Растворы - неотъемлемая часть нашей повседневной жизни. Мы пьем чай и кофе, принимаем лекарства, купаемся в море, дышим воздухом - и все это растворы! Без них невозможно представить химическую промышленность, медицину, пищевую индустрию.
Классификация растворов по агрегатному состоянию
В зависимости от агрегатного состояния растворы делятся на:
- Газообразные растворы: смесь газов, образующая воздух (O2, N2, СО2, Ar). Сюда же относится природный газ - смесь преимущественно метана (СН4), этана, пропана и других газообразных углеводов.
- Жидкие растворы: распространенный пример - растворение сахара или соли в воде с образованием сладкого чая или соляного рассола.
- Твердые растворы: сплавы металлов, легированные полупроводники, минералы.
Растворы разных агрегатных состояний имеют свои особенности. Так, растворение газов часто связано с уменьшением энтропии, в то время как растворение кристаллов и жидкостей протекает с увеличением энтропии.
Газообразные растворы находят широкое применение в промышленности и быту: ценные газовые смеси в сварочном деле, растворы газов для наркоза в медицине, бытовой городской газ, синтетические аналоги природного газа. При этом для перевозки, хранения и доставки потребителям газообразные топлива (природный газ, пропан-бутан, водород и др.) сжижают под давлением и в таком виде транспортируют и хранят. Это легко объяснимо: в сжиженном состоянии один объем газообразного топлива занимает в 600-800 раз меньший объем, чем в газообразном состоянии. Такая компримированная форма газообразных растворов позволяет оптимизировать их хранение и транспортировку.
Классификация растворов по размерам частиц
В зависимости от размеров частиц растворенного вещества различают истинные растворы и коллоидные растворы:
- В истинных растворах размер частиц менее 1 нм, их нельзя обнаружить оптическими методами
- В коллоидных растворах размер частиц 1-100 нм, такие частицы можно увидеть с помощью ультрамикроскопа, наблюдая эффект Тиндаля
Для идентификации типа раствора используются различные физико-химические методы. Оптические методы (ультрамикроскопия, нефелометрия и др.) позволяют обнаружить коллоидные частицы. Методы электрофореза и ультрацентрифугирования дают информацию о размерах и заряде частиц. Рентгеноструктурный анализ используется для исследования строения твердых растворов.
Истинные и коллоидные растворы широко используются в промышленности, медицине, косметологии. Коллоидный раствор серебра применяют как антисептик, истинные растворы сахаров незаменимы в кондитерском и консервном производстве. Многие лекарства представляют собой истинные растворы действующих веществ или их коллоидные формы для улучшения всасывания и транспорта в организме.
Классификация растворов по концентрации растворенного вещества
По концентрации растворенного вещества растворы классифицируют на:
- Насыщенные - содержат максимально возможное количество растворенного вещества при данной температуре
- Ненасыщенные - содержат меньше вещества, чем в насыщенном растворе
- Концентрированные - с высоким содержанием растворенного вещества
- Разбавленные - с низким содержанием растворенного вещества
Для определения концентрации растворов используют различные методы:
- Аналитические (титрование, гравиметрия, спектроскопия и др.)
- Расчет по известной массе растворенного вещества и объему растворителя
- Измерение физических свойств, зависящих от концентрации (плотность, индекс рефракции)
Концентрация растворов является ключевой характеристикой, определяющей области их применения. Концентрированные растворы кислот используются в гальванике и металлургии, разбавленные - для очистки поверхностей. Насыщенные растворы сахара входят в рецептуру газированных напитков, а ненасыщенные - используются для подслащивания чая и кофе. Таким образом, классификация растворов по концентрации позволяет выбрать оптимальный вариант для конкретных технологических задач.
Другие способы классификации растворов
Помимо рассмотренных выше, существуют и другие способы классификации растворов:
По электропроводности
По способности проводить электрический ток растворы делят на электролиты и неэлектролиты.
Электролиты в водных растворах диссоциируют с образованием ионов, по которым проходит электрический ток. К таким веществам относятся соли, кислоты, щелочи. Например, при растворении поваренной соли NaCl в воде образуются катионы Na+ и анионы Cl-.
Неэлектролиты в воде не диссоциируют, их молекулы сохраняются целиком. К неэлектролитам относятся сахара, спирты, масла. Их водные растворы не проводят электрический ток.
По химической природе растворенных веществ
По этому критерию выделяют органические и неорганические растворы.
В неорганических растворах в качестве растворенных веществ присутствуют неорганические соединения - соли, кислоты, основания и др. Органические растворы содержат органические вещества - углеводороды, спирты, альдегиды, кетоны и пр.
Классификация растворов по областям применения
Растворы, обладающие уникальными свойствами, находят широкое применение в различных областях науки и техники. В зависимости от назначения их можно разделить на несколько типов:
- Химические растворы
Используются в лабораториях и химической промышленности - титровальные растворы, элюенты для хроматографии, реактивы и др. Например, для травления металлов применяют растворы азотной и соляной кислот.
- Медицинские растворы
Сюда относятся инфузионные растворы, лекарственные препараты для инъекций, антисептики и др. Инфузионные растворы классифицируют по составу и назначению. Раствор Рингера используется для восполнения потерь воды и солей, глюкоза вводится внутривенно при гипогликемии.
- Косметические и гигиенические растворы
Лосьоны, тоники, ополаскиватели для полости рта относятся к гигиеническим средствам на основе водных растворов поверхностно-активных веществ, спиртов, пропиленгликоля и других функциональных компонентов.
- Пищевые растворы
Напитки, соусы, сиропы являются водными, спиртовыми и масляными растворами различных пищевкусовых и ароматических веществ, сахаров, органических кислот, минеральных солей и др. компонентов.
- Специальные растворы
Сюда относят технологические растворы для обработки различных материалов. Например, водные растворы полимеров используются как связующие при производстве бумаги, клееной фанеры и других композитных материалов.
Таким образом, практически в любой области человеческой деятельности применяются растворы с уникальными физико-химическими свойствами, позволяющими эффективно решать поставленные технологические и производственные задачи.
