Roztwór to jednorodna mieszanina dwóch lub więcej składników, które nie reagują ze sobą chemicznie. Proporcje składników mogą się różnić. Rozpuszczalnik i substancja rozpuszczona są rozdzielane w roztworze. Rozpuszczalnik zwykle stanowi większość mieszaniny. Rozpuszcza się w nim substancja rozpuszczona. W ten sposób powstaje jednorodna mieszanina. Poszczególne elementy nie są widoczne gołym okiem. Tworzą jedną fazę. Odrębne warstwy nie są wyświetlane.
Słowo to pochodzi od łacińskiego dissolutĭo. Oznacza działanie rozpuszczające. Proces ten ma fundamentalne znaczenie dla chemii. Wyjaśnia, w jaki sposób substancje oddziałują na siebie na poziomie molekularnym. Zrozumienie tego pomaga wyjaśnić wszystko, od tego, dlaczego sól topi się na lodzie, po sposób spalania paliwa.
Rodzaje rozwiązań według stanu skupienia
Roztwory klasyfikuje się według stanu skupienia rozpuszczalnika. Tworzy to jasne kategorie. Stan skupienia zmienia właściwości mieszaniny.
Rozpuszczalniki stałe
Gdy rozpuszczalnik jest w stanie stałym, mieszanina przyjmuje unikalne kształty.
- Twarde w stanie stałym : Typowym przykładem są stopy. Mieszanka miedzi i cynku w celu uzyskania mosiądzu. Metale mieszają się na poziomie atomowym.
- Gaz w postaci stałej : Wodór rozpuszcza się w palladzie. Służy do magazynowania wodoru. Gaz jest zawarty w metalowej konstrukcji.
- Ciecz w ciele stałym : Rtęć miesza się ze srebrem. Tworzy to amalgamaty. Dentyści używają tej mieszanki do wypełnień.
Rozpuszczalniki w płynie
Najbardziej znanym rodzajem są rozpuszczalniki w płynie. Zachodzi tu większość codziennych interakcji chemicznych.
- Płyn w płynie : Alkohol w wodzie. Obie ciecze całkowicie się łączą.
- Stałe w płynie : Cukier w wodzie. Kryształki cukru znikają w cieczy.
- Gaz w płynie : Napoje gazowane. Dwutlenek węgla jest przetrzymywany w wodzie pod ciśnieniem.
Rozpuszczalniki gazowe
Gdy rozpuszczalnik jest w stanie gazowym, mieszanina zachowuje się inaczej.
- Gaz w gazie : Butan w powietrzu. Tworzy się łatwopalna mieszanina.
- Ciało stałe w gazie : Naftalen sublimowany w powietrzu. Ciało stałe zamienia się w gaz i ulega rozproszeniu.
- Ciecz w gazie : Produkty w aerozolu. Krople cieczy są zawieszone w gazowym paliwie.
Stężenie: empiryczne a ilościowe
Stężenie mierzy ilość substancji rozpuszczonej w stosunku do rozpuszczalnika. Istnieją dwie główne grupy. Rozwiązania empiryczne mają charakter jakościowy. Podają przybliżoną proporcję. Rozwiązania ilościowe są dokładne. Używają konkretnych pomiarów.
Rozwiązania empiryczne
Opierają się one na szacunkach, a nie na dokładnych obliczeniach.
- Rozcieńczone roztwory : Jest bardzo mało substancji rozpuszczonej. Wyobraź sobie, że w Twojej kawie jest trochę cukru.
- Skoncentrowane roztwory : Zawiera znaczną ilość rozpuszczonej substancji. Woda morska ma wysoką zawartość soli.
- Roztwory nasycone : Substancja rozpuszczona i rozpuszczalnik są zrównoważone. Napoje gazowane zawierają maksymalną ilość CO2 w danej temperaturze.
- Roztwory przesycone : Substancja rozpuszczona przekracza normalny limit. Syropy i cukierki twarde zawierają nadmiar cukru rozpuszczonego w płynie.
Rozwiązania ilościowe
Wymagają dokładnych danych. Do pomiarów wykorzystuje się procent masowy, mole, objętość w centymetrach sześciennych lub gramach na litr.
- Roztwory jonowe : Mierzy jony. Substancja rozpuszczona i rozpuszczalnik tworzą wiązania jonowe. Kationy mają ładunek dodatni. Aniony mają ładunek ujemny.
- Roztwory elementarne : Komponenty są ekstrahowane do stanu czystego. Ilości mierzone są oddzielnie.
- Roztwory użytkowe : Uwzględnia się masę atomową składników.
Kluczowa charakterystyka rozwiązań
Roztwory mają określone właściwości fizyczne. Te właściwości odróżniają je od prostych mieszanin lub reakcji chemicznych.
Po pierwsze, roztwór zawsze zawiera co najmniej jedną substancję rozpuszczoną i jeden rozpuszczalnik. Niektóre zawierają wiele substancji rozpuszczonych. Substancja rozpuszczona staje się częścią rozpuszczalnika. Cukier w wodzie nie jest już tylko cukrem. Staje się częścią całej mieszanki.
Metody separacji mają znaczenie. Nie można oddzielić składników za pomocą wirowania. Filtrowanie też nie działa. Cząsteczki są zbyt małe lub rozpuszczone. Potrzebujesz krystalizacji lub destylacji. Metody te umożliwiają zwrot oryginalnych substancji.
Głośność zachowuje się nietypowo. Całkowita objętość różni się od sumy poszczególnych objętości. Objętości nie sumują się. Jednakże proporcja substancji rozpuszczonej do rozpuszczalnika pozostaje stała w całej objętości.
Rozpuszczalność wyznacza granice. Jedną łyżkę cukru można rozpuścić w szklance wody. Kilogram cukru się nie rozpuści. Mieszanka zależy od rozpuszczalności.
Dodanie substancji rozpuszczonej zmienia właściwości rozpuszczalnika. Ciśnienie pary spada. Temperatura zamarzania spada. Wzrasta temperatura wrzenia. Te właściwości koligatywne mają ważne znaczenie praktyczne. Od środków przeciw zamarzaniu w samochodach po konserwację żywności, zmiany te zapewniają użyteczność.
Oddziaływanie pomiędzy substancją rozpuszczoną i rozpuszczalnikiem definiuje rozwiązanie. To jest równowaga sił. Narusz tę równowagę, a mieszanina się rozdzieli. Utrzymaj stabilność, a otrzymasz spójne środowisko chemiczne. Ta prostota maskuje złożoną dynamikę molekularną.
