Что представляет собой морская вода, молоко, проволока из стали - индивидуальные вещества, или же они состоят из нескольких компонентов? В нашей статье мы ознакомимся со свойствами растворов - наиболее распространенных физико-химических систем, имеющих переменный состав. Они могут содержать несколько компонентов. Так, молоко - это органический раствор, содержащий воду, капли жира, молекулы белка и минеральных солей. Что такое раствор и как его можно получить? На этот и другие вопросы мы ответим в нашей статье.

Применение растворов и их роль в природе

Обмен веществ в биогеоценозах осуществляется в виде взаимодействия соединений, растворенных в воде. Например, всасывание почвенного раствора корнями растений, накопление крахмала в результате фотосинтеза у растений, пищеварительные процессы животных и человека - все они представляют собой реакции, протекающие в химических растворах. Невозможно представить современные отрасли: космическое и авиастроение, военную промышленность, атомную энергетику без применения сплавов - твердых растворов с уникальными техническими характеристиками. Несколько газов также могут образовывать смеси, которые мы можем назвать растворами. Например, воздух - это физико-химическая система, которая содержит такие компоненты как азот, кислород, углекислый газ и т. д.

Что такое раствор?

Смешивая между собой сульфатную кислоту и воду, получим ее водный раствор. Рассмотрим, из чего он состоит. Мы обнаружим растворитель - воду, растворенное вещество - серную кислоту и продукты их взаимодействия. К ним относятся катионы водорода, гидросульфат - и Состав физико-химической системы, состоящей из растворителя и компонентов, будет зависеть не только от того, какое вещество является растворителем.

Наиболее распространенный и важный растворитель - это вода. Большое значение имеет и природа растворяемых компонентов. Их можно условно разделить на три группы. Это практически нерастворимые соединения, малорастворимые и хорошо растворимые. Последняя группа является наиболее важной. К ней относится большинство солей, кислоты, щелочи, спирты, моносахариды. Малорастворимые соединения тоже встречаются в природе достаточно часто. Это гипс, азот, метан, кислород. Практически нерастворимыми в воде будут металлы, благородные газы: аргон, гелий и т. д., керосин, масла.

Как количественно выразить растворимость соединения

Концентрация насыщенного раствора - наиболее важная величина, показывающая Ее выражают величиной, численно равной массе соединения в 100 г раствора. Например, дезинфицирующее медицинское средство - салициловый спирт продается в аптеках в виде 1 % спиртового раствора. Это значит, что в 100 г раствора содержится 1 грамм действующего вещества. Какую наибольшую массу хлорида натрия можно растворить в 100 г растворителя при определенной температуре? Найти ответ на этот вопрос можно с помощью специальной таблицы кривых растворимости твердых соединений. Так, при температуре 10 ⁰С можно растворить 38 г поваренной соли в 100 г воды, при 80 ⁰С - 40 г вещества. Как сделать раствор разбавленным? Нужно прилить к нему определенный объем воды. Увеличить концентрацию физико-химической системы можно, выпаривая раствор, или же, прибавляя к нему определенную порцию растворяемого соединения.

Виды растворов

При определенной температуре система может пребывать в равновесии с растворяемым соединением в виде его осадка. В этом случае говорят о насыщенном растворе. Как сделать раствор насыщенным? Для этого нужно обратиться к таблице растворимости твердых веществ. Например, поваренную соль массой 31 г вводят в воду при температуре 20 ºС и нормальном давлении, затем хорошо размешивают. При дополнительном нагревании и введении дополнительной порции соли ее избыток обеспечивает образование пересыщенного раствора. Остывание системы приведет к процессу выпадения кристаллов хлорида натрия. Разбавленными будут называться такие растворы, в которых концентрация соединений по сравнению с объемом растворителя будет достаточной малой. Например, физиологический раствор, входящий в состав кровяной плазмы и применяемый в медицине после перенесенных хирургических вмешательств, представляет собой 0,9 % раствор хлорида натрия.

