Любой раствор состоит из растворенного вещества и растворителя, т. е. среды в которой это вещество равномерно распределено в виде мельчайших частичек — молекул или ионов. Если бросить в воду щепотку столовой соли, то последняя постепенно перейдет в раствор, т. е. растворится в воде. При этом жидкость останется прозрачной и однородной, только приобретает отличительные свойства растворенного вещества, т. е соли. В этом примере растворителем является вода, растворенным веществом— столовая соль, а раствором — полученная жидкость, в которой частички соли распределены настолько раздроблено, что обнаружить их присутствие в растворе возможно лишь путем химического анализа или выпариванием жидкости. Растворителем обычно служат жидкости.
Большинство веществ количественно может растворяться в растворителях только до определенного предела. Так, например, если в 100 г воды, имеющей комнатную температуру, всыпать более 36 г столовой соли, то сколько ни взбалтывать воду с солью, вся соль не растворится. Раствор, в котором при определенной температуре взятое вещество не может больше растворяться, называется насыщенным.
Растворимость зависит от химической природы растворенного вещества и растворителя. Многие вещества легче растворяются в горячем растворителе, чем в холодном. В воде растворяются многие твердые тела, жидкости и газы.
Скорость растворения твердых веществ зависит от величины их частиц. Поэтому труднорастворимые твердые вещества следует предварительно измельчать в фарфоровой ступке.
Соотношение между количеством растворенного вещества и раствором называется концентрацией. Концентрацию выражают в весовых процентах, что обозначает количество вещества в граммах, содержащегося в 100 г раствора. Например, 15%ный раствор поваренной соли — это такой раствор, в 100 г которого содержится 15 г соли и 85 г воды. Концентрацию растворов можно выражать также числом молей растворенного вещества в 1 л раствора.
От растворов следует отличать так называемые суспензии и эмульсии. Суспензия — жидкость, в которой рассеяны или взвешены мелкие частицы твердого вещества. Эмульсия — это жидкость, в которой рассеяны мелкие капельки другой жидкости (например, молоко, содержащее во взвешенном состоянии капельки жира).
Самым простым и распространенным растворителем является вода. Растворимость различных веществ в воде колеблется в широких пределах. Если в 100 г воды при комнатной температуре растворяется более 10 г вещества (т. е. более 10%), то такое вещество принято называть хорошо растворимым, если растворяется менее 1 г (т. е. менее 1%) — малорастворимым, и если в раствор переходит менее 0,01 § (т. е. менее 0,01%) — практически нерастворимым. Абсолютно нерастворимых веществ не существует.
С повышением температуры растворимость большинства твердых веществ увеличивается, а растворимость газов, наоборот, уменьшается. Известно, что кипячением можно удалить из воды весь растворенный в ней воздух.
Универсальных растворителей, пригодных для растворения всех веществ, не существует. Растворимость отдельных веществ в разных растворителях во многом зависит от химической природы как растворителя, так и растворяемого вещества. Так, например, бензин и бензол хорошо растворяют каучук, в то время как ацетон и этилацетат не растворяют его. Наоборот, нитроцеллюлоза хорошо растворяется в ацетоне и этилацетате, но не растворяется в бензине и бензоле. Многие анилиновые красители не растворяются в бензине, но растворяются в спирте. Часто отдельные растворители не обладают способностью растворять те или иные вещества, а смесь растворителей становится способной растворять такие вещества. Это имеет практическое значение для выведения пятен и химической чистки одежды.
Приведем краткое описание некоторых из распространенных и имеющих практическое применение в быту растворителей. Вода. Чистая вода не имеет цвета и запаха. Кипит при 100°С, замерзает при 0° С. Плотность воды при +4° С равна единице. Природная вода всегда содержит примеси, которые подразделяются на механические, нерастворимые (песок, глина, ил и др.), и химические, растворимые (соли кальция, магния, железа и др.). В морской воде содержание примесей доходит до 4%.
Химические примеси обусловливают жесткость воды. В такой воде мыло плохо пенится, плохо развариваются овощи и мясо. При нагревании жесткой воды на дне и стенках котлов, посуды, чайников оседает накипь.
Жесткую воду от мягкой можно отличить и так: взять около 5—10 г мыла в виде мелкой стружки и положить в стакан с горячей водой. Если после взбалтывания и охлаждения вода остается прозрачной, значит она мягкая, а если на ее поверхности образуется пленка нерастворимого мыла, то вода жесткая. Наиболее жесткой является артезианская вода, речная — менее жесткой, а самая мягкая — дождевая, снеговая.
Общая жесткость воды состоит из временной и постоянной. Временная жесткость воды обусловлена наличием растворенных в воде двууглекислых солей кальция и магния. Временной она называется потому, что ее можно сравнительно легко устранить простым кипячением. Постоянная, или остаточная, жесткость обусловлена наличием сернокислых солей кальция и магния, которые при кипячении не осаждаются.
Для умягчения воды, т. е. устранения постоянной жесткости, используют химические вещества — умягчители, как, например тринатрийфосфат, кальцинированную, соду, гаксаметафосфат и др. Имеются и специальные умягчители и аппараты для умягчения воды в бытовых условиях.
