Часть. 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 являются
растворами. Растворами являются важнейшие физиологические жидкости — кровь, лимфа и тому подобное.
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 тому подобное.

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; У — 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 Н.
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 его содержит 0,01 моль, т. е. 0,01 ∙ 40 г = 0,4
г NaOH и тому подобное. Чтобы
приготовить, например, децимолярний раствор гидроксида натрия, нужно взвесить
4 г его, поместить в 1-литровую мерную колбу, на горлышке которой указан объем, что
точно равный 1 л (рис. 5.1, а), добавить дистиллированной воды до полного
растворения 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, так как известное число молей (количество вещества), содержащейся 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: 1 л 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.