Chimie Anorganică

1. SOLUŢII

Definiţie

Clasificare

Concentraţia soluţiilor şi modalităţi de exprimare a acesteia

Prepararea unor soluţii de NaOH şi de HCl de o anumită normalitate.

Definiţie: soluţiile sunt sisteme omogene, alcătuite din două sau mai multe specii de molecule, ce constituie o singură fază. Într-o soluţie, diferitele specii de molecule sunt repartizate molecular sau ionic, unele faţă de altele. Specia de molecule care predomină constituie mediul de dispersie şi se numeşte dizolvant sau solvent. Celelalte specii, aflate în cantităţi mai mici, constituie faza dispersă, numită solvit sau dizolvat.

Clasificare

A. După starea de agregare a mediului de dispersie, soluţiile se clasifică în:

soluţii gazoase în care solventul este gaz, iar solvitul poate fi gaz, lichid sau solid (ex. aerul, care este un amestec de gaze);

soluţii lichide, în care solventul este lichid, iar solvitul poate fi gaz, lichid sau solid (ex. apa minerală, ce conţine dioxid de carbon dizolvat sub presiune în apă);

soluţii solide, în care solventul este solid, iar solvitul poate fi gaz, lichid sau solid (ex. aliajele – fonta, oţelul);

B. După dimensiunea particulelor fazei dispersate, soluţiile se clasifică în:

a. soluţii grosier disperse, în care diametrul particulelor dispersate este mai mare de 100 mμ;

b. soluţii coloidale, la care diametrul particulelor fazei dispersate este cuprins între 1-100 mμ;

c. soluţii moleculare (soluţiile reale), în care diametrul particulelor dispersate este sub 1 mμ;

C. După starea de agregare a mediului de dispersie şi a fazei dispersate,se disting următoarele tipuri de sisteme disperse care nu mai pot fi considerate soluţii (amestecuri omogene) în adevăratul sens al cuvântului, ci sisteme disperse eterogene, la care cele două componente sunt delimitate strict una de cealaltă la suprafaţa lor de contact:

a. emulsiile, (ulei în apă, benzen în apă, toluen în apă, tetraclorura de carbon în apă), formate din două lichide nemiscibile, (nu se amestecă în nici o proporţie), care se delimitează net la suprafaţa lor de contact; diametrul particulelor fazei dispersate (uleiul, benzenul, toluenul, tetraclorura de carbon) este cuprins între 1-100 mμ; uleiul în benzen, uleiul în toluen, uleiul în tetraclorură de carbon sunt soluţii, ambele componente, solvatul şi solventul, fiind substanţe cu molecule nepolare.Alte exemple de emulsii sunt: laptele, cremele de faţă.

b. suspensiile, (nisipul în apă, zahărul în toluen), la care faza dispersată este alcătuită din particule solide grosiere, cu diametrul mai mare de 100 mμ, vizibile cu ochiul liber, împrăştiate într-un anumit solvent lichid în care acestea nu se dizolvă, ci rămân suspendateîn mediul lichid respectiv.

c. soluri - aerosolii (fumul, ceaţa), în care faza dispersată este alcătuită din particule solide fine (fumul) şi particule foarte fine de apă (ceaţa), dispersate într-un mediu de dispersie gazos (aerul).

d. geluri, (gelatina, aspicul, maioneza, jeleurile), alcătuite dintr-un solid sau un lichid împrăştiat într-un mediu de dispersie lichid, care împiedică componentul dispersat să aibă o existenţă proprie.

e. spume, în care substanţa dispersată este un gaz, iar mediul de dispersie este un lichid; ca exemplu spuma berii, frişca.

f. spumele solide, formate dintr-o substanţă dispersată gazoasă şi un mediu de dispersie solid. Exemple: aerogeluri, spumă de poliuretan.

Soluţiile lichide. Noţiunea de solubilitate.Clasificarea soluţiilor lichide.

Cantitatea maximă de substanţă care se poate dizolva într-o anumită cantitate sau volum de solvent la o temperatură dată, reprezintă solubilitatea substanţei respective în solventul adecvat ales. Solubilitatea se poate exprima în procente şi reprezintă cantitatea maximă de substanţă care se dizolvă în 100 g de apă sau alt solvent, la o temperatură dată.

