溶液
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一、溶液的定義
分散質的粒子直徑<1nm(10-9m)的分散系。分散質是分子或離子,具有透明、均勻、穩定的宏觀特徵。
溶液是由至少兩種物質組成的均一、穩定的混合物,被分散的物質(溶質)以分子或更小的質點分散於另一物質(溶劑)中。溶液是混合物。物質在常溫時有固體、液體和氣體三種狀態。因此溶液也有三種狀態,大氣本身就是一種氣體溶液,固體溶液混合物常稱固溶體,如合金。一般溶液只是專指液體溶液。液體溶液包括兩種,即能夠導電的電解質溶液和不能導電的非電解質溶液。所謂膠體溶液,更確切的說應稱為溶膠。其中,溶質相當於分散質,溶劑相當於分散劑。在生活中常見的溶液有蔗糖溶液、碘酒、澄清石灰水、稀鹽酸、鹽水、空氣等。
按聚集態不同分類:
氣態溶液:氣體混合物,簡稱氣體(如空氣)。
液態溶液:氣體或固體在液態中的溶解或液液相溶,簡稱溶液(如鹽水)。
固態溶液:彼此呈分子分散的固體混合物,簡稱固溶體(如合金)。
讀法:一般讀作「某某(溶質)的某(溶劑)溶液」,如酒精可讀作「乙醇的水溶液」
說明:如果溶劑是水,可以簡稱為某溶液
如「乙醇的水溶液」可以叫做乙醇溶液
如果兩種液體互溶,有水則以水為溶劑,否則以質量大的為溶劑
二、溶液的組成
1.溶質: 被溶解的物質
2.溶劑: 能溶解其他物質的物質
3.兩種液互溶時溶,一般把量多的一種叫溶劑,量少的一種叫溶質。
4.兩種液互溶時溶,若其中一種是水,一般將水稱為溶劑。
5.固體或氣體溶於液體,通常把液體叫溶劑。
其中,水(H2O)是最常用的溶劑,能溶解很多種物質。汽油、酒精、氯仿、香蕉水也是常用的溶劑,如汽油能溶解油脂,酒精能溶解碘等等。
溶質可以是固體,也可以是液體或氣體;如果兩種液體互相溶解,一般把量多的一種叫做溶劑,量少的一種叫做溶質。
三、溶液的性質
1.均一性:溶液各處的密度、組成和性質完全一樣;
2.穩定性:溫度不變,溶劑量不變時,溶質和溶劑長期不會分離;
3混合物:溶液一定是混合物。
四、溶液的分類
飽和溶液:在一定溫度、一定量的溶劑中,溶質不能繼續被溶解的溶液。
不飽和溶液:在一定溫度、一定量的溶劑中,溶質可以繼續被溶解的溶液。
飽和與不飽和溶液的互相轉化:
不飽和溶液通過增加溶質(對一切溶液適用)或降低溫度(對於大多數溶解度隨溫度升高而升高的溶質適用,反之則須升高溫度,如石灰水)、蒸發溶劑(溶劑是液體時)能轉化為飽和溶液。
飽和溶液通過增加溶劑(對一切溶液適用)或升高溫度(對於大多數溶解度隨溫度升高而升高的溶質適用,反之則降低溫度,如石灰水)能轉化為不飽和溶液。
規則溶液:1929年J.H.Hildebrand提出了規則溶液(Regular Solution)模型,並對規則溶液定義為:形成(混合)熱不為零,而混合熵為理想溶液的混合熵,即
△H^M≠0
△S^M=△S理想混合=-R∑xi lnxi
規則溶液是更接近實際溶液的一種溶液。它的形成除混合熵不等於零外,其他特性和理想溶液一致。由規則溶液推導出的熱力學規律,廣泛應用於非電解質溶液,尤其對許多合金溶液的應用,更為合適。因此,對於冶金和金屬材料科學來說,規則溶液理論是十分重要的。
五、關於溶液的相關概念、計算及配製
相關概念
溶解度:一定溫度下,某固態物質在100g溶劑里達到飽和狀態時所溶解的質量。如果不指明溶劑,一般說的溶解度指的是物質在水中的溶解度。
氣體溶解度是指壓強為101kPa和一定溫度時,氣體溶解在1體積水裡達到飽和狀態時的體積。
計算
溶液質量=溶質質量 + 溶劑質量
但是溶液體積<溶質體積 + 溶劑體積
溶質的質量分數=溶質質量/溶液質量 × 100%
