3. РАСТВОРЫ ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

Глава VI. РАСТВОРЫ. ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ

VI.1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О РАСТВОРАХ

В лабораториях и промышленности чаще имеют дело не с индивидуальными веществами, а с гетерогенными или гомогенными смесями двух и более веществ. Гомогенные смеси веществ переменного состава называются растворами. Компонент раствора, концентрация которого выше других компонентов, является растворителем. Растворитель сохраняет свое фазовое состояние при образовании раствора. Различают газовые, жидкие и твердые растворы.

Газовые растворы.

В газообразном состоянии частицы слабо взаимодействуют друг с другом, поэтому газовый раствор при обычном давлении можно считать смесью компонентов. Примером газового раствора служит воздух, состоящий из азота, кислорода, диоксида углерода, паров воды и других газов.

Общее давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений компонентов. При невысоких давлениях газы смешиваются друг с другом в любых соотношениях.

При повышении давления растворимость жидких и твердых веществ в газах растет. Например, в пар высокого давления переходят из раствора соли, оксиды кремния и другие вещества.

Жидкие растворы. К жидким растворам относят растворы газов, жидкостей и твердых веществ в жидких растворителях. В зависимости от природы растворителя различают водные и неводные растворы.

По наличию или отсутствию электролитической диссоциации растворенного вещества на ионы различают растворы электролитов и растворы неэлектролитов.

В создании современной физико-химической теории растворов большую роль сыграли работы русских ученых Д. И. Менделеева, И. А. Каблукова, Д. П. Коновалова, Н. А. Измайлова, К. П. Мищенко, О. Я. Самойлова и др.

Еще в конце XIX в. все растворы считались физическими смесями двух или нескольких веществ, в которых отсутствуют какие-либо взаимодействия между растворенным веществом и растворителем. Химические явления в процессе растворения впервые были отмечены Д. И. Менделеевым. Химическое взаимодействие молекул растворителя с частицами растворенного вещества называется сольватацией, а получающиеся при этом соединения — сольватами. Частный случай взаимодействия частиц растворенного вещества с растворителем — водой был назван гидратацией, а продукты взаимодействия (например, ) — гидратами. Гидратная теория растворов объяснила целый ряд явлений, наблюдавшихся при растворении. С точки Зрения гидратной теории закономерно и выделение теплоты, так как образование гидратов — обычно экзотермический процесс. Получило объяснение и скачкообразное изменение некоторых свойств растворов при непрерывном изменении содержания растворенного вещества. Скачкообразное изменение свойств отвечает изменению состава продукта взаимодействия растворителя с растворенным веществом (гидрата) при увеличении (или уменьшении) содержания растворенного вещества в растворе.

Твердые растворы

Твердые растворы — это фазы переменного состава, в которых атомы различных элементов расположены в общей кристаллической решетке. Все кристаллические твердые тела способны образовывать твердые растворы в большинстве случаев с узкими пределами концентрации растворяющегося компонента. Одиако известны системы с полной взаимной растворимостью, например Cu - Ag и Ag - Au.

Различают твердые растворы замещения и внедрения. В твердых растворах замещения частицы растворяющегося компонента (атомы, ионы, молекулы) замещают в узлах решетки частицы основного компонента. Растворы замещения образуются, когда

размеры частиц примерно одинаковы и кристаллические решетки однотипны, в том числе и по характеру химической связи.

Если частицы компонентов существенно различаются по размерам, то происходит внедрение частиц одного компонента в междоузлия решетки другого компонента и образуется твердый раствор внедрения. Примерами твердых растворов внедрения могут служить растворы водорода, азота, кислорода и других неметаллов в металлах.