Šķīdums

Šķīdums ir stabila homogēna dispersa sistēma jeb vairākkomponenšu vienfāzes sistēma. Dispersās sistēmas, kas atbilst sniegtajai definīcijai, mēdz precizējoši saukt par īstajiem šķīdumiem.

 Pamatjēdzieni 

 dispersa sistēma — sistēma, kurā viena viela daļiņu (atomu, molekulu, jonu) veidā ir izkliedēta citā vielā
 homogēna sistēma — viendabīga sistēma
 stabila sistēma — sistēma, kas bez ārēju spēku iedarbības paliek nemainīga
 dispersā fāze — izkliedētā viela
 dispersijas vide — viela, kurā izkliedēta cita viela
 šķīdinātājs — viela, kas, šķīdumam veidojoties, saglabā savu agregātstāvokli (ja šķīdumu veido divi vai vairāki šķidrumi, tad par izšķīdušo vielu uzskata to, kura pēc atdzesēšanas izkristalizējas pirmā; ja šķīdumu veido divas vai vairākas gāzveida vai cietas vielas, par šķīdinātāju var uzskatīt to, kura ir pārākumā)
 dispersijas pakāpe — dispersās fāzes sasmalcinātības pakāpe

 Šķīdumu piemēri 
Šķīdumi, izšķīdušās vielas un šķīdinātāji var atrasties jebkurā agregātstāvoklī.

<tr>
  Šķīdumu piemēri
  Izšķīdusī viela

  Gāze
  Šķidrums
  Cietviela
  Šķīdinātājs
  Gāzveida
  Skābeklis un citas gāzes slāpeklī (gaiss)
  ūdens tvaiks gaisā (gaisa mitrums)
  Jods (elements) sublimējas gaisā
  Šķidrs
  Oglekļa dioksīds ūdenī (gāzētais ūdens)
  Etanols ūdenī; dažādi ogļūdeņraži cits citā (nafta)
  Saharoze (cukurs) ūdenī; nātrija hlorīds (sāls) ūdenī; zelts dzīvsudrabā, veidojot amalgamu
  Ciets
  Ūdeņradis diezgan labi šķīst metālos. Ir bijuši mēģinājumi ūdeņraža uzglabāšanai lietot pallādiju. Šo efektu lietoja arī aukstās kodolsintēzes eksperimentiem
  Heksāns parafīnā, dzīvsudrabs zeltā
  Tērauds, dūralumīnijs, citi metālu sakausējumi

 Šķīdumu veidošanās 
Nosacīti šķīduma veidošanās norisinās trīs pakāpēs.

 Šķīdinātāja molekulu savstarpējo mijiedarbības spēku (van der Vālsa, elektrostatiskie spēki, ūdeņraža saite) pārvarēšana, saukta arī par šķīdinātāja molekulu izplešanu. Šajā procesā tiek patērēta enerģija.
 Šķīdināmās vielas daļiņu savstarpējo mijiedarbības spēku pārvarēšana. Tiek patērēta enerģija.
 Mijiedarbība starp šķīdinātāja un šķīdināmās vielas daļiņām jeb šķīduma veidošanās process. Visbiežāk šajā procesā enerģija izdalās. Vispārīgā veidā šo procesu sauc par solvatāciju un tā produktus sauc par solvātiem. Ja šķīdinātājs ir ūdens, procesu pieņemts saukt par hidratāciju un produktus — par hidrātiem.

Tādējādi šķīšana ir fizikāli ķīmisks process, kas noris jo pilnīgāk, jo noturīgāka saistība rodas starp šķīdinātāju un šķīdināmo vielu. Šķīšana var būt eksotermiska (visbiežāk) vai endotermiska, tās siltumefektu (entalpijas kopējo izmaiņu) nosaka no visu trīs pakāpju siltumefektiem:

.

Vielas ar polāru kovalento saiti vai jonu saiti labāk šķīst polāros šķīdinātājos (ūdens un citi), savukārt, vielas ar nepolāru kovalento saiti labāk šķīst nepolāros šķīdinātājos (benzols u.c.).

 Šķīdība 

Cieto vielu šķīdību parasti raksturo izšķīdušās vielas un šķīdinātāja masu attiecība piesātinātā šķīdumā, visbiežāk to izsaka ar vielas masu gramos, kas noteiktā temperatūrā spēj izšķīst 100 g šķīdinātāja. Ja vielas šķīšana norisinās ar siltuma uzņemšanu, tad temperatūras paaugstināšana šīs vielas šķīdību palielina. Turpretī, ja, vielai šķīstot, siltums izdalās, tad temperatūras paaugstināšana vielas šķīdību samazina.

