Суміші речовин. Розчини
Речовин в індивідуальному стані в природі практично не існує. Вони змішані одна з одною й утворюють суміші та розчини. Сумішами є морська й газована вода, молоко й сік, граніт і сталь.
Уявлення про суміші й чисті речовини мали ще давньогрецькі вчені. Згідно із цими уявленнями, чиста речовина складається із часток одного виду, а суміші складаються з різних частинок. Отже, чиста речовина складається з однакових молекул, а суміші — з різних.
Навіть ті речовини, які називають чистими, містять сторонні частинки інших речовин —домішки.
Суміші в яких компоненти неможливо виявити спостереженням називаються однорідними.
Суміші, я яких компоненти можна виявити спостереженням називаються неоднорідними. Деякі суміші цього типу мають загальні назви. Неоднорідну суміш рідини газу називають піною. Добро струшену суміш двох рідин, які не розчиняються одна в одній називають емульсією. Якщо перемішати рідину і з нерозчинною в ній, добро подрібненою твердою речовиною отримаємо суспензією.
Туман – дисперсна система де середовище повітря, а роздроблені частинки – дрібні каплі рідини, ця система відноситься до аерозолів. У суміші всі речовини (компоненти) зберігають свої властивості.
Розчини — це однорідні (гомогенні) суміші змінної структури, що складаються з кількох компонентів та продуктів їхньої взаємодії.
Компонент розчину, що перебуває в тому ж агрегатному стані, що й розчин, називають розчинником (або дисперсійним середовищем), а інші компоненти називають розчиненими речовинами (або дисперсійною фазою). Якщо розчин складається із суміші двох рідин, то розчинником називають ту речовину, якої більше. А якщо одним із компонентів є вода, то, незалежно від її вмісту, зазвичай у таких випадках розчинником називають воду.
Розчинність — це властивість речовини розчинятися у воді або в якомусь іншому розчиннику.
За розчинністю речовини поділяють на розчинні, малорозчинні й нерозчинні. Однак слід зазначити, що абсолютно нерозчинних речовин не існує.
Розрізняють концентровані і розбавлені розчини. У розбавленому розчині міститься значно більше розчинника ніж розчиненої речовини, а в концентрованому – навпаки. Насичений розчин – це розчин у якому за певних умов порція речовини більше не розчиняється, а якщо ще можна розчинити порцію речовини – ненасичений.
Дуже часто при кристалізації деякі речовини не встигають (або їм це енергетично невигідно) позбуватися своєї оболонки з молекул води й кристалізуються разом з водою. Такі речовини називають кристалогідратами. Існування кристалогідратів є одним з доказів існування процесу сольватації.
Кристалічні речовини, до складу яких входить певне число молекул кристалізаційної води, називають кристалогідратами.
Багато кристалогідратів мають власні назви. Наприклад, п’ятиводний купрум (ІІ) сульфат CuSO4 *5H2O називають мідним купоросом, десятиводний натрій сульфат Na2SO4* 10H2O — глауберовою сіллю, семиводний ферум (ІІ) сульфат FeSO4*7H2O — залізним купоросом, двохводний кальцій сульфат CaSO4*2H2O — гіпсом тощо.
Розчинність твердих і рідких речовин з підвищенням температури збільшується, а зі зниженням — зменшується. Для газуватих речовин характерна зворотна залежність: із підвищенням температури їхня розчинність зменшується, а зі зниженням — збільшується.
На розчинність речовин також впливає й зовнішній тиск. Оскільки при розчиненні твердих і рідких речовин загальний об’єм суттєво не змінюється, то зміна тиску на розчинність таких речовин майже не впливає. А при розчиненні газів загальний об’єм змінюється істотно, унаслідок чого при підвищенні тиску розчинність газів збільшується, а при зниженні — зменшується.
Масова частка розчиненої речовини (w) — це величина, що дорівнює відношенню маси розчиненої речовини до маси розчину.
Масова частка — величина безрозмірна й зазвичай виражається у відсотках.
Усі речовини можна розділити на електроліти та неелектроліти. Електроліти — це речовини, розчини або розплави яких проводять електричний струм. Розчини й розплави неелектролітів електричний струм не проводять.
До електролітів відносять речовини з йонною будовою, а також речовини з полярним ковалентним зв’язком: більшість солей, кислот, основ та деякі оксиди. До неелектролітів відносять багато органічних сполук, зокрема цукор, спирти тощо.
Електролітична дисоціація йонних сполук є фактично процесом руйнування кристалічної ґратки,який можна описати таким рівнянням:
Утім, для спрощення електролітичну дисоціацію описують так:
Електролітична дисоціація — це процес розпаду молекул на йони (позитивно заряджені катіони й негативно заряджені аніони) при розчиненні за рахунок додаткової поляризації ковалентного полярного зв’язку під дією молекул розчинника.
При дисоціації кислот утворюються катіони Гідрогену й аніони кислотних залишків. Рівняння електролітичної дисоціації кислот має такий вигляд:
Таким чином, з погляду теорії електролітичної дисоціації Арреніуса, кислотами називають сполуки, під час дисоціації яких утворюються йони Гідрогену.
