7.1. Способи вираження концентрації розчинів

1. Масова частка розчиненої речовини w (дубль-ве) – це відношення маси даного компонента Х, що міститься в розчині, до загальної маси розчину. Масова частка розчиненої речовини розраховується за формулою:

w(X) =  .

Одиниця вимірювання відносна. Дозволяється виражати масову частку в частках одиниці та процентах.

2. Молярна частка розчиненої речовини χ (капа) – це відно-шення кількості речовини компонента n(X) (у молях), що міститься в даній системі, до загальної кількості речовин у розчині (в молях). Молярна частка розчиненої речовини обчислюється за такою формулою:

(Х) =  .

Одиниця вимірювання відносна. Дозволяється виражати молярну частку в частках одиниці та процентах.

3. Об’ємна частка розчиненої речовини φ (фі) – це відно-шення об’єму компонента Х, що міститься в розчині, до загального об’му розчину. Об’ємна частка розчиненої речо-вини обчислюється за формулою:

(Х) =  .

Одиниця вимірювання відносна. Дозволяється виражати об’ємну частку в частках одиниці та у відсотках.

4. Молярна концентрація c (це) – це відношення кількості речовини Х (у молях), що міститься в розчині, до об’єму V цього розчину. У системі СІ основною одиницею молярної концентрації є моль/м³, а для практичного використання – моль/дм³. Молярна концентрація речовини у розчині обчислюється за такою формулою:

с(Х) =   =  .

Одиниця вимірювання − моль/дм³.

5. Молярна концентрація речовини еквівалента с(f_екв.(Х) Х) – це відношення кількості еквівалента речовини у розчині до об’єму цього розчину. Молярна концентрація речовини екві-валента обчислюється за формулою:

с(f_екв.(Х) Х) =   .

Одиниця вимірювання − моль/дм³.

6. Моляльність (b) розчиненої речовини Х у розчині – це від-ношення кількості розчиненої речовини Х (у молях) до маси розчинника (Y) (в кг). Моляльність розчиненої речовини у розчині обчислюється за такою формулою:

b(X/Y) =  .

Одиниця вимірювання − моль/кг.

7. Масова концентрація Р – це відношення маси компонента Х (кг), що міститься в розчині, до об’єму розчину. Масова концентрація речовини у розчині обчислюється за такою формулою:

P(X) = 

Одиниця вимірювання − кг/м³, кг/дм³, кг/см³.

7.2. Процес утворення розчинів

Процес розчинення є складним фізико-хімічним явищем, який не можна подати у вигляді простої фізичної моделі, – статистичним розподілом розчиненої речовини в розчиннику. Процес розчинення супроводжується тепловим ефектом, змі-ною об’єму, забарвлення:

а) КОН + Н₂О = КОН·Н₂О, (∆Н = – 54 кДж);

б) 100 см³ Н₂О + 100 см³ С₂Н₅ОН = 180 см³ спиртового розчину

в) CuSO₄ + Н₂О = CuSO₄·5 Н₂О

біла безбарвна блакитна

Усі ці факти вказують на зміну хімічної природи компонентів розчину в процесі його утворення. Проміжні сполуки, що утворюються в розчинах між молекулами розчинника і частинками розчиненої речовини, називаються сольватами. Для водних розчинів такі сполуки називаються гідратами. Деякі проміжні сполуки – гідрати – настільки міцні, що при видаленні розчиненої речовини з розчину, вони входять до складу кристалу в хімічно зв’язаному вигляді. Такі кристалічні сполуки називаються кристалогідратами. Наприклад: CuSO₄·5H₂O, Na₂SO₄·10H₂O, CaSO₂·2H₂O, CrCI₃·6H₂О тощо.

Енергетичні співвідношення при утворенні розчинів з врахуванням хімічної взаємодії можна розглянути із застосу-ванням закону Гесса на прикладі реакції типу:

АВ = 2aq = А · aq + В · aq , (∆Н_{розчин.}).

Стадії:

1) атомізація сполуки АВ з поглинанням енергії атомізації (ендотермічний процес), або ж розрив міжмолекулярних зв’язків, якщо відбувається розчинення молекулярного криста-лу; або ж поглинання “енергії йонізації”, якщо відбувається розчинення електроліту з утворенням вільних йонів):

АВ = А + В (+U);

2) гідратація А з утворенням аквакомплексу з виділенням енергії гідратації ∆Н_Агідр. (екзотермічний процес):

А + aq = А · aq ( – ∆Н  0_Агідр.);

3) гідратація В з утворенням аквакомплексу з виділенням енергії гідратації ∆Н_Вгідр. (екзотермічний процес):

В + aq = В · aq ( – ∆Н_Вгідр.).

Сумуючи теплові ефекти всіх трьох рівнянь отримаємо:

∆Н_розч. = U – (∆Н_Агідр. + ∆Н_Вгідр.).

Знак теплового ефекту при розчиненні визначається співвідношенням суми енергій гідратації та енергії атомізації (руйнування кристалічної гратки) і може бути більшим, меншим і рівним нулю.

Розчин, в якому за даних умов неможливе дальше розчинення речовини, називається насиченим. Насичений розчин – це такий, в якому встановилася динамічна рівновага між розчином і розчиненою речовиною. Концентрація наси-ченого розчину визначає розчинність речовини при даній температурі. Розчини з меншою концентрацією називаються ненасиченими.