Lösungen sowie der Prozess ihrer Entstehung sind in der Welt um uns herum von großer Bedeutung. Wasser und Luft sind zwei ihrer Vertreter, ohne die kein Leben auf der Erde möglich ist. Die meisten biologischen Flüssigkeiten in Pflanzen und Tieren sind ebenfalls Lösungen. Der Prozess der Verdauung ist untrennbar mit der Auflösung von Nährstoffen verbunden.
Jede Produktion ist mit der Verwendung bestimmter Arten von Lösungen verbunden. Sie werden in der Textil-, Lebensmittel-, Pharma-, Metallverarbeitungs-, Bergbau-, Kunststoff- und Faserindustrie eingesetzt. Deshalb ist es wichtig, sie zu verstehen, ihre Eigenschaften und Unterscheidungsmerkmale zu kennen.
Zeichen wahrer Lösungen
Unter Lösungen versteht man homogene Mehrkomponentensysteme, die bei der Verteilung einer Komponente in einer anderen entstehen. Sie werden auch als disperse Systeme bezeichnet, die je nach Größe der sie bildenden Teilchen in kolloidale Systeme, Suspensionen und echte Lösungen unterteilt werden.
Bei letzterem befinden sich die Bestandteile in einem Zustand der Trennung in Moleküle, Atome oder Ionen. Solche molekulardispersen Systeme zeichnen sich durch folgende Merkmale aus:
- Affinität (Interaktion);
- Spontanität der Bildung;
- Konzentrationskonstanz;
- Homogenität;
- Nachh altigkeit.
Mit anderen Worten, sie können entstehen, wenn es zu einer Wechselwirkung zwischen den Komponenten kommt, die dazu führt, dass sich die Substanz ohne äußere Anstrengung spontan in winzige Partikel zerlegt. Die resultierenden Lösungen sollten einphasig sein, dh es sollte keine Schnittstelle zwischen den Bestandteilen geben. Das letzte Zeichen ist das wichtigste, da der Auflösungsprozess nur dann spontan ablaufen kann, wenn es für das System energetisch günstig ist. In diesem Fall nimmt die freie Energie ab und das System befindet sich im Gleichgewicht. Unter Berücksichtigung all dieser Merkmale können wir die folgende Definition formulieren:
Eine echte Lösung ist ein stabiles Gleichgewichtssystem von wechselwirkenden Teilchen zweier oder mehrerer Substanzen, deren Größe 10-7cm nicht überschreitet, d.h. sie sind gleich groß mit Atomen, Molekülen und Ionen.
Einer der Stoffe ist ein Lösungsmittel (in der Regel ist dies die Komponente mit der höheren Konzentration), der Rest sind gelöste Stoffe. Befinden sich die Ausgangsstoffe in unterschiedlichen Aggregatszuständen, so wird das Lösungsmittel als dasjenige angenommen, das sie nicht verändert hat.
Arten echter Lösungen
Lösungen sind je nach Aggregatzustand flüssig, gasförmig und fest. Am gebräuchlichsten sind flüssige Systeme, die je nach Ausgangszustand auch in mehrere Typen eingeteilt werden.gelöster Stoff:
- fest in Flüssigkeit, wie Zucker oder Salz in Wasser;
- Flüssigkeit in Flüssigkeit, wie Schwefel- oder Salzsäure in Wasser;
- gasförmig bis flüssig, wie Sauerstoff oder Kohlendioxid in Wasser.
Aber nicht nur Wasser kann ein Lösungsmittel sein. Und aufgrund der Art des Lösungsmittels werden alle flüssigen Lösungen in wässrig, wenn die Substanzen in Wasser gelöst sind, und nichtwässrig, wenn die Substanzen in Ether, Ethanol, Benzol usw. gelöst sind.
Lösungen werden nach der elektrischen Leitfähigkeit in Elektrolyte und Nichtelektrolyte eingeteilt. Elektrolyte sind Verbindungen mit überwiegend ionischer Kristallbindung, die dissoziiert in Lösung Ionen bilden. Beim Auflösen zerfallen Nichtelektrolyte in Atome oder Moleküle.
