ПОСІБНИК З ХІМІЇ ДЛЯ ВСТУПНИКІВ ДО ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ

Частина І. ЗАГАЛЬНА ХІМІЯ

Розділ 5. РОЗЧИНИ.

ТЕОРІЯ ЕЛЕКТРОЛІТИЧНОЇ ДИСОЦІАЦІЇ

§ 5.1. Чисельне вираження складу розчинів

У природі й техніці розчини мають величезне значення. Рослини засвоюють речовини у вигляді розчинів. Засвоєння їжі пов’язане з переходом поживних речовин у розчин. Усі природні води є розчинами. Розчинами є найважливіші фізіологічні рідини — кров, лімфа тощо. Багато хімічних реакцій відбуваються в розчинах.

Розчини — це однорідні (гомогенні) системи, що складаються з двох і більше компонентів (складових частин) і продуктів їх взаємодії.

Наприклад, розчин сульфатної кислоти складається з розчинника — води (перший компонент), розчиненої речовини — кислоти (другий компонент) і продуктів їх взаємодії — гідратованих іонів: Н⁺, HSO₄^- , SO₄^2- ; розчин гідроксиду калію — з води, гідроксиду калію і гідратованих іонів К⁺і ОН^- (див. § 5.7).

За агрегатним станом розчини бувають рідкі, тверді й газуваті. Прикладом рідких розчинів можуть бути розчини солей у воді; прикладом твердих — сплав нікелю й міді (з яких виготовляють розмінні монети) або сплав срібла і золота; прикладом газуватих — суміші газів, повітря. Найбільше значення мають рідкі (водні) розчини.

Важливою характеристикою будь-якого розчину є його склад. Існують різні способи чисельного вираження складу розчинів: масова частка розчиненої речовини, молярна концентрація тощо.

Масова частка розчиненої речовини — це безрозмірна фізична величина, що дорівнює відношенню маси розчиненої речовини до загальної маси розчину, тобто

w_p = m_р/m,    (5.1)

де w_p — масова частка розчиненої речовини; m_р — маса розчиненої речовини; m — загальна маса розчину.

Масову частку розчиненої речовини w_p звичайно виражають в частках одиниці або у відсотках. Наприклад, масова частка розчиненої речовини — сульфатної кислоти у воді дорівнює 0,05 або 5%. Це означає, що в розчині сульфатної кислоти масою 100 г міститься сульфатна кислота масою 5 г і вода масою 95 г.

Молярна концентрація, або молярність, — це величина, що дорівнює відношенню кількості розчиненої речовини до об’єму розчину, тобто

с(Х) = n(X)/V,     (5.2)

де с(Х) — молярна концентрація частинок Х; n (X) — кількість речовини частинок X, що містяться в розчині; У — об’єм розчину.

Основною одиницею молярної концентрації є моль/л. Приклади запису молярної концентрації: с(НСl) = 0,1 моль/л, с (Н₃РО₄) = 0,5 моль/л, с (NН₄⁺) = 10 моль/л, с(Н⁺) = 10^-5 моль/л.

Розчин, в 1 л якого міститься 1 моль розчиненої речовини, називається молярним. Якщо в 1 л розчину міститься 0,1 моль речовини, то він називається децимолярним, 0,01 моль — сантимолярним, 0,001 моль — мілімолярним. Молярність розчину звичайно позначають буквою М. Наприклад, 1М NaOH — молярний розчин гідроксиду натрію, 1 л такого розчину містить 1 моль речовини або 1 моль ∙ 40 г/моль = 40 г NaOH; 0,01М NaOH — сантимолярний розчин, 1 л його містить 0,01 моль, тобто 0,01 ∙ 40 г = 0,4 г NaOH тощо. Щоб приготувати, наприклад, децимолярний розчин гідроксиду натрію, потрібно зважити 4 г його, помістити в 1-літрову мірну колбу, на шийці якої зазначено об’єм, що точно дорівнює 1 л (рис. 5.1, а), додати дистильованої води до повного розчинення речовини і потім

Рис. 5.1. Приготування 1М розчину: а — мірна колба; б — розчин

об’єм розчину довести до мітки (нижня частина меніска повинна досягати мітки, див. рис. 5.1, б).

Користуватися молярною концентрацією зручно, оскільки відоме число молів (кількість речовини), що міститься в певному об’ємі розчину. Наприклад, для нейтралізації 1 л 1М розчину NaOH необхідні відповідно до рівнянь реакцій:

a) NaOH + НСl = NaCl + Н₂О;

б) 2NaOH + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2Н₂О

такі об’єми розчинів кислот: 1л 1М ∙ НСl або 0,5 л 1М H₂SO₄. Очевидно, для нейтралізації 0,5 л 2М розчину NaOH потрібно 0,5 л 2М розчину НСl, або 0,5 л 1М розчину H₂SO₄, або 0,25 л 2М розчину H₂SO₄і т.д.