Механизм растворения веществ

Рассмотрев вопрос, что такое раствор, определим, какие процессы лежат в основе его образования. В основе явления растворения веществ мы видим взаимодействие как физических, так и химических превращений. Главную роль в них играет явление разрушения химических связей: ковалентных полярных или ионных, в молекулах растворяемого соединения. Физический аспект разрыва связей выражается в поглощении энергии. Также происходит взаимодействие частиц растворителя с молекулами растворенного вещества, называемое сольватацией, в случае водных растворов - гидратацией. Оно сопровождается не только возникновением новых связей, но и выделением энергии.

В нашей статье мы рассмотрели вопрос, что такое раствор, а также выяснили механизм образования растворов и их значение.

Простые химические растворы можно легко приготовить различными способами в домашних условиях или на работе. Независимо от того, получаете ли вы раствор из порошкового материала или разбавляете жидкость, можно легко определить правильное количество каждого компонента. При приготовлении химических растворов не забывайте использовать персональные средства защиты, чтобы избежать повреждений.

Шаги

Расчет процентов по формуле для веса/объема

Определите процентное содержание по весу /объему раствора. Проценты показывают, сколько частей вещества приходится на сто частей раствора. В применении к химическим растворам это означает, что если концентрация составляет 1 процент, значит, в 100 миллилитрах раствора содержится 1 грамм вещества, то есть 1 мл/100 мл.

• Например, по весу: 10-процентный раствор по весу содержит 10 граммов вещества, растворенные в 100 миллилитрах раствора.
• Например, по объему: 23-процентный раствор по объему содержит 23 миллилитра жидкого соединения в каждых 100 миллилитрах раствора.

1. Определите объем раствора, который вы хотите приготовить. Чтобы выяснить требующуюся массу вещества, сначала следует определить конечный объем необходимого вам раствора. Этот объем зависит от того, какое количество раствора вам понадобится, как часто вы его будете использовать, и от стабильности готового раствора.

   • Если каждый раз необходимо использовать свежий раствор, приготовьте лишь такое количество, которое необходимо для одного раза.
   • Если раствор сохраняет свои свойства в течение длительного времени, можно приготовить большее количество, чтобы использовать его в дальнейшем.

2. Рассчитайте количество граммов вещества, которое требуется для приготовления раствора. Чтобы вычислить необходимое число граммов, используйте следующую формулу: число граммов = (необходимые проценты)(требуемый объем/100 мл). При этом необходимые проценты выражаются в граммах, а требуемый объем - в миллилитрах.

   • Пример: необходимо приготовить 5-процентный раствор NaCl объемом 500 миллилитров.
   • число граммов = (5г)(500мл/100мл) = 25 граммов.
   • Если NaCl дан в виде раствора, просто возьмите 25 миллилитров NaCl вместо количества граммов порошка и вычтите этот объем из конечного объема: 25 миллилитров NaCl на 475 миллилитров воды.

3. Взвесьте вещество. После того как вы посчитаете необходимую массу вещества, следует отмерить это количество. Возьмите откалиброванные весы, поместите на них чашу и выставьте ноль. Взвесьте необходимое количество вещества в граммах и отсыпьте его.

   • Прежде чем продолжать готовить раствор, обязательно очистите чашу весов от остатков порошка.
   • В приведенном выше примере необходимо взвесить 25 граммов NaCl.

4. Растворите вещество в необходимом количестве жидкости. Если не указано другого, то в качестве растворителя используется вода. Возьмите мерную мензурку и отмерьте необходимое количество жидкости. После этого растворите в жидкости порошковый материал.

   • Подпишите емкость, в которой вы будете хранить раствор. Отчетливо укажите на ней вещество и его концентрацию.
   • Пример: растворите в 500 миллилитрах воды 25 граммов NaCl, чтобы получить 5-процентный раствор.
   • Помните, что если вы разбавляете жидкое вещество, для получения необходимого количества воды следует вычесть объем добавляемого вещества из конечного объема раствора: 500 мл – 25 мл = 475 мл воды.

   Приготовление молекулярного раствора

   1. Определите молекулярный вес используемого вещества по формуле. Молекулярный вес по формуле (или просто молекулярный вес) соединения записывается в граммах на моль (г/моль) на стенке бутылки. Если вы не можете найти на бутылке молекулярный вес, поищите его в интернете.

