Розчини

Розчини - однорідні системи змінного складу, що складаються з двох або більше речовин. Відомі газоподібні, рідкі і тверді розчини. До газоподібним розчинів відносяться суміші будь-яких газів, до твердих - багато сплави металів, скла. Особливе значення в природі і техніці мають рідкі розчини, утворені розчиненням газів, рідин і твердих речовин у воді й інших рідинах. При розчиненні газів і твердих речовин в рідині останню прийнято називати розчинником. При розчиненні рідин один одного розчинником вважають ту з них, якій в розчині більше. Кількість розчиненої речовини, що міститься в певній кількості розчину або розчинника, називають концентрацією (див.) розчину. Розчини, в якому дана речовина більше не розчиняється і, отже, надлишок растворяемого речовини знаходиться в рівновазі з розчином, називають насиченим. Концентрація ненасиченого розчину менше, а пересиченого більше, ніж насиченого розчину. Пересичені розчини зазвичай утворюються при повільному охолодженні гарячих насичених розчинів. Здатність речовини розчинятися в тому чи іншому кількості в даному розчиннику при утворенні насиченого розчину називають розчинністю речовини. Розчинність газів у рідинах прийнято виражати коефіцієнтом поглинання (абсорбції), який вказує, скільки обсягів газу (при t° 0° і тиску в 1 атм.) розчиняється в одному об'ємі рідини при даній температурі і парціального тиску газу, що дорівнює 1 атм. Розчинність рідин і твердих речовин в рідинах зазвичай виражають числом грамів растворяемого речовини на 100 г розчинника або на 100 мл насиченого розчину. Розчинність залежить від природи растворяемого речовини і розчинника. З підвищенням температури розчинність газів зменшується, а рідин і твердих речовин у більшості випадків підвищується. Розчинність газів прямо пропорційна тиску, при якому розчиняється газ.
Розчини відіграють виняткову роль в природі і техніці. Води Світового океану і атмосфера представляють собою розчини. З розчинами пов'язані всі фізіологічні та біохімічні процеси, так як внутрішнім середовищем організму є водні розчини різного роду речовин. Багато лікарські засоби також є розчинами.
См. також Буферні розчини, Дифузія, Ізотонічні розчини, Колоїди, Електроліти.

Розчини (істинні розчини) - однорідні (гомогенні) системи змінного складу, що складаються з двох або більше речовин. Від механічних сумішей розчини відрізняються однорідністю, від хімічних сполук - змінним складом.
Розчини відіграють виключно важливу роль у природі, техніці та повсякденному житті. Переважна більшість відомих хімічних реакцій протікає в розчинах. Води світового океану і атмосфера представляють собою розчини. Фізіологічні рідини також є розчинами. Майже всі лікарські речовини надають властиве їм дію на організм в розчиненому стані.
В залежності від агрегатного стану розрізняють газоподібні, рідкі і тверді розчини. До газоподібним відносять суміші будь-яких газів і парів, в тому числі і повітря. До твердих - багато сплави, скло, деякі мінерали та гірські породи. Особливе значення для вивчення життєвих процесів у нормі та патології мають рідкі розчини, утворені розчиненням в рідинах газів, рідин або твердих речовин.
При розчиненні в рідині газів або твердих речовин рідина прийнято називати розчинником, а гази чи тверді речовини, що знаходяться в розчинах,- розчиненими речовинами.
У разі розчинення однієї рідини в іншій розчинником вважають ту з них, яка знаходиться в розчинах у відносно більшій кількості.
Насиченим розчином називають розчин, який знаходиться в рівновазі з надлишком растворяемого речовини, ненасиченим - розчин, концентрація якого менше, ніж насиченого, а пересичених - розчин, концентрація якого більше, ніж насиченого.
В залежності від величини молекулярної ваги розчиненої речовини рідкі розчини поділяють на розчини низькомолекулярних речовин, наприклад водні розчини звичайних кислот, лугів і солей, і на розчини високомолекулярних сполук, до яких відносяться розчини білків, полісахаридів, нуклеїнових кислот у воді, каучуку в бензолі, нітроклітковини в спиртоэфирной суміші та ін. Р. високомолекулярних сполук володіють рядом характерних властивостей, властивих типовим колоїдним Р. (див. колоїди).
Процес розчинення супроводжується виділенням або поглинанням тепла.
Розчинність даної речовини в рідині вимірюється концентрацією (див.) його насиченого розчину в цій рідині.
Встановлено ряд якісних правил розчинності речовин у рідинах. Полярні речовини добре розчиняються в полярних розчинниках (вода, спирт, ацетон і ін) і погано в неполярних рідинах (бензол, чотирихлористий вуглець, сірковуглець і т. д.). Навпаки, неполярні речовини добре розчиняються в неполярних розчинниках і погано - в полярних. Останнє правило кладеться в основу деяких теорій клітинної проникності. При цьому мається на увазі, що оболонка багатьох клітин складається з неполярних речовин - ліпідів.
Розчинність газів у рідинах виражають коефіцієнтом поглинання, який вказує, скільки обсягів цього газу, приведених до нормальних умов (t° 0° тиск 1 атм.), розчиняється в одному об'ємі рідини при даній температурі і парціального тиску газу, що дорівнює 1 атм.
Розчинність газів у рідинах змінюється в широких межах залежно від природи рідини і газу, а також від тиску і температури. Так, наприклад, при t° 18° коефіцієнт поглинання азоту дорівнює 0,01698; кисню - 0,03220; хлористого водню - 427,9; аміаку - 748,8. Кисень приблизно вдвічі більш розчинний у воді, ніж азот, тому в повітрі, розчиненому у воді, вміст кисню значно більше, ніж в атмосфері (34,1% за об'ємом при t° 18° замість 21,2% в атмосфері). Це має велике біологічне значення для організмів, що мешкають у воді.
Залежність розчинності газу від тиску виражається законом Генрі (див. Абсорбція).


