Растворы

Раствором называют однородную (гомогенную) смесь растворенного вещества, растворителя и продуктов их взаимодействия. Молекулы растворенного вещества в растворе равномерно распределены между молекулами растворителя.

Растворы могут быть водными и неводными. В аналитической химии чаще всего приходится иметь дело с водными растворами различных веществ. Водные растворы кислот, солей и щелочей способны проводить электрический ток, поэтому эти вещества называются электролитами. Водные растворы некоторых органических веществ, например сахара, спиртов, глицерина, не проводят электрический ток; такие вещества называются неэлектролитами.

Концентрацией растворов называют содержание (массу, объем, количество) растворенного вещества в единице массы (объема, количества) растворителя или раствора. Концентрацию растворов чаще всего выражают в процентах - массовых, объемных или мольных, в граммах в литре раствора или в 100 мл растворителя, а также в молях в литре (молярность) или в эквивалентах в литре (нормальность). Существуют и другие способы выражения концентрации растворов.

Растворы, в которых при данных условиях не может происходить дальнейшее растворение вещества, называются насыщенными. Концентрация, соответствующая насыщенному раствору, называется растворимостью данного вещества. Растворимость выражают в тех же единицах, что и концентрацию. Например, растворимость хлорида калия при 20 °С составляет 34,0 г/100 мл H2O. Это означает, что в 100 мл воды при 20 °С может раствориться не более 34,0 г KCl. Растворимость большинства веществ увеличивается с повышением температуры.

Растворы, концентрация которых выражена в процентах (по массе). Концентрация раствора, выраженная в процентах, указывает на содержание растворенного вещества в 100 г раствора (но не в 100 мл раствора). Зная концентрацию, можно вычислить навеску растворяемого вещества, необходимую для приготовления нужного количества раствора.

При приготовлении растворов сухие вещества взвешивают на весах, а воду отмеривают мерным цилиндром (поскольку плотность воды равна единице). После проведения необходимых вычислений отвешенное вещество помещают в колбу или стакан и, прилив часть отмеренной воды, взбалтывают или размешивают стеклянной палочкой до полного растворения вещества, затем добавляют остальную воду и хорошо перемешивают. Для ускорения растворения вещество рекомендуется предварительно измельчать в фарфоровой ступке. Измельчение проводят до взвешивания, потому что часть вещества во время измельчения может потеряться.

Поскольку растворимость многих веществ увеличивается с повышением температуры, для ускорения процессов растворения иногда прибегают к подогреванию на газовой горелке или электроплитке (на асбестовой сетке), непрерывно размешивая, так как иначе осевшее на дно нерастворенное вещество вызовет местный перегрев и может произойти выброс смеси из сосуда или растрескивание сосуда. Если растворяемое вещество разлагается при нагревании, то повышение температуры при его растворении недопустимо.

Молярные растворы. Молярным называется раствор, содержащий в 1 л раствора 1 моль растворенного вещества. Молярность обозначается буквой М. Молярные растворы приготовляют в мерных колбах. Для приготовления 1 М раствора данного вещества вычисляют молекулярную массу (как сумму атомных масс входящих в него элементов) или находят ее по справочным таблицам. Берут точную навеску, равную в граммах молекулярной массе вещества. Взвешивание производят в чистом и сухом бюксе или на часовом стекле. Затем навеску небольшими порциями пересыпают через воронку с укороченной трубкой в чистую мерную колбу вместимостью 1 л. Чтобы вещество не забивало трубку воронки, до взвешивания его измельчают в ступке. Затем несколько раз тщательно промывают бюкс струей воды из промывалки, чтобы все содержимое бюкса попало в воронку, вставленную в горло колбы, после чего воронку также тщательно промывают.

Путем перемешивания полностью растворяют вещество, находящееся в колбе (объем воды и соли не должен превышать половины вместимости колбы), и доводят водой раствор в колбе до метки.

Последние капли воды добавляют из пипетки с резиновой грушей, прислонив ее кончик к стенке горла колбы и наблюдая за тем, чтобы нижний край мениска касался линии метки. Колба при этом должна стоять на столе, ее нельзя держать в руках, во избежание некоторого нагрева раствора. Глаз наблюдателя должен находиться на уровне метки, чтобы при наблюдении сбоку противоположные линии кольцевой метки сливались в одну черту. Наблюдение следует вести на фоне белого экрана (листа бумаги). После наполнения колбы водой до метки раствор хорошо перемешивают.

Нормальные растворы. Нормальным называется раствор, в 1 л которого содержится 1 моль эквивалентов растворенного вещества. Нормальность обозначается буквой «н.» (в тексте) или N (в формулах).

Эквивалент кислоты численно равен ее молекулярной массе, деленной на основность. Эквивалент основания равен его молекулярной массе, деленной на число гидроксильных групп. Эквивалент соли равен ее молекулярной массе, деленной на число атомов металла, входящего в состав соли, и на валентность этого металла. В окислительно-восстановительных реакциях эквивалент вещества находят делением молекулярной массы вещества на число отдаваемых или принимаемых электронов в данной реакции.

Нормальные растворы готовят так же, как молярные растворы, разница состоит лишь в том, что растворяемого вещества берут, например, не 1 моль, а 1 эквивалент.