Растворы представляют собой однородные дисперсные системы, состоящие
из растворителя и растворённого вещества. В основе их классификации
лежит агрегатное состояние компонентов, определяющее физико-химические
свойства системы. Основными критериями выступают агрегатное состояние
растворителя и растворённого вещества при данной температуре и
давлении.
Газообразные растворы
Газовые растворы образуются при смешении различных газов. Поскольку
межмолекулярные взаимодействия между газообразными частицами минимальны,
такие системы подчиняются законам идеальных газов.
- Примеры: воздух (азот + кислород + инертные газы +
углекислый газ), смеси водорода и гелия.
- Особенности: полная смешиваемость в любых
пропорциях, отсутствие границ растворимости. Исключение составляют
системы при экстремальных давлениях и температурах, где проявляются
отклонения от идеальности.
Жидкие растворы
Жидкие растворы обладают наиболее широким разнообразием по составу и
свойствам. В их основе лежит использование жидкости как
растворителя.
1. Жидкость в жидкости
- Примеры: этанол в воде, уксусная кислота в
воде.
- Особенности: могут быть неограниченно
смешивающимися (например, спирты низшей молекулярной массы с водой) или
иметь предел растворимости (например, бензол и вода).
2. Газ в жидкости
- Примеры: кислород в воде, углекислый газ в
газированных напитках.
- Особенности: растворимость подчиняется закону
Генри, возрастает с увеличением давления и снижается при повышении
температуры.
3. Твёрдое вещество в жидкости
- Примеры: хлорид натрия в воде, сахар в воде.
- Особенности: растворимость зависит от природы
растворителя и растворённого вещества, температуры, наличия
сопутствующих ионов. Системы могут быть ненасыщенными, насыщенными и
пересыщенными.
Твёрдые растворы
Твёрдые растворы образуются при введении одного вещества в
кристаллическую решётку другого. Их классификация основана на характере
включения частиц.
1. Замещающие твёрдые растворы
- Пример: сплавы меди и никеля.
- Особенности: атомы растворённого компонента
занимают узлы решётки растворителя, если их размеры и валентности
близки.
2. Внедрённые твёрдые растворы
- Пример: углерод в α-железе (цементитоподобные
системы).
- Особенности: мелкие атомы располагаются в
междоузлиях кристаллической решётки растворителя.
3. Смешанные кристаллы
- Пример: кристаллы калийных и натриевых солей.
- Особенности: совместное существование в единой
решётке ионов или молекул с близкими параметрами.
Гетерогенные аспекты
Хотя растворы принято определять как гомогенные системы, в реальности
существуют пограничные формы: коллоидные растворы, микрогетерогенные
структуры и солватационные комплексы. Они занимают промежуточное
положение между истинными растворами и механическими смесями.
Сравнительная характеристика
- Газообразные растворы — полная смешиваемость,
простота описания уравнением состояния.
- Жидкие растворы — максимальное разнообразие,
широкий спектр законов растворимости.
- Твёрдые растворы — структурное единство на уровне
кристаллической решётки, ключевое значение в материаловедении и
металлургии.
Такое распределение растворов по агрегатному состоянию позволяет
систематизировать их физико-химические свойства и определить область
применения в химии, биологии и промышленности.