При розчиненні суміші газів розчинність кожного газу згідно із законом Дальтона пропорційна його парціальному тиску над розчином.
З підвищенням температури розчинність газу в рідині зменшується. Цим властивістю газу користуються для видалення з рідини розчинених в них газів.
Для цього розчин кип'ятять протягом деякого часу, в результаті чого газ видаляється з розчину разом з бульбашками пара.
Зазначена залежність розчинності газів від температури має велике біологічне значення для організмів, що мешкають у воді.
З підвищенням температури дихання організмів і потреба в кисні зростають, тоді як концентрація його у воді знижується, внаслідок чого при нагріванні може наступити загибель організмів від задухи через нестачу кисню. При насичення води киснем організми стають менш чутливими до підвищення температури.
При розчиненні у воді солей і багатьох неэлектролитов, схильних до гідратації, розчинність у ній газів, як правило, значно зменшується відповідно з законом В. М. Сєченова.
Розчинність рідин у рідинах коливається в широких межах. Відомі рідини, необмежено розчиняються один в одному, наприклад спирт і вода, сірчана кислота і вода, і ін. Існують рідини, обмежено розчинні один в одному, наприклад ефір розчинний у воді в невеликих кількостях. При додаванні великих кількостей утворюються два шари. Верхній шар являє собою насичений розчин води в ефірі і містить при t° 18° 1,2% води і 98,8% ефіру; нижній шар, що є насиченим розчином ефіру у воді, містить 93,5% води і 6,5% ефіру.
Відомі рідини, практично нерозчинні один в одному, наприклад ртуть і вода, бензол і вода. Зі збільшенням температури взаємна розчинність обмежено розчинних рідин у більшості випадків зростає і часто при досягненні визначеної для кожної пари рідин температури, званою критичною, рідини повністю змішуються одна з одною. Наприклад, фенол і вода при t° 68,8° (критична температура) і вище розчиняються один в одному в будь-яких пропорціях; нижче критичної температури вони лише обмежено розчиняються одне в одному.
При зміні тиску взаємна розчинність рідин змінюється незначно.
Розчинність твердих речовин у рідинах зазвичай виражають у грамах твердого безводного речовини, що припадають на 100 г розчинника в насиченому розчині або на 100 мл насиченого розчину. В залежності від природи твердого речовини і розчинника розчинність твердих речовин у рідинах коливається в дуже широких межах. Так, наприклад, при 25° в 100 г води розчиняється 257 р AgNO3 і лише 3·10-20 р HgS.
Розчинність твердих речовин залежить від ступеня їх подрібнення. Дрібні кристалики, або зерна, розміри яких менше приблизно 0,1 мм, більш розчинні ніж великі. Різні за змістом кристалізаційної води кристалогідрати одного і того ж хімічної сполуки володіють неоднаковою розчинністю. Наприклад, розчинність Na2SO4·10Н2O у воді менше розчинності Na2SO4.
Розчинність твердих речовин у рідинах майже не залежить від тиску, але, як правило, сильно змінюється з температурою.
Зазвичай розчинність твердих речовин зростає з підвищенням температури, але відомі речовини, як наприклад Са(ВІН)2, Са(С2Н3O2)2 та ін., розчинність яких з підвищенням температури знижується.
См. також Буферні розчини, Дифузія, Ізотонічні розчини, Електроліти.