1. Основні поняття про розчини

У лабораторії найчастіше доводиться готувати розчини твердих речовин, тому зупинимося більш детально саме на них.

Якщо взяти однакові обсяги води і спробувати розчиняти в них різні солі, наприклад барій сульфат, галун і кальцій хлорид, то відразу стане помітним, що барій сульфат зовсім не переходить у розчин^*, галун розчиняється краще, а кальцій хлорид - дуже добре. Крім того, можна помітити, що після додавання до води певної кількості солі вона вже більше не розчиняється, скільки б її не перемішували.

Таким чином, кількість твердої речовини, яку можна розчинити в даній кількості води, має межу, що залежить від властивостей взятих речовин і від тих умов, в яких відбувається розчинення. Коли ця межа досягнута, виходить насичений розчин. Концентрація насиченого розчину називається розчинністю.

Отже, насичення розчину будь-якою речовиною залежить від її розчинності в даному розчиннику за даних умов. Таким чином, зовсім не обов'язково, щоб концентрація насиченого розчину була високою. Наприклад, розчинність кальцій сульфату (CaSO₄) становить при кімнатній температурі 0,77 г/л. При такому вмісті солі розчин буде вже насиченим.

У багатьох випадках розчинність твердої речовини можна підвищити, якщо розчин нагрівати. Однак деякі солі не підкоряються цьому правилу. Розчинність їх або знижується з підвищенням температури або підвищується тільки до певної температури, вище якої розчинність зменшується. Якщо розчиняти натрій карбонат, то кількість його (перелічена на безводну сіль, тобто на Na₂CO₃), що припадає на 100 г води в насичених розчинах при різних температурах, буде така:

Отже, найбільша кількість безводного натрій карбонату можна розчинити тільки при 35,2 °С.

Якщо ж взяти літій карбонат, то у нього розчинність з підвищенням температури знижується. Наприклад, при 100 °С він майже в два рази менш розчинний, ніж при 20 °С. Залежність розчинності від температури узгоджується із принципом Ле Шательє. Якщо розчинна речовина при розчиненні поглинає тепло, що буває в більшості випадків, то розчинність збільшується з підвищенням температури. Якщо ж розчинення супроводжується виділенням тепла, то розчинність при підведенні тепла зменшується.

Кожній температурі відповідає певна розчинність даної речовини. Якщо охолодити насичений розчин речовини, розчинність якого з температурою підвищується, то розчинена речовина випадає в осад у такій кількості, що розчин залишається насиченим при тій температурі, до якої він охолоджений. Проте в деяких випадках при повільному охолодженні розчинена речовина не виділяється. Тоді кажуть, що розчин пересичений. Але це дуже нестійкий стан розчину; достатньо якомусь кристалику або порошинці потрапити в розчин, щоб надлишок солі випав в осад.

Густина розчину відрізняється від густини розчинника. Розчин кипить при більш високій температурі^**, ніж розчинник. Температура замерзання розчину, навпаки, нижча, ніж у розчинника.

Швидкість розчинення твердої речовини залежить від розміру його частинок.Чим більше шматки, тим повільніше йде розчинення; навпаки, чим дрібніше окремі частки твердої речовини, тим швидше переходить вона в розчин. Тому перед розчиненням твердої речовини її завжди слід подрібнити в ступці і відважувати для розчинення тільки подрібнену речовину. Сказане не стосується гігроскопічних речовин, оскільки останні в подрібненому стані дуже легко поглинають вологу з повітря внаслідок великого збільшення поверхні. Тому гігроскопічні речовини розчиняють, не подрібнюючи, хіба тільки швидко розбивши великі шматки.

