змішати зручні для роботи 20 мл 0,1 М розчину хлороводню з 20 мл ОДМ розчину гідроксиду калію.
Нормальність. В основі цієї одиниці вираження концентрації лежить поняття про еквіваленті, сенс якого полягає в тому, що окремі хімічні елементи реагують (з'єднуються) між собою не в будь-яких кількостях, а в певних, еквівалентних. Іншими словами, хімічні елементи з'єднуються або взаємно заміняють один одного в кількостях, рівних або пропорційних їх еквівалентів. Еквівалентом хімічного елемента називається кількість речовини, виражене в молях, яке з'єднується з молем водню або заміщує ту ж кількість атомів водню в химиче-ських реакціях. Сказане означає, наприклад, що якщо в результаті взаємодії між молем водню і молем хлору утворився НС1, а в результаті взаємодії між молем НС1 і молем Na утворився NaCl
НС1 + Na = NaCl + Н, то 1 моль водню еквівалентна 1 молю хлору або 1 молю натрію, а це означає, в свою чергу, що 1,008 г водню еквівалентно 35,543 г хлору або 22,989 г натрію.
Поняття про еквівалент поширюється і на складні речовини: речовини реагують між собою також в еквівалентних кількостях. Так, в раніше наведеної реакції
НС1 + КОН = КС1 + Н20 НС1 і КОН взаємодіють в рівних кількостях (але не в рівних масах!): 1 моль НС1 повністю взаємодіють з 1 молем КОН. Тому можна вважати, що 1 моль НС1 еквівалентний (дорівнює) 1 молю КОН або 36,46 г НС1 еквівалентні 56,11 г КОН. Також, якщо в реакцію вступає, наприклад 0,1 моль НС1, або 3,646 г НС1, то з такою кількістю і масою НС1 повністю прореагує еквівалентну кількість і еквівалентна маса КОН, тобто 0,1 моль або 5,611 г КОН. У той же час в таких реакціях, як, наприклад, 2КОН + H. SO, = К, SO, + 2Н О, 2АКОН), + ЗІОС. = AL (,), + 6Н, 0, А1 (0Н) 3 + ЗНС1 = AIClj + ЗН20 однакові кількості реагуючих речовин вже не еквівалентні один одному. Зокрема, з наведених рівнянь видно, що в першій реакції 1 моль КОН еквівалентний 1/2 благаючи H2S04, другий - 1/3 благаючи А1 (ОН) з еквівалентні 1/2 благаючи H3SO4 і в третій реакції - 1/3 благаючи А1 ( ОН) 3 еквівалентні 1 молю НС1. У загальному випадку еквівалентом хімічної сполуки називається певна кількість складного речовини, яке повністю взаємодіють з одним еквівалентом водню або іншої речовини. Різниця між формульним кількістю речовини (п) і еквівалентним кількістю речовини (пек) хіміки враховують в розрахунках за допомогою коефіцієнта (f3K), званого фактором еквівалентності, п = пек х f3K і значення якого для речовин, що беруть участь в вищенаведених реакціях, як видно, складають :
F3KKOH = 1; f3KHCl = 1; f3KH2S04 = 1/2; f3KAl (OH) 3 = 1/3. Зрозуміло, що f.) KH = 1.
При приготуванні розчинів масу розчиненої речовини визначають шляхом зважування. Тому в практичній роботі поряд з еквівалентною кількістю речовини застосовують поняття про еквівалентної масі речовини (Мек). Еквівалентна маса речовин і його молярна маса (М) пов'язані співвідношенням Мек = f3K х М.
M3kH2S04 - 98,08 г / моль / 2 - 49,04 г / моль, МзісНСІ - 36,46 г / моль / 1 - 36,46 г / моль, MaicNaOH - 39,99 г / моль / 1 -39,99 г / моль.
Як видно, в основу розрахунку еквівалентної маси складного віщо-ства покладено значення його молярної маси і фактора еквівалентно-сти. Іноді замість фактора еквівалентності використовують такі вели-чини, як: валентність металу; твір валентності металу на число атомів металу, що входять до складу з'єднання; число гідроксильних груп (ОН), що входять до складу з'єднання; основ-ність кислот. Грунтуючись на цьому, еквівалентна маса буде дорівнює: оксиду або солі - їх молярніймасі, поділеній на добуток валентності металу на число атомів металу в молекулі; луги - її молярної маси, поділеній на валентність металу або число гідроксильних груп або, що те ж саме, на кислотність лугу; кислоти - її молярної маси, поділеній на основність. Одночасно нагадаємо, що кислотність лугу визначається числом гідроксильних груп (ОН), а основність кислоти - числом іонів водню (Н +), які утворюються при дисоціації. Зокрема, NaOH або КОН - однокіслотние лугу, Са (ОН) 2 - двухкіслотная луг; НС1 - одноосновная, a H2S04 - двухосновная кислоти, так як при їх дисоціації утворюються, відповідно, один і два іона водню. У той же час оцтова кислота С2Н402 також одноосьовим-ва, так як з вхідних в її склад чотирьох атомів водню здатний отщепляться у вигляді іона тільки один.
Зв'язок між масою деякої порції речовини (т), його еквівалент-тним кількістю (Пек) і еквівалентної масою (Мек) дається формулою m = Пек х Мек.
Поняття "нормальність розчину" характеризує еквівалентну концентрацію розчиненої речовини (Сек). Еквівалентна кон-центрація розчиненого речовини чисельно дорівнює відношенню еквівалентні-валентного кількості розчиненої речовини (Пек) до об'єму розчину (Vp), Сек = Пек / Vp. Практична одиниця виміру еквівалентні-валентної концентрації - моль / л. При записах нормальність обоз-початок словом "нормальний", буквами - російської Н або латинської N із зазначенням перед ними числового значення еквівалентної кон-центрації розчиненої речовини. Еквівалентна і молярна кон-центрації пов'язані співвідношенням