Полное устранение жесткости воды возможно только при ее перегонке. Такая вода называется дистиллированной.
От механических примесей воду очищают путем фильтрации. Для процеживания небольшого количества воды применяют какую-либо ткань, пористый материал, фильтровальную бумагу, гигроскопическую вату и т. д. Углеводороды. Среди растворителей, применяемых в различных отраслях промышленности и в быту, наиболее распространенными являются жидкие углеводороды. Они обладают способностью хорошо растворять жиры и масла, смолы, лаки, краски, каучук и т. д.
Бензин добывается из нефти. Он бывает нескольких видов: легкий бензин, выкипающий при нагревании до 80° (удельный вес 0,64—0,67 г/см3)-, средний бензин, выкипающий при нагревании до 110—120° (удельный вес 0,67—0,72 г/см3); тяжелый бензин, выкипающий при нагревании до 150° и выше (удельный вес 0,75—0,79 г/см3). Для химической чистки вещей обычно применяют легкие сорта бензина. Из разновидностей бензина чаще всего применяют уайт-спирит, авиационный бензин и газолин.
Уайт-спирит представляет собой бесцветную, прозрачную жидкость. Почти не имеет характерного для бензина запаха. Температура кипения его не выше 165°, температура вспышки не ниже +33°, плотность 0,78—0,80 г/см3. Авиационный бензин — жидкость, подобная уайт-спириту. Температура кипения его 60°, плотность 0,69—0,76 г/см3. Авиабензин более огнеопасен, чем уайт-спирит. Газолин (петролейный эфир) — бесцветная, пахучая, легковоспламеняющаяся жидкость. Температура кипения его 40 70°, удельный вес 0,68. Служит хорошим растворителем для жиров и масел. Асбест (горный лен). Представляет собой минерал волокнистого строения, нетеплопроводный, 'неэлектропроводный и огнестойкий. Имеются несколько разновидностей и сортов асбеста. Наиболее широко применяется хризотиловый асбест, имеющий вид тонковолокнистой массы, плавится при температуре 1500° С, теплостойкость около 600° С. Устойчивость к щелочам высокая, а кислотостойкость слабая. Обладает способностью расщепляться на тонкие волокна, которые при достаточной длине скручиваются в нити.
Из хризотилового асбеста изготовляют различные асбоцементные изделия: облицовочные ленты, стеновые плиты, электроизоляционные доски, водопроводные и канализационные трубы, вентиляционные короба, строительные детали и т. д. Сочетанием асбеста с битумом получают кровельный асбестовый рубероид и различные гидроизоляционные изделия. Широкое применение нашли асбесто-бумажные материалы: асбестовый картон, бумага, фильтры и термоизоляционные изделия.
На основе асбестовых волокон и текстильных материалов изготовляют огнезащитные ткани, набивки, электроизоляционные ленты и другие изделия. Сочетая асбест с резиной, промышленность выпускает асбесто-резиновые листы, из которых делают разнообразные уплотняющие прокладки. Из некоторых видов асбеста изготовляют различные материалы и детали для кислотостойкой аппаратуры.
Поваренная соль (хлористый натрий, каменная соль, столовая соль). Распространенный в природе минерал, образующий в земной коре мощные пласты. Каменную соль добывают из недр открытым или подземным способом, дробят и измельчают до требуемых размеров.
Поваренную соль получают также выпариванием естественных рассолов на солевых заводах.
Главная масса соли находится в воде морей и океанов, где содержание ее составляет около 3,5%. Воды многих озер и источников также содержат в растворе значительное количество поваренной соли. В некоторых непроточных озерах количество соли достигает предела насыщения (около 26%) и соль выделяется из воды этих озер, оседая «а дно.
Кроме того, поваренную соль получают химическим путем в виде белых кристаллов.
Поваренная соль имеет очень большое значение в нашей жизни. Она применяется в быту в качестве необходимой приправы к пище, как консервирующее средство для пищевых
продуктов, как средство, предохраняющее от гниения древесину, кожу и др. Ее используют в химической промышленности при производстве соды, соляной кислоты, сульфата натрия, едкого натра, хлора, белильной извести, органических красителей, а также в мыловаренной, кожевенной, текстильной, бумажной промышленности, при обжиге руд, в холодильном деле, в медицине.
По качеству пищевая соль выпускается следующих сортов:
Примеси,
«Экстра» - 0,8
Высший - 2,0
Первый - 2.5
Второй - 3.5
Кроме пищевой выпускается также йодированная соль, в которой содержание йодистого калия должно быть 2,5 г на 100 кг соли всех сортов, или в пересчете на свободный йод 0,00191%.
Йодированную соль хранят в закрытых сухих емкостях, защищенных от действия атмосферных осадков и света. Гарантийный срок хранения йодированной соли 6 месяцев, после чего она превращается в обычную пищевую соль.
