Le soluzioni, così come il processo della loro formazione, sono di grande importanza nel mondo che ci circonda. L'acqua e l'aria sono due dei loro rappresentanti, senza i quali la vita sulla Terra è impossibile. Anche la maggior parte dei fluidi biologici nelle piante e negli animali sono soluzioni. Il processo di digestione è indissolubilmente legato alla dissoluzione dei nutrienti.
Qualsiasi produzione è associata all'uso di determinati tipi di soluzioni. Sono utilizzati nei settori tessile, alimentare, farmaceutico, metalmeccanico, minerario, della plastica e delle fibre. Ecco perché è importante capire cosa sono, conoscerne le proprietà e le caratteristiche distintive.
Segni di vere soluzioni
Le soluzioni sono intese come sistemi omogenei multicomponenti formati durante la distribuzione di un componente nell' altro. Sono anche detti sistemi dispersi, che, a seconda della dimensione delle particelle che li formano, si dividono in sistemi colloidali, sospensioni e soluzioni vere.
In quest'ultimo, i componenti sono in uno stato di separazione in molecole, atomi o ioni. Tali sistemi molecolari dispersi sono caratterizzati dalle seguenti caratteristiche:
- affinità (interazione);
- spontaneità dell'istruzione;
- costanza di concentrazione;
- omogeneità;
- sostenibilità.
In altre parole, possono formarsi se c'è un'interazione tra i componenti, che porta alla separazione spontanea della sostanza in minuscole particelle senza sforzi esterni. Le soluzioni risultanti dovrebbero essere monofase, cioè non dovrebbe esserci alcuna interfaccia tra le parti costituenti. L'ultimo segno è il più importante, poiché il processo di dissoluzione può procedere spontaneamente solo se è energeticamente favorevole al sistema. In questo caso, l'energia libera diminuisce e il sistema diventa equilibrio. Tenendo conto di tutte queste caratteristiche, possiamo formulare la seguente definizione:
Una vera soluzione è un sistema di equilibrio stabile di particelle interagenti di due o più sostanze, la cui dimensione non supera 10-7cm, cioè sono commisurate con atomi, molecole e ioni.
Una delle sostanze è un solvente (di norma, questo è il componente la cui concentrazione è maggiore), e il resto sono soluti. Se le sostanze originarie si trovavano in diversi stati di aggregazione, il solvente è considerato quello che non lo ha modificato.
Tipi di soluzioni reali
Secondo lo stato di aggregazione, le soluzioni sono liquide, gassose e solide. I sistemi liquidi sono i più comuni e sono anche suddivisi in diversi tipi a seconda dello stato iniziale.soluto:
- solido in liquido, come zucchero o sale nell'acqua;
- liquido in liquido, come acido solforico o cloridrico in acqua;
- da gassoso a liquido, come ossigeno o anidride carbonica nell'acqua.
Tuttavia, non solo l'acqua può essere un solvente. E per la natura del solvente, tutte le soluzioni liquide sono divise in acquose, se le sostanze sono disciolte in acqua, e non acquose, se le sostanze sono disciolte in etere, etanolo, benzene, ecc.
Secondo la conducibilità elettrica, le soluzioni sono suddivise in elettroliti e non elettroliti. Gli elettroliti sono composti con un legame cristallino prevalentemente ionico, che, quando dissociati in soluzione, formano ioni. Una volta disciolti, i non elettroliti si scompongono in atomi o molecole.
Nelle soluzioni vere, si verificano simultaneamente due processi opposti: la dissoluzione di una sostanza e la sua cristallizzazione. A seconda della posizione di equilibrio nel sistema "soluto-soluzione", si distinguono i seguenti tipi di soluzioni:
- saturato, quando la velocità di dissoluzione di una certa sostanza è uguale alla velocità della sua stessa cristallizzazione, cioè la soluzione è in equilibrio con il solvente;
- insaturi se contengono meno soluto che saturato alla stessa temperatura;
- supersaturi, che contengono un eccesso di un soluto rispetto a uno saturo, e un suo cristallo è sufficiente per iniziare la cristallizzazione attiva.
Come quantitativocaratteristiche, che riflettono il contenuto di un particolare componente nelle soluzioni, usano la concentrazione. Le soluzioni a basso contenuto di un soluto sono dette diluite e ad alto contenuto - concentrate.
Modi per esprimere la concentrazione
Frazione di massa (ω) - la massa della sostanza (mv-va), riferita alla massa della soluzione (mp-ra). In questo caso, la massa della soluzione è assunta come somma delle masse della sostanza e del solvente (mp-la).
Frazione molare (N) - il numero di moli di un soluto (Nv-va) diviso per il numero totale di moli di sostanze che formano una soluzione (ΣN).
Molalità (Cm) - il numero di moli di un soluto (Nv-va) diviso per la massa del solvente (m r-la).
Concentrazione molare (Cm) - la massa del soluto (mv-va) riferita al volume dell'intera soluzione (V).
Normalità, o concentrazione equivalente, (Cn) - il numero di equivalenti (E) del soluto, riferito al volume della soluzione.
Titolo (T) - la massa di una sostanza (m in-va) disciolta in un dato volume di soluzione.
Frazione di volume (ϕ) di una sostanza gassosa - il volume della sostanza (Vv-va) diviso per il volume della soluzione (V p-ra).
Proprietà delle soluzioni
Considerando questo problema, molto spesso parlano di soluzioni diluite di non elettroliti. Ciò è dovuto, in primo luogo, al fatto che il grado di interazione tra le particelle le avvicina ai gas ideali. E in secondo luogo,le loro proprietà sono dovute all'interconnessione di tutte le particelle e sono proporzionali al contenuto dei componenti. Tali proprietà delle soluzioni vere sono dette colligative. La tensione di vapore del solvente sulla soluzione è descritta dalla legge di Raoult, che afferma che la diminuzione della pressione di vapore saturo del solvente ΔР sulla soluzione è direttamente proporzionale alla frazione molare del soluto (Tv- va) e la pressione del vapore sul solvente puro (R0r-la):
ΔР=Рor-la∙ Tv-va
L'aumento del punto di ebollizione ΔТк e del punto di congelamento ΔТз delle soluzioni è direttamente proporzionale alle concentrazioni molari delle sostanze disciolte in esse Сm:
ΔTk=E ∙ Cm, dove E è la costante ebullioscopica;
ΔTz=K ∙ Cm, dove K è la costante crioscopica.
La pressione osmotica π è calcolata dall'equazione:
π=R∙MI∙Xv-va / Vr-la, dove Xv-va è la frazione molare del soluto, Vr-la è il volume del solvente.
L'importanza delle soluzioni nella vita quotidiana di qualsiasi persona è difficile da sopravvalutare. L'acqua naturale contiene gas disciolti - CO2 e O2, vari sali - NaCl, CaSO4, MgCO3, KCl, ecc. Ma senza queste impurità in il corpo potrebbe interrompere il metabolismo del sale marino e il lavoro del sistema cardiovascolare. Un altro esempio di soluzioni vere è una lega di metalli. Può essere ottone o oro per gioielli, ma, soprattutto, dopo la miscelazionecomponenti fusi e raffreddamento della soluzione risultante, si forma una fase solida. Le leghe metalliche sono usate ovunque, dalle posate all'elettronica.
