§ 4. Загальна характеристика розчинів. Значення розчинів у природі, житті та практичній діяльності людини

У цьому параграфі ви дізнаєтеся:

з яких компонентів складається розчин;
що є основною ознакою розчинів;
якими бувають розчини за агрегатним станом;
про значення розчинів у природі, житті й господарській діяльності людини.

Поняття про розчини. У повсякденному житті ми щоденно маємо справу з розчинами. Поміж них розчин оцтової кислоти (столовий оцет), водний розчин амоніаку (нашатирний спирт), водний розчин гідроген пероксиду (перекис водню), спиртовий розчин йоду тощо. Для консервування овочів і фруктів широко застосовують водні розчини кухонної солі та цукру.

• А яке наукове визначення цього поняття?

Розчин — це система, яка складається з двох або більше компонентів, один із яких вважають розчинником, а інші — розчиненими речовинами.

Розчинником уважають той компонент, який у чистому вигляді існує в тому самому агрегатному стані, що й розчин. Якщо обидва компоненти перебувають в одному агрегатному стані, то розчинником умовно вважають той, який узято в більшій кількості. Воду практично завжди вважають розчинником, незалежно від її кількості в розчині.

Якщо розчини є однорідними гомогенними системами, то вони належать до ідеальних розчинів. У таких розчинах: розмір частинок розчиненої речовини не перевищує 10^-9 м, розчинена речовина перебуває у формі молекул або йонів. Нагадаємо, що однорідними вважають такі системи, у яких неозброєним оком і навіть під мікроскопом не можна виявити частинки. При цьому кожний із компонентів розподілений в іншому у вигляді молекул або йонів.

За агрегатним станом розчини бувають газуватими, рідкими та твердими. Газуватими розчинами є повітря та інші суміші газів. Прикладом рідких розчинів є водні розчини спирту та цукру тощо, твердих — деякі сплави (розчини одного або кількох металів в іншому). Так, латунь — сплав міді із цинком.

Звичайне скло — це сплав натрій оксиду, кальцій оксиду і силіцій(ІV) оксиду. Його приблизний склад можна передати формулою Na₂O • СаО • 6SiO₂. Сировиною для виготовлення скла слугує білий кварцовий пісок SiO₂, сода Na₂CO₃ і вапняк або крейда СаСО₃.

Для створення кольорового скла до сировини додають оксиди різних металів (рис. 10). Синього кольору склу надає кобальт(II) оксид, зеленого — хром(IIІ) оксид, рожевого — манган(ІV) оксид, червоного — оксиди купруму (мідний рубін) й колоїдне золото (золотий рубін), найкрасивішого жовтого — колоїдне срібло. Сполуки Феруму забарвлюють скло в блакитно-зелений, жовтий, червоно-бурий кольори залежно від доданого оксиду. Ферум(II) оксид надає склу синьо-зеленого кольору, а ферум(IIІ) оксид — жовтого або жовто-коричневого.

Рис. 10. Кольорове скло

Найпоширенішими є рідкі розчини. Вони містять розчинник (рідину) і розчинені речовини (газуваті, тверді чи рідкі). Розчини можуть бути як водними (розчинник — вода), так і неводними (органічні розчинники — спирт, естер та ін.). Органічні розчинники розчиняють жири, лаки, фарби. На основі органічних розчинників виготовляють клеї. Наприклад, відомий у побуті клей БФ-2 — це розчин органічних смол у спирті, а гумовий клей — розчин каучуку в бензині.

Найпоширеніші — водні розчини, оскільки у воді розчиняється багато твердих, рідких та газуватих речовин.

Значення розчинів у природі, житті та практичній діяльності людини. Більшість хімічних реакцій відбуваються у розчинах, тому розчини мають велике значення в житті природи. Вода морів та океанів — розчин. У морській воді зародилося життя.

Вода на Землі є могутньою геологічною силою. Вона розчиняє та переносить величезні кількості розчинених речовин. Із природних водних розчинів утворюються осадові гірські породи, джерела мінеральних вод (рис. 11, а).

Рис. 11. Вплив розчинів на довкілля

Розчинення вуглекислого газу в ґрунтових водах спричиняє, наприклад, розчинення вапняку (СаСО₃), що стає причиною утворення печер, виникнення в них сталактитів і сталагмітів (рис. 11, б).

Рослини засвоюють усі поживні речовини з ґрунту у вигляді розчинів. Організми тварин і людини також потребують розчинів, оскільки процес травлення неможливий без перетворювання їжі на розчинні сполуки й подальшого всмоктування їх стінками шлунка й кишковика. Розчинами є найважливіші фізіологічні рідини — плазма крові, лімфа, травні соки, рідкий уміст живих клітин (цитоплазма, ядерний сік — каріоплазма) та ін. Дисперсійним середовищем крові є плазма — водний розчин неорганічних солей і білків. Більшість медичних препаратів — це водні чи спиртові розчини.

У сільськогосподарській практиці використовують водні розчини добрив та засобів хімічного захисту рослин (рис. 11, в). Багато технологічних процесів у різних галузях промисловості (добування металів, виробництво добрив, фарб, паперу, харчових продуктів, зубної пасти, лаків тощо) відбуваються в розчинах.

У хімічних лабораторіях замість твердих речовин часто використовують їхні розчини, оскільки в розчинах хімічні реакції відбуваються швидше.

Основні поняття. Розчин. Розчинник. Розчинена речовина. Тверді, рідкі та газуваті розчини.

З історії хімії

До 80-х років XIX ст. існувала фізична теорія розчинів, яку розвивали у своїх працях нідерландський учений Я. Вант-Гофф, шведський — С. Арреніус та ін. Вони розглядали розчини як механічні суміші двох або більшої кількості речовин. Уважали, що в розчинах відсутня будь-яка взаємодія між розчиненою речовиною та розчинником.

Вивчаючи процес розчинення, Д. І. Менделєєв звернув увагу на хімічні явища, що його супроводжували. У 1887 р. вчений запропонував хімічну (гідратну) теорію розчинів. Згідно із цією теорією, розчини — це нестійкі хімічні сполуки частинок розчиненої речовини й розчинника.

У сучасній фізико-хімічній теорії розчинів об’єднано положення хімічної та фізичної теорій. У її створенні велику роль відіграли праці багатьох учених, зокрема й нашого співвітчизника М. А. Ізмайлова.

Микола Аркадійович Ізмайлов

(1907-1961)

Уродженець Кавказу, М. А. Ізмайлов майже все життя прожив у Харкові — навчався, працював, здійснював відкриття. З 1931 р. його діяльність пов’язана з Харківським університетом і науково-дослідним хіміко-фармацевтичним інститутом. Результати багаторічних досліджень властивостей розчинів учений узагальнив у класичній монографії «Електрохімія розчинів».

За видатні досягнення та самовіддану працю М. А. Ізмайлова нагороджено орденами й медалями, він лауреат престижних наукових премій.

Запитання та завдання

1. Яка основна ознака характеризує розчини?

2. За якою ознакою розчини відрізняються: а) від механічних сумішей; б) від хімічних сполук?

3. Як розрізняють розчини за агрегатним станом?

4. Чи можуть розчини бути неводними? Наведіть приклади.

5. Яке значення мають водні розчини в природі, житті та практичній діяльності людини?

6. Розгляньте схему. Доповніть її прикладами застосування дисперсних систем та поширення їх у природі.