Розчинення тонко подрібненої речовини значно легше, але при цьому виникають свої труднощі. Справа в тому, що деякі порошки при висипанні їх у воду або під час приливання до них води спочатку не змочуються і плавають на поверхні води, утворюючи тонку плівку. У подібних випадках порошок спочатку обливають невеликою кількістю чистого спирту (метилового або етилового), а вже потім доливають воду або висипають у неї порошок. Явище спливання порошку при цьому не спостерігається. Зрозуміло, що застосовувати спирт можна лише в тому випадку, якщо він не чинить хімічної дії на речовину або на її розчин. Спирту слід брати дуже небагато, лише щоб він змочив порошок.

Іноді при розчиненні твердих речовин, наприклад кристалічних, їх поміщають в колбу. При неправильному введенні таких речовин (особливо великих шматків або кристалів) трапляється, що колба розбивається. Щоб не розбити колбу, діють так: нахиляють її під кутом не більше 45 ° (краще менше) і опускають тверду речовину, щоб вона скочувалась по шийці і стінці сфери колби. Зручніше спочатку налити в колбу частину розрахованої кількості розчинника, наприклад води, а потім вводити тверду речовину, як описано вище, іноді струшуючи колбу. Частину розчинника вводять після того, як буде пересипано всю кількість твердої речовини, призначеної для розчинення.

Великі труднощі зустрічаються при розчиненні смолистих речовин, так як їх подрібнити в порошок не можна. Такі речовини корисно розрізати (якщо це можливо) на невеликі шматки і поступово вводити в розчинник.

Слід зупинитися на розчинності газів. Майже всі газоподібні речовини здатні в тій чи іншій мірі розчинятися у воді або органічних розчинниках. Деякі з них, наприклад NH₃, HCl, жадібно поглинаються водою. Інші ж гази (кисень, водень та ін.) мають меншу або незначну розчинність у воді, причому вона залежить від температури води і зовнішнього тиску. Чим вище парціальний тиск газу, тим більше він розчиняється у воді, і чим вище температура води, тим менше розчинність газів. Тому воду для видалення розчинених у ній газів кип'ятять.

Розглянемо тепер коротко питання про взаємне розчинення рідин. При цьому розрізняють три випадки:

1. Рідини практично не розчиняються одна в одній, наприклад вода і мастило; при змішуванні їх вони завжди відокремлюються одна від одної.
2. Рідини розчиняються одна в одній тільки в певних співвідношеннях. Наприклад, якщо змішати воду і медичний ефір, то після збовтування і відстоювання розчин розділиться на два шари. Верхній шар являє розчин води в ефірі, нижній - розчин ефіру у воді, причому при певній температурі концентрації обох насичених розчинів завжди мають певні значення. Так, при 20 °C в 100 об'ємах води розчиняється 8,11 об'єма ефіру, а в 100 об'ємах ефіру розчиняється 2,93 об'єма води.
3. Рідини розчиняються одна в одній в необмеженій кількості. Наприклад, вода і спирт розчиняються один в одному в будь-якій кількості. Так само поводяться багато кислот і вода.

При розчиненні рідин, як і при розчиненні твердих тіл, спостерігається або виділення тепла, або його поглинання. Це явище використовують при виготовленні охолоджуючих сумішей або для хімічного нагрівання.

Потрібно також відзначити, що іноді при змішуванні рідин відбувається зменшення об'єму; якщо, наприклад, взяти 50 об'ємів води і 50 об'ємів спирту, то вийде не 100 об'ємів суміші, а тільки 96,3 (так зване явище контракції).

За властивостями речовини можна розділити на два класи: ті що не набухають при розчиненні і ті що набухають.

До першого класу належать переважно речовини, що мають кристалічну будову, а до другого - високомолекулярні речовини, головним чином органічні. При розчиненні останніх в органічних розчинниках першою стадією процесу завжди буде набухання.

^* Точне дослідження показує, що барій сульфат розчиняється у воді, але в малій мірі.
^** Якщо насичена пара над розчином не містить іншої речовини, крім розчинника.

Розділи:

1. Основні поняття про розчини
   1. Класифікація розчинів
   2. Концентрація розчинів