Растворы
РАСТВОРЫ, гомогенные
системы, состоящие из двух или более компонентов, состав к-рых в определенных
пределах может непрерывно изменяться. От мех. смесей Р. отличаются своей однородностью
и возрастанием энтропии системы при смешении компонентов. По агрегатному состоянию
различают Р. газовые (газовые смеси), жидкие и твердые. Обычно, если особо не
оговаривается, термин "Р." относят к жидким системам; см. также
Твердые растворы.
Относит. содержание компонента в Р. характеризуется его концентрацией. При этом преобладающий компонент обычно называют растворителем, остальные компоненты-растворенными веществами; такое деление, однако, является условным. При определенных т-ре и давлении растворение одного компонента в другом происходит в нек-рых пределах изменения концентрации, т.е. смешение является ограниченным. Равновесный Р., в к-ром при ограниченной р-римости компонентов и заданных внеш. условиях концентрация одного из компонентов максимальна, наз. насыщенным, а его концентрация наз. растворимостью компонента. Зависимость р-римости от т-ры и давления обычно изображают графически в виде диаграмм р-римости (см. Диаграмма состояния, Растворимость). При концентрациях растворенного в-ва, меньших его р-римости, Р. наз. ненасыщенным. Р., переохлажденный таким образом, что концентрация растворенного в-ва превышает его р-римость, наз. пересыщенным. Пересыщенные Р. мета-стабильны, при внесении затравки или перемешивании возможно самопроизвольное выделение избытка пересыщающего компонента, что ведет к образованию новой жидкой или твердой фазы (см. Зарождение новой фазы).
По наличию или отсутствию
электролитической диссоциации молекул растворенных в-в различают два
осн. класса Р.: растворы электролитов и растворы неэлектролитов. В
особый класс выделяют также Р. высокомол. соединений, св-ва к-рых существенно
отличаются от св-в Р. низкомол. в-в из-за больших различий в размерах молекул
растворенного в-ва и р-рителя (см. Растворы полимеров). Классификация
Р. может быть основана также и на др. признаках. Так, в зависимости от концентрации
растворенного в-ва различают Р. концентрированные и разбавленные; в зависимости
от природы р-рителя выделяют водные и неводные Р.; в зависимости от концентрации
ионов Н+ и ОН- - кислые, нейтральные и щелочные (основные).
Термодинамич. св-ва Р.
определяются взаимод. между молекулами компонентов и характеризуют Р. в целом.
Доля, вносимая данным компонентом в то или иное св-во Р., определяется парциальной
молярной величиной компонента. Особое значение имеет парциальная молярная
энергия Гиббса - химический потенциал компонента, к-рый позволяет выражать
условия фазового и хим. равновесий в Р. Важнейшее св-во Р.-зависимость хим.
потенциалов компонентов от состава.
Межмол. взаимод. и тепловое
движение приводят к образованию флуктуации концентрации - короткоживущих группировок
молекул, обусловливающих отклонение локального микроскопич. состава Р. от макроскопического.
Если компоненты близки по хим. строению, размерам и характеру взаимод., структура
Р. принципиально не отличается от строения чистых жидкостей. При наличии
специфич. взаимод. (хим. превращений, водородных связей и т. п.) растворенные
в-ва могут образовывать устойчивые комплексы с р-рителем как постоянного, так
и переменного состава (см. Сольватация). В ряде Р. взаимод. молекул растворенного
в-ва с молекулами р-рителя сопровождается противоположным процессом - диссоциацией
молекул растворенного в-ва.
При малых концентрациях
растворенных в-в в Р. сохраняется структура, характерная для чистого р-рителя,
с увеличением концентрации структура Р. изменяется. Напр., у водных Р. электролитов
ионы больших размеров (в сравнении с молекулой воды) разрушают структуру р-рителя,
а ионы меньших размеров ее упорядочивают. Установление связи св-в Р. с характером
межмол. взаимод. или макро-скопич. св-вами чистых компонентов составляет проблему
теории Р.
Р. широко распространены
в природе и играют важную роль во мн. отраслях пром-сти и техники. Химически
чистые в-ва представляют собой лишь предельное состояние, к-рое в действительности
не достигается; даже чистейшие металлы, получаемые методами вакуумной или зонной
плавки, содержат ничтожные кол-ва примесей (10-6 %) и по существу
являются твердыми Р. Образование Р. существенно изменяет условия протекания
хим. р-ций между компонентами (см. Реакции в растворах); мн. процессы
происходят исключительно в Р. Изучение физ.-хим. св-в Р. тесно связано с проблемами
разделения прир. и пром. смесей, получения чистых в-в методами ректификации,
экстракции, кристаллизации, абсорбции и др. Водные Р. солей, к-т и оснований
широко используют в гидрометаллургии при извлечении цветных металлов
из руд. Исключительна роль водных Р. во всех биол. процессах. Использование
неводных Р. связано с применением полимеров, красителей, лаков, приготовлением
жидкостей с заданными физ. св-вами (вязкостью, диэлектрич. проницаемостью и
др.).
Лит. см. при статьях
Растворы неэлектролитов, Растворы полимеров, Растворы электролитов. М. Ф.
Головко.