溶質質量=溶液質量 × 溶質的質量分數
溶液質量=反應物質量總和-生成氣體的質量-生成沉澱的質量 或者 溶質質量/溶質質量分數
配製
實驗室里,溶液的一般配製步驟:
1.按溶質的質量分數:計算、稱量、量取、溶解、裝瓶貼簽。
2.按物質的量濃度:計算、稱量、溶解、(冷卻)、移液、洗滌、定容、搖勻。
六、溶液的用途
在溶液里進行的化學反應通常是比較快的。所以,在實驗室里或化工生產中,要使兩種能起反應的固體起反應,常常先把它們溶解,然後把兩種溶液混合,並加以振蕩或攪動,以加快反應的進行。
溶液對動植物的生理活動也有很大意義。動物攝取食物里的養分,必須經過消化,變成溶液,才能吸收。在動物體內氧氣和二氧化碳也是溶解在血液中進行循環的。在醫療上用的葡萄糖溶液和生理鹽水、醫治細菌感染引起的各種炎症的注射液(如慶大黴素、卡那黴素)、各種眼藥水等,都是按一定的要求配成溶液使用的。植物從土壤里獲得各種養料,也要成為溶液,才能由根部吸收。土壤里含有水分,裡面溶解了多種物質,形成土壤溶液,土壤溶液里就含有植物需要的養料。許多肥料,像人糞尿、牛馬糞、農作物秸稈、 野草等等,在施用以前都要經過腐熟的過程,目的之一是使複雜的難溶的有機物變成簡單的易溶的物質,這些物質能溶解在土壤溶液里,供農作物吸收。
七、溶液的形成
溶液形成的過程伴隨著能量、體積變化,有時還有顏色變化。溶解是一個特殊的物理化學變化,分為兩個過程。一是溶質分子或離子的離散,這個過程需要吸熱以克服分子間的吸引力,同時增大體積;二是溶劑分子和溶質分子的結合,這是一個放熱過程同時體積縮小。整個過程的綜合情況是兩方面的共同作用。
八、溶液的計算
根據稀釋前後溶質的總量不變進行運算,無論是用水,或是用稀溶液來稀釋濃溶液,都可計算。
(1)用水稀釋濃溶液
設稀釋前的濃溶液的質量為m,其溶質的質量分數為a%,稀釋時加入水的質量為n,稀釋後溶質的質量分數為b%。
則可得m×a%=(m+n)×b%
(2)用稀溶液稀釋濃溶液
設濃溶液的質量為A,其溶質的質量分數為a%,稀溶液的質量為B,其溶質的質量分數為b%,兩液混合後的溶質的質量分數為c%。
則可得 A×a%+B×b%=(A+B)×c% (1)
或 A/B=(c%-b%)/(a%-c%) (2)
使溶液變濃(增大一倍)
1.增加溶質
令溶液質量為m g,溶質的質量分數為a%
若使其質量分數增大一倍
則要加am/100+2a g 的溶質
2.蒸發溶劑
令溶液質量為m g,則蒸發m/2 g溶劑
3.用濃溶液混合
令稀釋前溶液質量為m g,溶質的質量分數為a%;稀釋後溶液質量為n g,溶質的質量分數為b%
則有m g*a%+n g*b%/m g+n g*100%=b%
使溶液變稀
1.增加溶劑
令溶液質量為m g
若使其質量分數減小一倍
則要加m g溶劑
九、溶液的溫度變化
物質溶解,一方面是溶質的微粒——分子或離子要克服它們本身的相互之間的吸引力離開溶質,另一方面是溶解了的溶質要擴散到整個溶劑中去,這些過程都需要消耗能量,所以物質溶解時,要吸收熱量。溶解過程中,溫度下降原因就在於此。
如果溶解過程只是單純的擴散,就應該全是吸熱的,為什麼還有的放熱呢?原來,在溶解過程中,溶質的微粒——分子或離子不僅要互相分離而分散到溶劑中去,同時,溶解於溶劑中的溶質微粒也可以和溶劑分子生成溶劑化物(如果溶劑是水,就生成水合物)。在這一過程里要放出熱量。
如NaOH,CaO溶於水Q放>Q吸,故升溫
如NH4NO3溶於水Q放<Q吸,故降溫(這是初中化學中為數不多的溶於水降溫的物質)
參看
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