Solução (química)

Em química e farmácia, solução se refere a uma mistura homogênea de pelo menos duas substâncias químicas . O afrouxamento é um processo físico . Uma solução consiste em pelo menos uma substância sólida, líquida ou gasosa dissolvida (solvato) e o solvente normalmente líquido ou sólido (solvente) que constitui a maior parte da solução e que por sua vez pode ser uma solução.

As soluções não são externamente reconhecíveis como tais, pois formam apenas uma fase homogênea : As substâncias dissolvidas são homogênea e estatisticamente distribuídas no solvente como moléculas, átomos ou íons. Você é z. B. com métodos de filtração especiais, como nanofiltração e osmose reversa , separáveis.

propriedades

As propriedades de uma solução dependem igualmente das substâncias dissolvidas e do solvente. A maioria das propriedades muda dependendo da concentração da substância dissolvida. Isso se aplica, por exemplo B. para a intensidade de cor de soluções de substâncias coloridas ( lei de Lambert-Beer ), para a viscosidade, para a condutividade elétrica de soluções iônicas ou para o índice de refração . Portanto, tais propriedades podem ser usadas analiticamente para medir a concentração e para obter informações de conteúdo . No caso de soluções aquosas de sais, o fenômeno da associação iônica deve sempre ser levado em consideração. Isso se aplica ainda mais a solventes com constantes dielétricas mais baixas do que a água, uma vez que a interação eletrostática é mais forte lá.

Propriedades coligativas de soluções são propriedades cujas mudanças dependem apenas do número de partículas dissolvidas, não de suas propriedades químicas. Isso inclui a redução da pressão de vapor e da temperatura de solidificação, bem como o aumento da temperatura de ebulição (com um número crescente de partículas dissolvidas). É feita uma distinção entre soluções ideais e reais. As soluções ideais obedecem a z. B. Leis de Raoult sobre a redução do ponto de fusão molar ou o aumento do ponto de ebulição molar . Soluções reais apenas seguem essas leis lineares exatamente com "diluição infinita" e mostram um efeito de saturação em concentrações mais altas. É semelhante com as outras propriedades das soluções mencionadas acima.

As propriedades das soluções podem ser classificadas da seguinte forma do ponto de vista físico:

• coligativo : diminuição da pressão de vapor , aumento do ponto de ebulição , diminuição do ponto de fusão , pressão osmótica
• aditivo: massa, volume, energia, entalpia
• constitutivo: viscosidade , índice de refração
• combinados: propriedades elétricas, propriedades interfaciais, solubilidade

Componentes

A solução solvente (solventes) são geralmente líquidos, em uma solução aquosa , o solvente é água em uma solução alcoólica , o solvente é etanol.

As soluções com solventes sólidos são geralmente denominadas cristais mistos ou, se tiverem propriedades metálicas, ligas homogêneas .

As substâncias dissolvidas podem ser:

• gasoso (por exemplo, gases do ar, como oxigênio , nitrogênio , dióxido de carbono na água , gás natural no petróleo bruto, cloreto de hidrogênio ou amônia na água)
• líquido (por exemplo, etanol em água, octanagem na gasolina )
• sólido (por exemplo, sal de cozinha ou hidrogenocarbonato de cálcio em água, naftaleno em hexano )

solubilidade

Se e em que quantidade uma substância é solúvel em um solvente depende da solubilidade da substância. Se o máximo possível da substância for dissolvido em uma solução, a solução ficará saturada ; se mais substância for adicionada à solução, isso leva à formação de um sedimento .

Nem todas as soluções têm uma solubilidade limitada , então etanol e água podem ser dissolvidos um no outro em qualquer proporção.

No caso de soluções de gases em líquidos, uma solução é considerada saturada quando um equilíbrio de difusão é estabelecido entre as moléculas de gás que entram na solução e as moléculas de gás que saem da solução. No entanto, bolhas de gás só emergem de soluções de gás supersaturadas (como na água mineral ou vinho espumante) se a soma das pressões parciais da solução de todos os gases dissolvidos for maior do que a pressão mecânica no local da formação da bolha. Não há limite definido para a capacidade de absorção de um líquido por um gás. A "solubilidade" aqui é antes o coeficiente que relaciona a quantidade dissolvida à pressão do gás usado.

separação

No caso de uma solução de substâncias, a substância dissolvida é geralmente fácil de extrair novamente, uma vez que, no caso de uma solução, nenhuma reação química parece ocorrer.

Na verdade, quando os sais são dissolvidos, as ligações iônicas do cristal são quebradas e as moléculas de água formam conchas de hidratação ao redor dos íons ( hidratação ). Muitos iões metálicos formam mesmo catiões complexos bastante estáveis ​​com as moléculas de água , e. B. Ferro hexaqua (III). As ligações mencionadas devem ser completamente reversíveis para que uma mistura de substâncias seja considerada uma solução.

Uma reação também ocorre quando o ácido gasoso ou anidridos básicos são dissolvidos. O cloreto de hidrogênio se dissolve e imediatamente se dissocia quase completamente em íons cloreto e íons hidrogênio, que por sua vez se combinam imediatamente com a água para formar oxônio . Em contraste, a maior parte do dióxido de carbono permanece dissolvido como gás. Uma pequena parte, entretanto, forma ácido carbônico com a água , que por sua vez se dissocia em hidrogenocarbonato , carbonato e oxônio. Essas reações também são completamente reversíveis, i. H. as soluções podem ser separadas novamente sem reagentes adicionais.

