Растворение – это процесс, при котором твердое вещество при контакте с жидкостью (растворителем) образует однородный раствор. В простых раство­рах растворенное вещество не реагирует с растворителем (обычно водой). В хи­мических растворах (если растворитель – не вода) вещество реагирует с рас­творителем, образуя новые растворимые соединения.

Растворы характеризуются концентрацией вещества, находящегося в них в определенном количестве. Концентрацией раствора называют количество рас­творенного вещества, содержащегося в определенном количестве раствора.

Концентрацию растворов выражают в процентах по массе, в процентах по объему, в титрах, а также в молярной, моляльной и нормальной концентрациях.

Процентная концентрация по массе (мас.%) показывает число граммов рас­творенного вещества, содержащегося в 100 г раствора.

Массовая доля вещества В, ωВ – это отношение массы данного компонента, содержащегося в системе, к общей массе этой системы. Массовая доля может быть выражена в долях единицы, процентах, промилле и миллионных долях.

Процентная концентрация по объему (об.%) показывает число см3 раство­ренного вещества, содержащегося в 100 см3 раствора.

Объемная доля вещества В, φВ – отношение объема компонента, содержаще­гося в системе, к общему объему системы. Системой называется совокупность находящихся во взаимодействии веществ или частиц, мысленно или фактиче­ски обособленная от окружающей среды. Объемная доля может быть выражена в долях единицы, процентах, промилле или в миллионных долях.

Процентная объемно-массовая концентрация раствора (%) показывает, сколько граммов вещества растворено в 100 см3 раствора.

Концентрация в титрах (Т) – это число граммов вещества в 1 см3 раствора.

Молярная концентрация вещества В в растворе, сВ – это число молей рас­творенного вещества, содержащихся в единице объема этого раствора. Единица измерения молярной концентрации – моль/м3 или моль/дм3. Например, с(NH3) = 1 моль/дм3, с(СO2) = 0,5 моль/дм3. 1 моль численно равен молекулярной массе растворенного вещества в 1 дм3 раствора. Грамм-молекулярная масса – это ко­личество граммов вещества, равное его молекулярной массе. Например, 1 г-моль NaOH = 23 + 16 + 1 = 40 г. Растворы одинаковой молярности в равных объемах содержат одинаковое число молекул.

Молярная доля вещества В, хВ – отношение количества содержащегося в системе вещества данного компонента (в молях) к общему количеству вещества (в молях), то есть это отношение числа молей растворенного вещества к сумме числа молей всех компонентов раствора. Например, раствор состоит из следую­щих компонентов: n1 – число молей растворителя, n2 – число молей растворен­ного вещества. Тогда мольная доля растворенного вещества N будет равна N = n2 / (n1 + n2).

Молярная доля может быть выражена в долях единицы, процентах (%) – со­тая доля, промилле (%о) – тысячная часть и в миллионных долях (млн-1) или ррm (parts per million).

Молялъная концентрация (m) – число молей вещества в 1 кг растворителя.

Нормальная концентрация раствора показывает количество грамм-эквива­лентов растворенного вещества в 1 дм3 раствора. Грамм-эквивалент – количе­ство граммов химического элемента и соединения, численно равное его эквива­лентной массе, то есть тому количеству, которое соответствует в соединениях или реакциях 1 r-атому водорода или 0,5 r-атому кислорода. Практически грамм-эквивалент элемента равен молекулярной массе, деленной на валентность данного соединения. Для кислот грамм-эквивалент равен молярной мас­се, деленной на количество атомов водорода, способных взаимодействовать со щелочью.

Пример. Из уравнения H2SO4 + 2 NaOH = Na24 + 2H2О видно, что грамм-молеку­ла H2S04 участвуете реакции с двумя грамм-ионами Н+, взаимодействующими с ио­ном ОН-. Очевидно, в этом случае грамм-эквивалент H24 равен ее грамм-молеку­ле и составляет 98 : 2 = 48.

Грамм-эквивалент гидроксидов равен их молекулярной массе в граммах, де­ленной на число участвующих в реакции ОН-ионов.