In echten Lösungen laufen zwei gegensätzliche Prozesse gleichzeitig ab - die Auflösung einer Substanz und ihre Kristallisation. Abhängig von der Gleichgewichtslage im System "Solute-Solution" werden folgende Lösungstypen unterschieden:
- gesättigt, wenn die Auflösungsgeschwindigkeit einer bestimmten Substanz gleich der Geschwindigkeit ihrer eigenen Kristallisation ist, d.h. die Lösung im Gleichgewicht mit dem Lösungsmittel ist;
- ungesättigt, wenn sie bei gleicher Temperatur weniger gelöste Stoffe enth alten als gesättigt;
- übersättigt, die im Vergleich zu einem gesättigten einen Überschuss an gelöstem Stoff enth alten, und ein Kristall davon reicht aus, um eine aktive Kristallisation zu starten.
Als QuantitätEigenschaften, die den Geh alt einer bestimmten Komponente in Lösungen widerspiegeln, verwenden die Konzentration. Lösungen mit einem geringen Geh alt an gelösten Stoffen werden als verdünnt und mit einem hohen Geh alt als konzentriert bezeichnet.
Möglichkeiten, Konzentration auszudrücken
Massenanteil (ω) - die Masse des Stoffes (mv-va), bezogen auf die Masse der Lösung (mp-ra). In diesem Fall wird die Masse der Lösung als Summe der Massen des Stoffes und des Lösungsmittels angenommen (mp-la).
Molbruch (N) - die Anzahl der Mole eines gelösten Stoffes (Nv-va) dividiert durch die Gesamtzahl der Mole der Substanzen, die eine Lösung bilden (ΣN).
Molalität (Cm) - die Anzahl der Mole eines gelösten Stoffes (Nv-va) dividiert durch die Masse des Lösungsmittels (m r-la).
Molkonzentration (Cm) - die Masse des gelösten Stoffes (mv-va) bezogen auf das Volumen der gesamten Lösung (V).
Normalität oder äquivalente Konzentration (Cn) - die Anzahl der Äquivalente (E) des gelösten Stoffs, bezogen auf das Volumen der Lösung.
Titer (T) - die Masse einer Substanz (m in-va), die in einem gegebenen Lösungsvolumen gelöst ist.
Volumenanteil (ϕ) einer gasförmigen Substanz - das Volumen der Substanz (Vv-va) dividiert durch das Volumen der Lösung (V p-ra).
Eigenschaften von Lösungen
In Anbetracht dieses Problems sprechen sie meistens von verdünnten Lösungen von Nichtelektrolyten. Dies liegt zum einen daran, dass der Grad der Wechselwirkung zwischen Teilchen sie idealen Gasen näher bringt. Und zweitens,Ihre Eigenschaften beruhen auf der Vernetzung aller Teilchen und sind proportional zum Geh alt der Komponenten. Solche Eigenschaften wahrer Lösungen nennt man kolligativ. Der Dampfdruck des Lösungsmittels über der Lösung wird durch das Gesetz von Raoult beschrieben, das besagt, dass die Abnahme des Sättigungsdampfdrucks des Lösungsmittels ΔР über der Lösung direkt proportional zum molaren Anteil des gelösten Stoffes ist (Tv- va) und dem Dampfdruck über dem reinen Lösungsmittel (R0r-la):
ΔР=Ðor-la∙ Tv-va
Die Erhöhung der Siedepunkte ΔТк und Gefrierpunkte ΔТз von Lösungen ist direkt proportional zu den molaren Konzentrationen der darin gelösten Stoffe Сm:
ΔTk=E ∙ Cm, wobei E die ebullioskopische Konstante ist;
ΔTz=K ∙ Cm, wobei K die kryoskopische Konstante ist.
Der osmotische Druck π wird nach folgender Gleichung berechnet:
π=R∙E∙Xv-va / Vr-la, wobei Xv-va der Molenbruch des gelösten Stoffes ist, Vr-la das Volumen des Lösungsmittels ist.
Die Bedeutung von Lösungen im Alltag eines jeden Menschen ist kaum zu überschätzen. Natürliches Wasser enthält gelöste Gase - CO2 und O2, verschiedene Salze - NaCl, CaSO4, MgCO3, KCl usw. Aber ohne diese Verunreinigungen Der Körper könnte den Wasser-Salz-Stoffwechsel und die Arbeit des Herz-Kreislauf-Systems stören. Ein weiteres Beispiel für echte Lösungen ist eine Legierung aus Metallen. Es kann Messing oder Schmuckgold sein, aber vor allem nach dem Mischengeschmolzenen Komponenten und Abkühlen der resultierenden Lösung bildet sich eine feste Phase. Metalllegierungen werden überall verwendet, vom Besteck bis zur Elektronik.