Пищевая соль не должна иметь запаха. Соль сорта «Экстра» должна быть белого цвета, остальные сорта соли могут иметь оттенки: сероватый, желтоватый, розоватый, в зависимости от содержания примесей. Вкус 5%ного раствора соли должен быть чисто соленым без посторонних привкусов. Реакция на лакмус водного раствора соли всех сортов должна быть нейтральная или близкая к ней, т. е. синяя лакмусовая бумага не должна окрашиваться в красный цвет.
Сильвинит. Довольно распространенная руда, состоящая из сильвина (хлористый калий) и галита (хлористый натрий) с примесями различных минеральных соединений солей кальция, магния и др.
Применяют как сырье в производстве химических продуктов, в качестве удобрения.
Выпускается промышленностью в виде молотого сильвинита, представляющего собой рассыпчатый, крупнокристаллический порошок красновато-серого цвета. Содержание хлористого калия в продукте в пересчете на сухое вещество должно быть не менее 22%, остальное — хлористый натрий и другие примеси. Каолин. Состоит в основном из минерала каолинита и других примесей — кварцевый песок, слюда, окись кальция и др.
Каолины различных месторождений отличаются по составу и свойствам. Путем мокрой или сухой обработки каолиновой горной породы получают так называемый обогащенный каолин, который применяется в керамической, бумажной, парфюмерной и резиновой промышленности, а также в химической промышленности для производства сернокислого глинозема, ультрамарина и различных препаратов (дустов) для сельского хозяйства. Мел. Представляет собой осадочную мягкую горную породу белого цвета. Мел, известняк, а также мрамор являются разновидностями чрезвычайно распространенного в природе карбоната кальция. Они различаются твердостью, плотностью и структурной формой. Природный мел содержит различные примеси (окиси железа, алюминия, магния, кремния и др.). Мел находит широкое применение в строительной, химической, стекольной, пищевой и резиновой промышленности, а также в домашнем хозяйстве и медицине. Доломит. Осадочная порода белого, сероватого и других цветов в зависимости от содержащихся в нем примесей. Представляет собой химическое соединение карбоната кальция и магния. Плотность его 2,8—2,9 г/см3.
Применяется главным образом в качестве сырья для производства огнеупорных изделий, флюса в металлургической промышленности, в химической промышленности—для получения извести, магнезиальных солей и металлического магния, для изготовления термоизоляционных материалов, как наполнитель при изготовлении лаков и красок, а также в керамической, кожевенной, резиновой, бумажной и абразивной промышленности, а также в качестве удобрения и пр. Сера. Встречается в природе как в свободном состоянии, так и в различных соединениях, главным образом с такими металлами, как свинцовый блеск, серный колчедан, цинковая обманка, медный блеск, киноварь и другие, а также в солях серной кислоты: гипс, тяжелый шпат, глауберова соль, сернокислый магний и др.
Сера входит также в состав ряда природных газов, содержится в минеральных источниках, морях и океанах, в растениях, в организмах животных и человека.
Элементарную серу и различные ее соединения получают также химическим путем.
Чистая природная сера—твердое, кристаллическое вещество желтого цвета разных оттенков. Плавится при 113° С, кипит при 444,5° С. Плотность ее 2,07 г/см3.
Если нагретую до кипения серу вылить в холодную воду, то она станет пластической, а затем постепенно перейдет в кристаллическую. При быстром охлаждении кипящей серы можно получить тонкий порошок. Отливая расплавленную серу в деревянные формы, получают палочки, бруски, кирпичики и т. д.
Сера в воде не растворяется, а хорошо растворяется в некоторых органических жидкостях.
Сера широко применяется в химической промышленности и для борьбы с вредителями садово-огородных культур. Она служит сырьем для получения серной кислоты, сульфитцеллюлозы, для вулканизации каучука, в производстве красителей и само-светящихся красок и т. д. В фармацевтической промышленности применяется для приготовления различных мазей и лечебных препаратов. Широко используется для окуривания зараженных зернохранилищ, плодоовощехранилищ, чесоточных животных, для опыливания растений, против вредителей и болезней.
Сера — горючее вещество. Ее нельзя хранить вблизи отопительных приборов и трубопроводов. Гипс. Минерал обычно белого цвета, состоит в основном из двуводного сернокислого кальция. Плотность его 2,2—2,4 г/см3. В природе встречаются несколько разновидностей гипса: крупнокристаллический (гипсовый шпат), листовой, чешуйчатый и волокнистый. Природный гипс содержит примеси: песок, известняк, сернистое железо и другие соединения, которые придают гипсу различную окраску.
Путем обжига природного гипса получают штукатурный гипс (алебастр). Обожженый и размолотый гипс применяется как вяжущее вещество в строительном деле, для скульптурных и орнаментных работ и в медицине, главным образом в хирургии.
Необожженый, измельченный гипс используют в сельском хозяйстве для так называемого гипсования (нейтрализации) почв и удобрения некоторых культур. Известняк. Очень распространенная осадочная порода, состоящая главным образом из минерала кальцита (углекислого кальция) с примесью глины, песка, углекислого магния и др. Широко применяется в металлургической (флюсы), строительной, химической, сахарной промышленности, а также для нейтрализации кислых почв.
При обжиге известняка получают известь, а при гашении извести водой — известковое молоко. Они широко применяются при строительных и ремонтных работах.