Грамм-эквиваленты кислот, гидроксидов и солей зависят от течения реак­ций, в которых они участвуют. Для их вычисления в каждом случае пишут урав­нения и определяют, сколько граммов вещества соответствует грамм-атому (или грамм-иону) водорода данной реакции.

Пример. Молекулы многоосновных кислот могут участвовать в реакциях как все­ми водородными ионами, так и их частью. Поэтому грамм-эквиваленты таких кислот могут быть различны.

Так, каждая молекула ортофосфорной кислоты H3PO4, участвуя в реакции Н3РО4 + NaOH = NaH24 + Н2О, отдает только один ион Н+ и грамм-эквивалент ее равен грамм-молекуле (98,0 г).

В реакции Н3РО4 + 2NaOH = Na2HPO4 + 2Н2О каждая грамм-молекула кислоты соответствует уже двум грамм-ионам водорода, поэтому грамм-эквивалент ее равен 1/2грамм-молекулы, т. е. 98 : 2 = 49,0 г.

Наконец, молекула Н3РО4 может участвовать в реакции и тремя ионами водорода (Н3РО4 + 3NaOH = Na34 + ЗН2О), когда грамм-молекула Н3РО4 равноценна трем грамм-ионам Н+ и грамм-эквивалент кислоты равен 1/3 грамм-молекулы, т. е. 98 : 3 = 32,67 г.

Грамм-эквиваленты гидроксидов также зависят от характера реакции. Исходя из уравнений

Ca(ОH)2 + HCl= CaOHCl + H2О;

Са(ОН)2 + 2HCl = СаС12 + 2H2О,

можно заключить, что в первом случае грамм-эквивалент равен грамм-молекуле, а во втором – 1/2 грамм-молекулы гидроксида кальция Са(ОН)2.

При вычислении грамм-эквивалентов солей в реакциях обмена обычно де­лят их грамм-молекулу на число ионов металла в молекуле и на его заряд. Одна­ко это правило применяют лишь с учетом поведения соли в реакции.

Пример. В реакции

К2СО3 + 2HCl = 2KCl + Н2O + СО2

 молекула карбоната калия К2СО3 взаимодействует с двумя ионами Н+ и, следовательно, грамм-эквивалент равен 1/2 грамм-молекулы K23. Но в реакции

K23 + НС1 = КНСО3 + KCl

молекула К2СО3 равноценна одному иону H+ и грамм-эквивалент равен грамм-моле­куле К2СО3.

Для определения грамм-эквивалента вещества окислителей или восстано­вителей молекулярную массу (в граммах) делят на число электронов, получае­мых или отдаваемых одной молекулой.

Пример. В кислой среде перманганат калия распадается по следующей реакции:

2КМnО4 → К2О + 2 МnО + 2,5O2,

то есть две молекулы КМnО4 выделяют 5 г-атом кислорода, что соответствует 10 г-атом водорода, на 1 г-моль – 5 г-атом водорода, следовательно, 1 г-экв. КМnО4 будет равен его молекулярной массе (158,03), деленной на 5 (158,03 : 5 = 31,606 г).

Следовательно, в отличие от грамм-молекулы грамм-эквивалент кислоты, гидроксида или соли – число не постоянное, а зависит от реакции, в которой участвует данное вещество.

Растворы одинаковой нормальности реагируют в равных объемах. Если нормальность взаимодействующих растворов различна, то раствора с большей нормальностью расходуется на титрование в соответствующее число раз мень­ше (по объему). При этом произведение объема раствора (затрачиваемого на титрование) на нормальность остается величиной постоянной для обоих реаги­рующих веществ.

N1 • V1 = N2 • V2,

где N1 и N2 – нормальности растворов; V1 и V2 – объемы растворов.

Концентрация насыщенного раствора – это такое содержание растворенно­го в определенном объеме вещества, которое может раствориться при данных условиях (температура и давление). Растворимость вещества выражают кон­центрацией насыщенного раствора в граммах на 100 г чистого растворителя. Большинство химических соединений лучше растворяются при нагревании, поэтому насыщенные растворы обычно готовят путем растворения твердых ве­ществ в горячей воде с последующим охлаждением. При правильном приготов­лении насыщенного раствора некоторое количество кристаллов выпадает в оса­док.