Separação de sólidos de líquidos

A evaporação do solvente líquido faz com que a solução gradualmente se torne supersaturada e o sólido cristalize, desde que seja uma solução de uma substância com solubilidade limitada. Quando a evaporação se completa, o sólido permanece como um sedimento no final .

Existem soluções de "sólidos", como B. Hidrogenocarbonato de cálcio , que se desintegra quando a solução é engrossada e, portanto, nem mesmo existe como substância seca. Neste exemplo, um resíduo de carbonato de cálcio é criado enquanto o dióxido de carbono evapora com a água.

A osmose reversa é uma tecnologia cada vez mais utilizada . A solução é pressionada através de uma membrana semipermeável que impede a passagem de íons e moléculas maiores. Esta tecnologia é usada principalmente para tratamento de água e especialmente para dessalinização da água do mar .

Separação de misturas líquidas

Os líquidos podem (em grande parte) ser separados por destilação fracionada . São utilizados os diferentes pontos de ebulição das substâncias envolvidas. Mas, como a substância mais volátil ferve, há também uma pressão de vapor mais baixa do líquido com ponto de ebulição mais alto, de modo que uma pequena proporção dele sempre passa com ele. O álcool só pode ser obtido até aproximadamente 96% de pureza por destilação. Essa mistura é chamada de azeótropo .

Separação de gases e líquidos

O aquecimento da solução leva ao escape do gás, pois sua solubilidade diminui com o aumento da temperatura. Um gás dissolvido só pode ser completamente expelido da solução fervendo o líquido, porque a pressão do vapor atinge então a pressão mecânica e forma bolhas com as quais o gás é completamente expelido. A pressão parcial do solvente nessas bolhas é então 100% da pressão nas bolhas.

Os gases também podem "deslocar" uns aos outros da solução. Para fazer isso, a solução de qualquer gás A deve ser colocada em contato com qualquer gás B, por ex. B. por borbulhamento. Um processo de difusão ocorre então entre as bolhas do gás B e a solução do gás A, no qual necessariamente mais e mais B entra em solução e mais e mais A deixa a solução. O “deslocamento” não tem nada a ver com diferentes solubilidades. Fala-se mais apropriadamente de stripping . Ferver um gás de sua solução é, em princípio, também um processo de separação.

Ligas

Metais fundidos também são principalmente soluções e são chamados de ligas . Vários metais ou não metais são dissolvidos em um componente principal; Por exemplo, alguns fundidos de aço consistem em uma solução de cromo , vanádio e carbono em ferro . As ligas também são contadas entre as " misturas homogêneas ".

Vidro

Como os vidros são misturas super-resfriadas de líquidos, os vidros também podem ser vistos como soluções.

Casos limítrofes

A dissolução de um metal em um ácido não é um processo de dissolução em sentido estrito, pois é uma reação química.

Mas também há casos limítrofes em que uma reação química reversível e um processo de dissolução ocorrem ao mesmo tempo. Exemplos são:

• a dissolução de sódio em amônia líquida,
• a solução de dióxido de carbono em água para formar um equilíbrio com a formação de ácido carbónico e os seus produtos de dissociação ( hidrogénio - e carbonato de - iões ) formas, o B. desaparece quando as folhas de dióxido de carbono da solução (por exemplo, por purga com um outro gás. )

Em geologia

Em geologia, uma distinção também é feita entre os processos de desgaste do congruente e solução incongruente. Fala-se de uma solução congruente quando a rocha está uniformemente e, portanto, completamente dissolvida, por exemplo, quando halita ou calcário é intemperizado em solução , sendo esta última acompanhada pelo estabelecimento de um sistema de dissociação reversível do ácido carbônico (ver acima). Por outro lado, fala-se de uma solução incongruente no caso de uma solução seletiva de minerais individuais ou íons da rocha, por exemplo, no curso do intemperismo do silicato .

Classificação no esquema de substâncias químicas

Classificação esquemática das substâncias

material                                                                                                                               mistura                       Substância pura                                                                                               mistura homogênea                         conexão   elemento                                                                                           Gás Mistura mistura de vários gases   Mistura de liga com propriedades metálicas , contém pelo menos um metal   Solução Sólido ,  líquido , gás dissolvido  em um líquido             molecular   Iônico                                                       mistura heterogênea                                                                                                                             Bolhas de espuma gasosa em um líquido   Bolhas gasosas de espuma rígida em um sólido   Aerossol   Suspensão de partículas sólidas em um líquido   Mistura de emulsão de vários líquidos imiscíveis   Mistura sólida Mistura de vários sólidos imiscíveis                                                                             Partículas sólidas de fumaça em um gás   Partículas de líquido de névoa em um gás

Veja também

• Entalpia de solução
• Mistura cruzada

Links da web

Evidência individual

1. ↑ Reações químicas - processos físicos. Em: ChemieNet.info.
2. ↑ Herzfeldt, Kreuter: Basics of the drug form theory 2: Galenics. Springer Verlag, Berlin, 1999, ISBN 978-3-540-65291-5 .