Løsninger såvel som processen med deres dannelse er af stor betydning i verden omkring os. Vand og luft er to af deres repræsentanter, uden hvilke liv på Jorden er umuligt. De fleste biologiske væsker i planter og dyr er også løsninger. Fordøjelsesprocessen er uløseligt forbundet med opløsningen af næringsstoffer.
Enhver produktion er forbundet med brugen af visse typer løsninger. De bruges i tekstil-, fødevare-, medicinal-, metalbearbejdnings-, minedrifts-, plast- og fiberindustrien. Derfor er det vigtigt at forstå, hvad de er, at kende deres egenskaber og kendetegn.
Tegn på ægte løsninger
Løsninger forstås som multikomponent homogene systemer dannet under fordelingen af en komponent i en anden. De kaldes også dispergerede systemer, som afhængigt af størrelsen af de partikler, der danner dem, opdeles i kolloide systemer, suspensioner og ægte opløsninger.
I sidstnævnte er komponenterne i en tilstand af adskillelse i molekyler, atomer eller ioner. Sådanne molekylært-dispergerede systemer er karakteriseret ved følgende egenskaber:
- affinitet (interaktion);
- spontanitet i uddannelse;
- konstant koncentration;
- homogenitet;
- bæredygtighed.
Med andre ord kan de dannes, hvis der er en vekselvirkning mellem komponenterne, hvilket fører til spontan adskillelse af stoffet i bittesmå partikler uden ydre anstrengelser. De resulterende løsninger skal være enfasede, det vil sige, at der ikke bør være nogen grænseflade mellem de bestanddele. Det sidste tegn er det vigtigste, da opløsningsprocessen kun kan forløbe spontant, hvis den er energetisk gunstig for systemet. I dette tilfælde falder den frie energi, og systemet bliver ligevægt. Under hensyntagen til alle disse funktioner kan vi formulere følgende definition:
En sand løsning er et stabilt ligevægtssystem af vekselvirkende partikler af to eller flere stoffer, hvis størrelse ikke overstiger 10-7cm, det vil sige, at de er tilsvarende med atomer, molekyler og ioner.
Et af stofferne er et opløsningsmiddel (som regel er dette den komponent, hvis koncentration er højere), og resten er opløste stoffer. Hvis de oprindelige stoffer var i forskellige aggregeringstilstande, så tages opløsningsmidlet som det, der ikke ændrede det.
Typer af ægte løsninger
I henhold til aggregeringstilstanden er opløsninger flydende, gasformige og faste. Væskesystemer er de mest almindelige, og de er også opdelt i flere typer afhængigt af udgangstilstanden.opløst stof:
- fast i væske, som sukker eller s alt i vand;
- væske i væske, såsom svovlsyre eller s altsyre i vand;
- gasformig til væske, som ilt eller kuldioxid i vand.
Men ikke kun vand kan være et opløsningsmiddel. Og efter opløsningsmidlets natur opdeles alle flydende opløsninger i vandige, hvis stofferne er opløst i vand, og ikke-vandige, hvis stofferne er opløst i æter, ethanol, benzen osv.
Ifølge elektrisk ledningsevne opdeles opløsninger i elektrolytter og ikke-elektrolytter. Elektrolytter er forbindelser med en overvejende ionisk krystallinsk binding, som, når de dissocieres i opløsning, danner ioner. Når de er opløst, nedbrydes ikke-elektrolytter til atomer eller molekyler.
I sande løsninger forekommer to modsatte processer samtidigt - opløsningen af et stof og dets krystallisering. Afhængig af ligevægtspositionen i "solute-solution"-systemet skelnes der mellem følgende typer af løsninger:
- mættet, når opløsningshastigheden af et bestemt stof er lig med hastigheden af dets egen krystallisation, dvs. opløsningen er i ligevægt med opløsningsmidlet;
- umættede, hvis de indeholder mindre opløst stof end mættet ved samme temperatur;
- overmættet, som indeholder et overskud af et opløst stof sammenlignet med et mættet, og én krystal af det er nok til at starte aktiv krystallisation.
Som en kvantitativegenskaber, der afspejler indholdet af en bestemt komponent i opløsninger, bruge koncentrationen. Opløsninger med et lavt indhold af et opløst stof kaldes fortyndet, og med et højt indhold - koncentreret.
Måder til at udtrykke koncentration
Massefraktion (ω) - massen af stoffet (mv-va), refereret til massen af opløsningen (mp-ra). I dette tilfælde tages opløsningens masse som summen af massen af stoffet og opløsningsmidlet (mp-la).
Molfraktion (N) - antallet af mol af et opløst stof (Nv-va) divideret med det samlede antal mol af stoffer, der danner en opløsning (ΣN).
Molalitet (Cm) - antallet af mol af et opløst stof (Nv-va) divideret med massen af opløsningsmidlet (m r-la).
Molar koncentration (Cm) - massen af det opløste stof (mv-va) refererede til volumenet af hele opløsningen (V).
Normalitet, eller ækvivalent koncentration, (Cn) - antallet af ækvivalenter (E) af det opløste stof, refereret til opløsningens rumfang.
Titer (T) - massen af et stof (m in-va) opløst i et givet volumen opløsning.
Volumenfraktion (ϕ) af et gasformigt stof - volumenet af stoffet (Vv-va) divideret med opløsningens rumfang (V p-ra).
Løsningers egenskaber
I betragtning af dette problem taler de oftest om fortyndede opløsninger af ikke-elektrolytter. Dette skyldes for det første, at graden af interaktion mellem partikler bringer dem tættere på ideelle gasser. Og for det andetderes egenskaber skyldes sammenkoblingen af alle partikler og er proportionale med indholdet af komponenterne. Sådanne egenskaber ved sande løsninger kaldes kolligative. Damptrykket af opløsningsmidlet over opløsningen er beskrevet af Raoults lov, som siger, at faldet i det mættede damptryk af opløsningsmidlet ΔР over opløsningen er direkte proportional med molfraktionen af det opløste stof (Tv- va) og damptrykket over det rene opløsningsmiddel (R0r-la):
ΔР=Рor-la∙ Tv-va
Forøgelsen af opløsningers kogepunkter ΔТк og frysepunkter ΔТз er direkte proportional med de molære koncentrationer af stoffer, der er opløst i dem Сm:
ΔTk=E ∙ Cm, hvor E er den ebullioskopiske konstant;
ΔTz=K ∙ Cm, hvor K er den kryoskopiske konstant.
Osmotisk tryk π beregnes ved ligningen:
π=R∙E∙Xv-va / Vr-la, hvor Xv-va er molfraktionen af det opløste stof, Vr-la er opløsningsmidlets rumfang.
Betydningen af løsninger i enhver persons hverdag er svær at overvurdere. Naturligt vand indeholder opløste gasser - CO2 og O2, forskellige s alte - NaCl, CaSO4, MgCO3, KCl osv. Men uden disse urenheder i kroppen kunne forstyrre vand-s alt stofskiftet og arbejdet i det kardiovaskulære system. Et andet eksempel på sande løsninger er en legering af metaller. Det kan være messing eller smykkeguld, men vigtigst af alt efter blandingsmeltede komponenter og afkøling af den resulterende opløsning, dannes en fast fase. Metallegeringer bruges over alt, lige fra bestik til elektronik.