      • Молекулярный вес вещества представляет собой массу (в граммах) одного моля этого вещества.
      • Пример: молекулярный вес хлорида натрия (NaCl) составляет 58,44 г/моль.

   2. Определите объем необходимого раствора в литрах. Очень просто приготовить один литр раствора, так как его молярность выражается в молях/литр, однако может потребоваться сделать больше или меньше литра, в зависимости от назначения раствора. Используйте конечный объем, чтобы рассчитать необходимое число граммов.

      • Пример: необходимо приготовить 50 миллилитров раствора с мольной долей NaCl 0,75.
      • Чтобы перевести миллилитры в литры, поделим их на 1000 и получим 0,05 литра.

   3. Рассчитайте число граммов, необходимое для приготовления требуемого молекулярного раствора. Для этого следует использовать следующую формулу: число граммов = (необходимый объем)(необходимая молярность)(молекулярный вес по формуле). Помните, что необходимый объем выражается в литрах, молярность - в молях на литр, а молекулярный вес по формуле - в граммах на моль.

      • Пример: если вы хотите приготовить 50 миллилитров раствора с мольной долей NaCl 0,75 (молекулярный вес по формуле: 58,44 г/моль), следует рассчитать количество граммов NaCl.
      • число граммов = 0,05 л * 0,75 моль/л * 58,44 г/моль = 2,19 грамма NaCl.
      • Сократив единицы измерения, вы получите граммы вещества.

   4. Взвесьте вещество. С помощью правильно откалиброванных весов отвесьте необходимое количество вещества. Разместите на весах чашу и выставьте ноль перед взвешиванием. Добавляйте в чашу вещество до тех пор, пока не получите необходимую массу.

      • После использования очистите чашу весов.
      • Пример: взвесьте 2,19 грамма NaCl.

   5. Растворите порошок в необходимом количестве жидкости. Если не указано другого, для приготовления большинства растворов используется вода. При этом берется такой же объем жидкости, который использовался при расчете массы вещества. Добавьте вещество в воду и перемешайте ее до полного растворения.

      • Подпишите емкость с раствором. Отчетливо обозначьте растворенное вещество и молярность, чтобы можно было использовать раствор в дальнейшем.
      • Пример: с помощью мензурки (инструмент для измерения объема) отмерьте 50 миллилитров воды и растворите в ней 2,19 грамма NaCl.
      • Перемешивайте раствор до тех пор, пока порошок не растворится полностью.

   Разбавление растворов с известной концентрацией

   1. Определите концентрацию каждого раствора. При разбавлении растворов необходимо знать концентрацию исходного раствора и того раствора, который вы хотите получить. Данный метод подходит для разбавления концентрированных растворов.

      • Пример: необходимо приготовить 75 миллилитров раствора NaCl концентрации 1,5 M из раствора концентрации 5 M. Исходный раствор имеет концентрацию 5 M, и необходимо разбавить его до концентрации 1,5 M.

   2. Определите объем конечного раствора. Необходимо найти объем того раствора, который вы хотите получить. Вам придется рассчитать количество раствора, который потребуется, чтобы разбавить данный раствор до получения необходимых концентрации и объема.

      • Пример: необходимо приготовить 75 миллилитров раствора NaCl концентрации 1,5 M из начального раствора концентрации 5 M. В этом примере конечный объем раствора составляет 75 миллилитров.

   3. Рассчитайте объем раствора, который понадобится для разведения начального раствора. Для этого вам понадобится следующая формула: V 1 C 1 =V 2 C 2 , где V 1 - объем необходимого раствора, C 1 - его концентрация, V 2 - объем конечного раствора, C 2 - его концентрация.

Кладочные применяют для скрепления мелкоштучных изделий при возведении фундаментов, стен, столбов, сводов из кирпича, природного и искусственного камня, а также при изготовлении и монтаже крупноблочных и крупнопанельных элементов. При выполнении кладочных работ в зимнее время для обеспечения набора прочности, в растворы вводят противоморозные добавки. В летний период строительных работ эффективно использовать пластифицирующие добавки, повышающие подвижность растворных смесей и замедляющие их загустевание.

