Глава 11. Резюме (Summary)

11.1 Процесс растворения

Раствор образуется, когда два или более веществ физически объединяются и дают смесь, гомогенную на молекулярном уровне. Растворитель — это наиболее концентрированный компонент; он определяет агрегатное состояние раствора. Растворённые вещества — остальные компоненты, концентрация которых, как правило, меньше концентрации растворителя.

Образование раствора может сопровождаться как поглощением, так и выделением теплоты в зависимости от соотношения сил межмолекулярного притяжения между частицами растворённого вещества и растворителя. Идеальные растворы образуются практически без изменения энергии системы.

11.2 Электролиты

Вещества, которые при растворении в воде дают ионы, называются электролитами. Электролитами могут быть ковалентные соединения, химически реагирующие с водой с образованием ионов (например, кислоты и основания), либо ионные соединения, которые при растворении диссоциируют на свои катионы и анионы. Растворение ионного соединения облегчается ион-дипольным притяжением между ионами вещества и полярными молекулами воды.

Растворимые ионные соединения и сильные кислоты ионизуются полностью и являются сильными электролитами, тогда как слабые кислоты и основания ионизуются лишь в малой степени и относятся к слабым электролитам. Неэлектролиты — это вещества, которые при растворении в воде ионов не образуют.

11.3 Растворимость

Степень, в которой одно вещество растворяется в другом, определяется рядом факторов, в первую очередь природой и относительной силой межмолекулярного притяжения, возникающего между атомами, ионами или молекулами веществ. Эта способность к растворению количественно характеризуется растворимостью — максимальной концентрацией вещества в растворе, находящемся в равновесии при заданных условиях. Насыщенный раствор содержит растворённое вещество в концентрации, равной его растворимости. Пересыщенный раствор — это раствор, в котором концентрация растворённого вещества превышает растворимость; это неравновесное (неустойчивое) состояние, при подходящем возмущении приводящее к выпадению растворённого вещества в осадок.

Жидкости, смешивающиеся неограниченно, растворимы друг в друге во всех пропорциях; несмешивающиеся жидкости обладают очень малой взаимной растворимостью. Растворимость газообразных растворённых веществ с ростом температуры уменьшается, тогда как для большинства (но не для всех) твёрдых растворённых веществ растворимость с температурой возрастает. Концентрация газообразного растворённого вещества в растворе пропорциональна парциальному давлению этого газа над раствором — соотношение, известное как закон Генри.

11.4 Коллигативные свойства

Свойства раствора, зависящие только от концентрации частиц растворённого вещества, называются коллигативными. К ним относятся изменения давления насыщенного пара, температуры кипения и температуры замерзания растворителя в растворе. Величины этих эффектов определяются исключительно суммарной концентрацией частиц растворённого вещества и не зависят от их природы.

Суммарной концентрацией частиц определяется и осмотическое давление раствора — давление, которое необходимо приложить к раствору, чтобы предотвратить диффузию молекул чистого растворителя через полупроницаемую мембрану в раствор. Ионные соединения могут диссоциировать в растворе не полностью из-за эффектов активности; в этом случае наблюдаемые коллигативные эффекты оказываются меньше предсказанных.

11.5 Коллоиды

Коллоиды — это смеси, в которых одно или несколько веществ диспергированы в виде сравнительно крупных твёрдых частиц или капель жидкости в твёрдой, жидкой или газообразной среде. Частицы коллоида остаются распределёнными по объёму и не оседают под действием силы тяжести; они часто несут электрический заряд. Коллоиды широко распространены в природе и используются во множестве технических приложений.