Rješenja, kao i proces njihovog formiranja, od velike su važnosti u svijetu oko nas. Voda i zrak dva su njihova predstavnika, bez kojih je život na Zemlji nemoguć. Većina bioloških tekućina u biljkama i životinjama također su otopine. Proces probave neraskidivo je povezan s otapanjem hranjivih tvari.
Svaka proizvodnja povezana je s korištenjem određenih vrsta rješenja. Koriste se u tekstilnoj, prehrambenoj, farmaceutskoj, metaloprerađivačkoj, rudarskoj industriji, industriji plastike i vlakana. Zato je važno razumjeti što su, poznavati njihova svojstva i razlikovna svojstva.
Znakovi pravih rješenja
Rješenja se shvaćaju kao višekomponentni homogeni sustavi nastali tijekom distribucije jedne komponente u drugu. Nazivaju se i dispergirani sustavi, koji se, ovisno o veličini čestica koje ih tvore, dijele na koloidne sustave, suspenzije i prave otopine.
U potonjem, komponente su u stanju razdvajanja na molekule, atome ili ione. Takve molekularno dispergirane sustave karakteriziraju sljedeće značajke:
- afinitet (interakcija);
- spontanost obrazovanja;
- stalnost koncentracije;
- homogenost;
- održivost.
Drugim riječima, mogu nastati ako postoji interakcija između komponenti, što dovodi do spontanog odvajanja tvari u sitne čestice bez vanjskih napora. Dobivene otopine trebale bi biti jednofazne, odnosno ne bi smjelo postojati sučelje između sastavnih dijelova. Posljednji znak je najvažniji, jer se proces otapanja može odvijati spontano samo ako je energetski povoljan za sustav. U tom slučaju slobodna energija se smanjuje, a sustav postaje ravnotežan. Uzimajući u obzir sve ove značajke, možemo formulirati sljedeću definiciju:
Pravo rješenje je stabilan ravnotežni sustav međudjelujućih čestica dviju ili više tvari, čija veličina ne prelazi 10-7cm, odnosno proporcionalne su s atomima, molekulama i ionima.
Jedna od tvari je otapalo (u pravilu je to komponenta čija je koncentracija veća), a ostatak su otopljene tvari. Ako su izvorne tvari bile u različitim agregacijskim stanjima, tada se otapalo uzima kao ono koje ga nije promijenilo.
Vrste pravih rješenja
Prema agregacijskom stanju, otopine su tekuće, plinovite i čvrste. Tekući sustavi su najčešći, a također se dijele na nekoliko tipova ovisno o početnom stanju.rješenje:
- čvrsto u tekućini, poput šećera ili soli u vodi;
- tekućina u tekućini, kao što je sumporna ili klorovodična kiselina u vodi;
- plinovito u tekućinu, poput kisika ili ugljičnog dioksida u vodi.
Međutim, ne samo da voda može biti otapalo. A prema prirodi otapala, sve tekuće otopine se dijele na vodene, ako su tvari otopljene u vodi, i nevodene, ako su tvari otopljene u eteru, etanolu, benzenu itd.
Prema električnoj vodljivosti otopine se dijele na elektrolite i neelektrolite. Elektroliti su spojevi s pretežno ionskom kristalnom vezom, koji, kada se disociraju u otopini, tvore ione. Kada se otapaju, neelektroliti se razgrađuju na atome ili molekule.
U pravim rješenjima istovremeno se događaju dva suprotna procesa - otapanje tvari i njezina kristalizacija. Ovisno o položaju ravnoteže u sustavu "otopljena otopina", razlikuju se sljedeće vrste otopina:
- zasićena, kada je brzina otapanja određene tvari jednaka brzini njezine vlastite kristalizacije, odnosno otopina je u ravnoteži s otapalom;
- nezasićeni ako sadrže manje otopljene tvari od zasićenih na istoj temperaturi;
- superzasićeni, koji sadrže višak otopljene tvari u odnosu na zasićenu, a jedan njen kristal dovoljan je za početak aktivne kristalizacije.
Kao kvantitativnokarakteristike, koje odražavaju sadržaj određene komponente u otopinama, koriste koncentraciju. Otopine s niskim sadržajem otopljene tvari nazivaju se razrijeđene, a s visokim sadržajem - koncentrirane.
Načini izražavanja koncentracije
Maseni udio (ω) - masa tvari (mv-va), u odnosu na masu otopine (mp-ra). U ovom slučaju, masa otopine se uzima kao zbroj masa tvari i otapala (mp-la).
Molni udio (N) - broj molova otopljene tvari (Nv-va) podijeljen s ukupnim brojem molova tvari koje tvore otopinu (ΣN).
Molalitet (Cm) - broj molova otopljene tvari (Nv-va) podijeljen s masom otapala (m r-la).
Molarna koncentracija (Cm) - masa otopljene tvari (mv-va) odnosi se na volumen cijele otopine (V).
Normalnost, ili ekvivalentna koncentracija, (Cn) - broj ekvivalenata (E) otopljene tvari, koji se odnosi na volumen otopine.
Titar (T) - masa tvari (m in-va) otopljene u danom volumenu otopine.
Volumni udio (ϕ) plinovite tvari - volumen tvari (Vv-va) podijeljen s volumenom otopine (V p-ra).
Svojstva rješenja
S obzirom na ovo pitanje, najčešće se govori o razrijeđenim otopinama neelektrolita. To je prije svega zbog činjenice da ih stupanj interakcije između čestica približava idealnim plinovima. i drugo,njihova svojstva su posljedica međusobne povezanosti svih čestica i proporcionalna su sadržaju komponenata. Takva svojstva pravih rješenja nazivaju se koligativna. Tlak pare otapala nad otopinom opisan je Raoultovim zakonom, koji kaže da je smanjenje tlaka zasićene pare otapala ΔR nad otopinom izravno proporcionalno molarnom udjelu otopljene tvari (Tv- va) i tlak pare nad čistim otapalom (R0r-la):
ΔR=Ror-la∙ Tv-va
Povećanje točaka ključanja ΔTk i smrzavanja ΔTz otopina izravno je proporcionalno molarnoj koncentraciji tvari otopljenih u njima Sm:
ΔTk=E ∙ Cm, gdje je E ebulioskopska konstanta;
ΔTz=K ∙ Cm, gdje je K krioskopska konstanta.
Osmotski tlak π izračunava se jednadžbom:
π=R∙E∙Xv-va / Vr-la, gdje je Xv-va molarni udio otopljene tvari, Vr-la je volumen otapala.
Važnost rješenja u svakodnevnom životu svake osobe teško je precijeniti. Prirodna voda sadrži otopljene plinove - CO2 i O2, razne soli - NaCl, CaSO4, MgCO3, KCl, itd. Ali bez ovih nečistoća u tijelo bi moglo poremetiti metabolizam vode i soli i rad kardiovaskularnog sustava. Drugi primjer pravih rješenja je legura metala. To može biti mjed ili nakit od zlata, ali, što je najvažnije, nakon miješanjarastopljenih komponenti i hlađenjem dobivene otopine nastaje jedna čvrsta faza. Metalne legure se koriste posvuda, od pribora za jelo do elektronike.
