§ 2. Некоторые представления о растворах

Все биологические процессы, происходящие в растительном' и животном мире, в том числе и в организме человека, проте­кают в растворах. В фармацевтической промышленности син­тез и производство основной массы лекарств также осущест­вляется в растворах. Следовательно, прогресс таких наук, как биология, почвоведение, медицина, фармацевтическая хи­мия, тесно связан с развитием учения о растворах.

Растворы настолько разнообразны по своим свойствам,, что можно указать лишь небольшое число признаков, при­сущих им всем без исключения.

Под истинным раствором следует понимать гомогенную (однородную) систему переменного состава, образованную не менее чем двумя независимыми компонентами. Свойства рас­твора должны быть одинаковы во всем объеме.

Компонентами раствора являются индивидуальные веще­ства, которые можно выделить из системы и которые могут существовать в изолированном виде. Так, в водном растворе хлорида калия компонентами являются вода и хлорид калия. Вода служит растворителем (берется обычно в избытке), а хлорид калия — растворенным веществом.

Растворы могут быть гетерогенными (неоднородными) системами, где компоненты находятся в разных фазах. Ктаким растворам относятся коллоидные.

Растворы высокомолекулярных веществ (ВМС) являются промежуточным звеном между истинными и коллоидными растворами. В одних случаях они ближе по своим свойствам к истинным растворам, в других —к коллоидным.

Состав раствора, в отличие от состава определенных хими­ческих соединений, может меняться непрерывно в довольно широких пределах. Важной характеристикой раствора явля­ется его концентрация (см. Приложение). Она отражает со­став раствора. Наиболее распространенные способы выраже­ния концентрации растворов следующие:

1. Молярная концентрация—количество молей раство­ренного вещества в единице объема. Единицы измерения: молярной концентрации: моль/м³, моль/дм³, моль/л.

2. Моляльная концентрация —количество молей веще­ства, содержащееся в 1 кг растворителя (молг/кг).

3. Молярная доля — отношение числа молей данного ком­понента раствора к общему числу молей в растворе:.

N₁ = • ^ і , (II. 1)

"і + п.₂ +

где п —число молей каждого компонента.

Сумма молярных долей всех компонентов раствора равна единице:

/V_{1 +} JV₈+ ...+#,= 1. (Н.2)

4. Массовая процентная концентрация (массовая доля) — отношение массы растворенного вещества к общей массе раствора, выраженное в процентах:

» = ~+^-^т%' ^(IL3)

где mi—масса растворенного вещества; т₂—масса раство­рителя.

5. Мэлярная концентрация эквивалента — количество ве­щества эквивалента в единице объема раствора. Единицы измерения молярной концентрации эквивалента: моль/м³, моль/дм³, моль/л.

6. Титр —масса растворенного вещества в граммах в 1 см³ раствора. Этот вид концентрации применяется в аналитиче­ской химии.

В медицинской практике в настоящее время за единицу количества вещества принят моль (миллимоль—ммоль, микромоль —мкмоль, наномоль —нмоль и т. д.). Например, уровень гемоглобина в крови, содержание калия, натрия, кальция в единицах СИ выражается в миллимолях на литр (ммоль/л), содержание железа—в микромолях на литр (мкмоль'л).

Свойства растворов в значительной степени зависят от вза­имодействия между частичками их компонентов.

Представления о процессе растворения и связанных с ним явлениях формировались на протяжении всего XIX ст. Много внимания уделял изучению водных растворов Д. И. Менде­леев. Он рассматривал растворы как жидкие гомогенные си­стемы, в которых устанавливается динамическое равновесие между разнообразными нестойкими соединениями воды с рас­творенным веществом. Все своеобразие взглядов Д. И. Менде­леева о растворах заключалось в том, что он не считал воду только индифферентной средой по отношению к растворен­ному веществу. По его представлениям, между растворителем и растворенным веществом происходит химическое взаимо­действие и образуются нестойкие соединения типа гидратов, находящиеся в состоянии равновесия. Теорию раствороЕ Д. И. Менделеева называют гидратной, или химической, тео­рией.

В 80-х годах прошлого века среди многих ученых (Я. Вант-Гофф, С. Аррениус, В. Оствальд, Ф. Рауль) господствовала

физическая теория растворов. Эти ученые рассматривали про­цесс растворения как чисто физический процесс равномерного распределения частичек растворяемого вещества в среде ин­дифферентного растворителя. Сторонники физической теории сравнивали свойства растворов со свойствами идеальных га­зов и применяли для их количественной характеристики га­зовые законы.

Последующее изучение растворов показало, что количе­ственные теории Я- Вант-Гоффа и С. Аррениуса справедливы только для очень разбавленных растворов. В более концент­рированных растворах необходимо учитывать химическое вза­имодействие компонентов. Таким образом, была подтверждена правильность идеи Д. И. Менделеева об учете химического, фактора в процессе растворения и образования растворов.

В последние десятилетия развитие теории растворов идет на основе признания роли как химических, так и физических факторов, действующих при растворении. Предпринимаются попытки создать теорию растворов любых концентраций. Но это задача довольно сложная, и к настоящему времени единой теории растворов не существует.