Отделочные растворы могут быть обычными штукатурными и декоративными. Первые классифицируют по виду вяжущего – на цементные, цементно-известковые, известковые, известково-гипсовые, гипсовые, известково-глиняные, глиняные; по назначению – для наружных и внутренних штукатурок; по расположению слоев – подготовительные и отделочные.

Для штукатурных растворов очень важным показателем является подвижность, которая должна обеспечивать равномерное распределениераствора тонким слоем как по горизонтальной так и вертикальной поверхностям. С целью повышения водоудерживающей способности и исключения расслаиваемости высокоподвижных смесей вводят пластифицирующие добавки, которые могут быть органическими или минеральными (известковое или глиняное тесто). Выбор вяжущего зависит от условий эксплуатации штукатурного состава. Для надежного сцепления раствора с ремонтируемой бетонной поверхностью используют закрепляющие полимерцементные растворы с предварительной огрунтовкой дефектных мест эмульсией ПВА или к цементному раствору добавляют 5 %-ный водный раствор нитрита натрия.

Декоративные растворы должны обладать светостойкостью и иметь хорошее сцепление с поверхностью. Для отделки фасадов применяют растворы на белом и цветном портландцементах, внутренних поверхностей на извести, гипсе, гипсополимерцементном и цементнополимерном вяжущих, в которые вводят минеральные пигменты. В качестве заполнителя используют мытые кварцевые пески или каменную крошку, полученную дроблением горных пород. Для повышения декоративности на поверхность, обработанную полимерцементным или водоэмульсионным составом, пневмометодом наносят крошку размером до 5 мм из керамики, стекла, угля, сланцев, мрамора.

К специальным видам растворов относят гидроизоляционные, теплоизоляционные, акустические, кислотостойкие, рентгенозащитные. Гидроизоляционные свойства обеспечивают за счет введения уплотняющих (хлорид железа) или гидрофобизирующих (битумная эмульсия) добавок; теплоизоляционные – использованием пористых заполнителей. В случае акустических – дополнительным созданием шероховатой поверхности; огнезащитных – применением гипса или жидкого стекла в сочетании с огне-

упорной глиной и термостойким асбестовым волокном; кислотостойких - использованием кислотостойких заполнителя и цемента на основе жидкого стекла; рентгенозащитных – введением заполнителей из особоплотных баритовых руд.

Раствор, применяемый при укладке, должен иметь некоторый запас тепла для того, чтобы он быстро не замерзал и не терял необходимой пластичности и удобоукладываемости. При применении подогретого раствора создается одинаковая толщина и плотность постели, вследствие Чего передача давления от кирпича к кирпичу будет равномерная.
Запас тепла в растворе должен быть достаточным на время укладки его на место и первоначального обжатия его в шве вышележащими кирпичами. Если раствор не подогрет, он быстро замерзает, теряет пластичность, примерзает к кельме и его нельзя расстелить тонким слоем по кирпичу: швы получаются неодинаковой толщины и плотности. При оттаивании это вызовет неравномерную осадку кладки и уменьшение её прочности.
Материалы и растворы. Температура раствора при укладывании его в дело не должна быть ниже: +10° - при Температуре воздуха выше - 10°, +15° - при температуре от -10 до -20° и +20°-при температуре ниже -20°.
Раствор необходимо готовить обязательно в утепленном растворном заводе или растворном узле.
Песок, кирпич и шлак следует хранить в штабелях под навесом или закрывать сверху обрезками досок, отходами рулонных материалов, обязательно устраивая водоотводные канавки, чтобы уменьшить промерзание материалов зимой. /
Перед приготовлением раствора во время сильных морозов воду подогревают до температуры 80°, а песок до 60°. Во время слабых морозов подогревают тюль- ко воду (это проще и экономичнее, так как теплоемкость воды в 5 раз больше теплоемкости песка), а песок лишь оттаивают. Цемент и известь не нагревают.
Для подогревания воды применяют различные устройства в зависимости от потребного ее количества и источника тепла. Чаще всего воду подогревают паром, пропуская его непосредственно в сосуд с водой или через змеевики. Проходя по трубам змеевика, пропущенного внутри сосуда с водой, пар отдает ей свое тепло через стенки труб. При небольшом расходе воды ее можно нагревать, пропуская через змеевик, заделанный в очаге. При значительном потреблении воду греют в специальных водогрейных печах, устраиваемых из ребристых труб или радиаторов.
Песок подогревают мокрым или сухим способом. При сухом способе, применяемом чаще на постоянных растворных заводах, в бункере для песка укладывают трубы и по ним пропускают горячие газы из топливника. При мокром способе подогрева песка пар пропускают непосредственно через бункер с песком или при помощи переносной паровой иглы. Песок при подогревании паром поглощает некоторое количество влаги, которое следует учитывать, дозируя воду при приготовлении раствора.
Приготовляя раствор на подогретой воде, в растворомешалку следует загружать сначала песок и воду и только тогда, когда температура смеси после перемешивания уравняется, вводят цемент.