Se consideră ca fiind solubile, substanţele care la 20°C au o solubilitate mai mare de 1g substanţă în 100 g de solvent. Substanţele care au o solubilitate cuprinsă între 0,1 şi 1g sunt greu solubile, iar cele cu solubilitatea mai mică de 0,1 g substanţă în 100 g solvent, sunt considerate insolubile.

Pentru ca două componente (solvitul şi solventul) să poată alcătui o soluţie,(un sistem omogen), este necesar ca solvitul (în cantitate mai mică) să fie complet solubil în solventul ales ( care există în proporţie mult mai mare), iar atunci când ambele componente sunt în stare lichidă, acestea să fie total miscibile, unul în celălalt.

Soluţiile lichide se pot clasifica, în funcţie de starea de agregare a fazei disperse (dizolvat sau solvit), în :

- soluţii de gaz în lichid. (apele minerale carbogazoase). Cantitatea de gaz care se poate dizolva într-un lichid depinde de natura gazului şi a solventului, temperatură şi presiune. Solubilitatea gazelor în lichide este exprimată de legea lui Henry: cantitatea de gaz care se dizolvă într-un anumit volum de soluţie, la o anumită temperatură, este direct proporţională cu presiunea gazului. Cgaz = k x Pgaz (1).

- soluţii de lichid în lichid. După solubilitatea reciprocă, lichidele pot fi: total miscibile (se amestecă în orice proporţie; sisteme cu solubilitate nelimitată a celor doi componenţi unul în celălalt), de exemplu alcoolul etilic, acidul sulfuric, acidul acetic, etilenglicolul sunt total miscibile în apă; toluenul, cloroformul sunt total miscibile cu benzenul); paţial miscibile (care au o solubilitate limitată a celor doi componenţi; de exemplu bromul în apă) şi nemiscibile, care nu se amestecă în nici o proporţie, indiferent de valoarea temperaturii (benzenul, cloroformul, tetraclorura de carbon, sulfura de carbon, toluenul, eterul etilic, eterul de petrol în apă).

- soluţii de solid în lichid. Solubilitatea substanţelor în solvenţi lichizi depinde de natura solventului şi a substanţei dizolvate. Toate substanţele se dizolvă în numai în acei solvenţi cu structură identică sau foarte asemănătoare lor: solvenţii polari (apa ) dizolvă numai substanţele ionice (săruri anorganice) şi substanţele cu molecule polare (zahărul, alcoolul etilic), iar solvenţii nepolari (marea majoritate a solvenţii organici) dizolvă numai substanţele cu molecule nepolare (uleiuri, grăsimi). Solubilitatea lor creşte întotdeauna direct proporţional cu temperatura, pentru o anumită valoare constantă a presiunii.

Concentraţia soluţiilor şi modalităţi de exprimare a acesteia.

Concentraţia soluţiilor ne redă raportul cantitativ dintre cele două componente care alcătuiesc o soluţie (solvatul şi solventul) şi anume cantitatea de solvat care se găseşte dizovată într-o anumită cantitate sau volum de solvent.

Cantitatea de substanţă dizolvată în raport cu cantitatea de solvent sau de soluţie, reprezintă concentraţia soluţiei.

D. Din punct de vedere al concentraţiei, soluţiile se pot clasifica în:

a. soluţii diluate, în care Csolvent>>Csolvat, iar Csoluţie≤ 5%;

b. soluţii concentrate, în care Csolvent scade în raport cu Csolvat, iar Csoluţie> 5%;

c. soluţii saturate, sunt soluţiile care, la o anumită temperatură dată, nu mai pot dizolva o nouă cantitate de substanţă solidă. Cristalele de substanţă în exces se vor depune pe fundul paharului cu soluţie.S-a atins valoarea maximă admisă a coeficientului de solubilitate (produsului de solubilitate) a substanţei solide cristaline în solventul respectiv. Produsul de solubilitate (Ps) sau coeficientul de solubilitate reprezintă produsul concentraţiilor ionilor substanţei greu solubile, măsurate în soluţia sa saturată la o anumită temperatură dată. Cu cât substanţa este mai greu solubilă, cu atât valoarea produsului de solubilitate este mai mică.