Наявність йонів Н+ у водний розчинах зумовлює спільні хімічні властивості кислоти. Наприклад, однакову дію на індикатори лакмус-червоний; метилоранж – рожевий, фенолфталеїн – безбарвний;
універсальний індикатор – помаранчево-червоний.
Слід також зазначити, що дисоціація багатоосновних кислот відбувається ступінчасто, тобто йони Гідрогену відщеплюються від молекул багатоосновних кислот по одному:
При дисоціації основ утворюються катіони металів і гідроксид-аніони. Рівняння електролітичної дисоціації основ має такий вигляд:
Наявність йонів ОН- у водний розчинах лугів зумовлює спільні хімічні властивості цих сполук.
Луги однаково діють на певні індикатори: фенолфталеїн – малиновий; фенол фталеїн – жовтий; лакмус – синій, універсальний індикатор – синьо-зелений.
Дисоціація багатокислотних основ (окрім гідроксидів Барію, Стронцію й Кальцію) також відбувається ступінчасто, тобто гідроксид-іони відщеплюються по одному:
При дисоціації солей утворюються катіони металів та аніони кислотних залишків. Рівняння електролітичної дисоціації солей має такий вигляд:
В нейтральному середовищі колір індикаторів: лакмус – фіолетовий; метилоранж – жовтогарячий, фенол фталеїн – безбарвний. Універсальний індикатор – жовто-зелений.
Окрім середніх солей, дисоціація яких описана вище, ще існують кислі та основні солі. При дисоціації кислих солей у розчинах також з’являються йони Гідрогену, а при дисоціації основних солей —гідроксид-іони. Наприклад:
Усі електроліти поділяють на сильні та слабкі. Сильні електроліти в розчинах дисоціюють повністю, а слабкі — частково, тобто частина молекул залишається в недисоційованому стані. До сильних електролітів відносять усі солі (за незначним винятком), луги (гідроксиди лужних металів, а також Барію, Стронцію й Кальцію) та деякі кислоти (HCl, HBr, HI, HNO3, H2SO4 ). Інші електроліти відносять до слабких.
Силу електролітів можна пояснити ступенем йонності зв’язку, що підлягає розриву при дисоціації.
Ступенем дисоціації α називають відношення числа молекул, що розпалися на йони (продисоційованих), до загального числа розчинених молекул.
Ступінь дисоціації також є характеристикою, за якою можна визначити, є електроліт сильним чи слабким. Так, якщо ступінь дисоціації електроліту в 0,1 М розчині більший 30 %, то його відносять до сильних електролітів, а якщо менший 3 % — до слабких. Електроліти, в яких ступінь дисоціації має проміжні значення, відносять до електролітів середньої сили.
Йонні рівняння реакцій
При складанні йонних рівнянь реакцій слід дотримуватися такого алгоритму:
1. Скласти молекулярне рівняння реакції (усі речовини — реагенти й продукти — записують у вигляді молекул) і розставити в ньому коефіцієнти:
H2SO4 + 2KOH = K2SO4 + 2H2O.
2. Скласти повне йонне рівняння реакції. Для цього замість запису молекул усіх речовин, які є сильними електролітами, слід записати йони, у вигляді яких вони існують у розчинах, з урахуванням розставлених коефіцієнтів. Так, у даному разі сильними електролітами є всі речовини, окрім води. Тому замість молекули сульфатної кислоти записуємо йони, на які вона дисоціює в розчині, тобто H+ і SO42-, замість калій гідроксиду — K + та OH-, замість калій сульфату — K + і SO42- . Вода є дуже слабким електролітом, тому її записують у молекулярній формі.
Одержуємо:
3. Скласти скорочене йонне рівняння реакції (іноді його називають йонно-молекулярним рівнянням реакції). Для цього в повному йонному рівнянні необхідно скоротити в лівій і правій частинах рівняння однакові йони. У нашому випадку однаковими є йони SO42- та K +. Одержуємо:
У разі потреби можна ще скоротити кратні коефіцієнти в рівнянні:
Згідно із теорією дисоціації, можливі два варіанти протікання реакцій обміну в розчинах:
а) утворювані речовини — сильні електроліти, добре розчинні у воді й повністю дисоціюються на йони;
б) одна (або кілька) з утворюваних речовин — газ, осад (речовина, яка погано розчиняється у воді) або слабкий електроліт (добре розчинний у воді).
У йонній формі рівняння матиме такий вигляд:
Таким чином, якщо в результаті реакції одна з речовин вилучається зі сфери реакції, то реакція обміну відбувається повністю. Це можливо, якщо одним із продуктів реакції є:
1) слабкорозчинний газ, який виділяється з розчину;
2) слабкорозчинна речовина, що випадає в осад;
3) слабкодисоційована речовина (слабкий електроліт) — слабкі кислоти, вода. У іншому разі реакція не відбувається, а утворюється суміш йонів.
Розглянемо, як виконують завдяння по складанню молекулярного рівняння, яке відповідає скороченому йонно-молекулярному.
Оскільки в лівій частині записані формули йонів, то їм відповідають сильні електроліти. Підбираємо до цих йонів протилежні за знаком йони, і в праву і в ліву частину рівняння:
З´єднаємо йони у формули відповідних сполук:
HCl + NaOH = NaCl + H2O.
| 