Gāzes šķīdību noteiktā temperatūrā izsaka ar gāzes masu, kas 101 325 Pa kopspiedienā (gāzes un šķīdinātāja piesātināta tvaika spiedienu summa) izšķīst 100 g šķīdinātāja. Gāzes tilpums — normālos apstākļos. Gāzes, kas mijiedarbojas ar šķīdinātāju, šķīst labāk nekā gāzes, kuru daļiņas saistās ar šķīdinātāja molekulām tikai ar van der Vālsa spēkiem. Gāzēm, kas nereaģē ar šķīdinātāju, ir spēkā Henri likums: nemainīgā temperatūrā noteiktā šķīdinātāja tilpumā izšķīdušās gāzes daudzums ir proporcionāls šīs gāzes spiedienam virs šķīduma:

,

kur  ir izšķīdušās gāzes koncentrācija, ir šīs gāzes spiediens virs šķīduma,  ir proporcionalitātes (Henri) konstante:

,

kur  ir gāzes koncentrācija virs šķīduma. Šī attiecība pie noteiktas temperatūras ir konstants lielums.

Gāzes absorbcijas koeficients norāda, kādu tilpumu dotās gāzes absorbē šķīdinātāja tilpuma vienība normālos apstākļos. Gāzes šķīdība pieaug, palielinot sistēmas spiedienu. Paaugstinot temperatūru, gāzes šķīdība samazinās.

 Šķīdumu skaitliskais sastāvs 

 Izšķīdušās vielas daļa 

 Izšķīdušās vielas  masas daļa  ir šīs vielas masas attiecība pret šķīduma kopējo masu:

 vai .

 Izšķīdušās vielas  daudzumdaļa (moldaļa)  ir šīs vielas daudzuma attiecība pret šīs vielas un šķīdinātāja (solventa) summāro daudzumu:

 vai .

 Izšķīdušās vielas  tilpumdaļa  ir šīs vielas tilpuma attiecība pret šīs vielas un šķīdinātāja tilpumu summu pirms šķīdināšanas:

 vai .

 Šķīdināmās vielas attiecība pret šķīdinātāju 

 Masu attiecība ir šķīdināmās vielas  masas attiecība pret šķīdinātāja masu:

.

 Molalitāte  ir izšķīdušās vielas  daudzums vienā kilogramā šķīdinātāja:

.

 Tilpumattiecība ir šķīdināmās vielas  tilpuma attiecība pret šķīdinātāja tilpumu:

.

 Izšķīdušās vielas koncentrācija 

 Izšķīdušās vielas  daudzumkoncentrācija (molārā koncentrācija)  ir šīs vielas daudzums vienā litrā šķīduma:

.

 Izšķīdušās vielas  ekvivalentu molārā koncentrācija (normālā koncentrācija)  ir šīs vielas ekvivalentu skaits vienā litrā šķīduma:

 .

 Izšķīdušās vielas  masas koncentrācija  ir šīs vielas masas attiecība pret šķīduma tilpumu:

.

 Šķīdumu iedalījums 

Pēc izšķīdušo vielu daudzuma šķīdumus iedala šādi.
 Nepiesātināti šķīdumi. Šķīdumi, kuros dotajos apstākļos vēl var izšķīdināt izšķīdušo vielu. Tie ir termodinamiski stabili.
 Piesātināti šķīdumi. Šķīdumi, kuros dotajos apstākļos izšķīdusī viela ir līdzsvarā ar šķīdumu. Tie ir termodinamiski stabili.
 Pārsātināti šķīdumi. Šķīdumi, kuros ir vairāk izšķīdušās vielas, nekā dotajos apstākļos tur iespējams izšķīdināt. Tie ir termodinamiski nestabili.
Vēl šķīdumus var iedalīt pēc to veidojošo vielu spējas vadīt elektrisko strāvu, tādējādi izšķirot

 elektrolītu šķīdumus un
 neelektrolītu šķīdumus.

 Šķīdumu koligatīvās īpašības 
Šķīdumu koligatīvās īpašības ir īpašības, kuras nosaka izšķīdušās vielas daļiņu tieksme mijiedarboties ar šķīdinātāja molekulām un kuru izpausme ir atkarīga tikai no izšķīdušās vielas daļiņu koncentrācijas. Starp šīm īpašībām ir viršanas un sasalšanas temperatūra, osmotiskais spiediens u.c.

 Atsauces