Растворы в зависимости от вида вяжущего и заполнителя обладают различными свойствами и, в связи с этим, могут быть использованы как для соединения элементов кладки, так и для получения обрабатываемой поверхности с определенными свойствами.

Растворы для каменной кладки т монтажа стен панелей и крупных блоков. Вид и состав растворов зависят от расчетных напряжений и условий эксплуатации. Состав растворов обычно назначают, мспользуя готовые таблицы, и корректируют их по результатам испытаний в строительной лаборатории.

Кладку надземных конструкций, работающих при небольших напряжениях, следует выполнять из растворов, содержащих дешевые местные вяжущие вещества: известь, известково- шлаковое, известково- пуццолановое вяжущее. При кладке фундаментов в агрессивных условиях применяют сульфатостойкий портландцемент. Для монтажа блочных и крупнопанельных стен- портландцемент, шлакопортландцемент, а также портландцементы с органическими добавками. Кладку подземных конструкций обычно выполняют на цементно- песчаных растворах без добавок глины или извести. Выбор подвижности растворных смесей зависит от вида элементов кладки, их пористости.

При кладке растворов зимой скорость твердения сильно замедляется, поэтому используют раствор, имеющий марку на одну- две ступени выше, чем летом.

Отделочные растворы делят на штукатурные и декоративные. Применение этих растворов в построечных условиях (при оштукатуривании мокрым способом) допускается в виде исключения. Известковые растворы хорошо сцепляются с основанием и относительно мало изменяются в объеме при колебаниях температуры и влажности окружающей среды. Эти растворы рекомендуется применять для оштукатуривания внутренних стен, перегородок, перекрытий в помещениях с относительной влажностью воздуха не выше 60%, а также наружных стен, не подвергающихся систематическому увлажнению. Известковые растворы медленно твердеют и долго просыхают.

Цементно- известковые и цементные растворы используют для получения прочных, быстротвердеющих и водостойких штукатурок. Их применяют для оштукатуривания цоколей, карнизов, парапетов, наружных стен и других конструкций, систематически увлажняющихся при эксплуатации.

Известково- гипсовые растворы применяют для оштукатуривания внутренних деревянных и каменных стен, а также наружных стен в районах с устойчивым сухим климатом. Такие растворы очень быстро твердеют и имеют большую прочность с основанием, особенно с деревянным.

Декоративные растворы и составы предназначены для придания определенных архитектурно- художественных качеств фасадам и интерьерам зданий. В зависимости от вида отделки применяют известково-песчаные, цементно- песчаные и др., а также декоративные полимер-цементные составы. Кроме прочности на сжатие и сцепления с основанием эти растворы должны в течение всего периода эксплуатации сохранять первоначальный цвет, текстуру и другие качества независимо от воздействия внешней среды. Поэтому к таким растворам предъявляются повышенные требования по морозо-, свето- и водостойкости.

Гидроизоляционные растворы используют для гидроизоляционных слоев, стяжек, штукатурок. Их изготавливают из различного вида портландцемента, а также сульфатостойкого и расширяющегося.

Звукоизоляционные (акустические) растворы предназначены для штукатурки, обеспечивающей снижение шума в помещениях. Их изготавливают на обычных цементах, извести, гипсовых вяжущих. Заполнителем служит пористый песок из перлита, керамзита, пемзы и пр., что обеспечивает таким растворам открытую незамкнутую пористость и низкую среднюю плотность (600- 1200 кг/м 3).