Roztwór to jednorodna mieszanina dwóch lub większej liczby substancji chemicznych tworzących jedną fazę.

Roztwory substancji powstają w wyniku mieszania się ich cząsteczek. Cząsteczki jednej substancji "wciskają" się w wolne przestrzenie miedzy cząsteczkami drugiej.

Koloidy (układy koloidowe, układy dyspersyjne):

Jest to rodzaj niejednorodnej mieszaniny, w której jedna substancja tworzy zawiesinę w drugiej (widoczne są dwie fazy mieszaniny). Dyspersją substancji rozproszonej/zawieszonej nazywamy stopień jej rozdrobnienia w tej drugiej substancji (rozpraszającej, fazie ciągłej).

Wyróżniamy: koloidy fazowe - granica miedzy fazami jest widoczna dopiero pod ultra mikroskopem; koloidy cząsteczkowe - fizycznie wyglądają na jednorodne, ale to dzięki temu, że wymieszane w nich związki są wielkocząsteczkowe; koloidy asocjacyjne (micelarne) - z widocznymi grupkami zawieszonej substancji - tzw. micelami.

Właściwości koloidów: elektryczne i optyczne. Przykłady koloidów: naturalne - limfa, cytoplazma, krew, mleko; sztuczne - kleje, lakiery, farby, itp.

Ruchy Browna:

chaotyczne ruchy drobnych cząstek tworzących zawiesiny w cieczy lub gazie. Możemy je zaobserwować, tak jak to uczył ich odkrywca - Roberta Browna (1773-1858) - pod mikroskopem. Ich istnienie potwierdza kinetyczną teorię materii i jej wpływ na stan skupienia i strukturę danego ciała.

Roztwory: ciało stałe w cieczy i ciecz w ciele stałym:

  • Zachodzące reakcje: Cząsteczki cieczy penetrują ciało stałe, w kierunku od jego powierzchni do środka, wnikając coraz bardziej między jego cząstki. Natomiast cząsteczki ciała stałego stopniowo poprzez dyfuzję oraz ruchy koloidowe przemieszczają się do cieczy, między jej cząsteczki. Jeśli ciało stałe i ciecz przenikają się wzajemnie to tworzą roztwór w postaci tzw. żelu.

Przykłady:

  • Mydło rozpuszcza się w wodzie - już po kilku minutach po włożeniu mydła do wody, woda staje się mętna, od cząsteczek mydła, które się w niej powoli rozpuszczają.
  • Cukier rozpuszcza się w herbacie - powstaje słodki roztwór.
  • Morza i oceany są z kolei słonymi roztworami. Rozpuszcza się w nich sól kamienna, występująca na dnie.
  • Żelatyna rozpuszcza się samorzutnie w wodzie.
  • Skrobia ziemniaczana rozpuszczając się w wodzie nadaje jej stopniowo fioletowe zabarwienie.

We wszystkich tych przykładach, bardziej widoczna jest "inwazja" cząsteczek ciała stałego między cząsteczki cieczy. Wypełnianie pustych miejsc przez cząsteczki cieczy w ciele stałym możemy zaobserwować, gdy:

  • zmoczymy dwa szkiełka i przytkniemy je do siebie. Chcąc je z powrotem rozdzielić zauważymy, że nie chcą się rozdzielić. Są jakby sklejone - bo ciecz zdążyła się już wcisnąć między mocno upakowane cząsteczki szkła.

Rozpuszczając ciało stałe w cieczy, lub odwrotnie zauważamy, że w zależności od ilości tych dwóch substancji oraz ich właściwości, powstają roztwory bardziej lub mniej nasycone. Według stopnia nasycenia roztworów, dzielimy je na:

      • roztwory nienasycone - to roztwory, które przy zachowaniu odpowiednich warunków termodynamicznych (temp. i cieśn.), mogą jeszcze przyjąć pewną ilość substancji stałej do rozpuszczenia.
      • roztwory nasycone - to roztwory, które przy danych warunkach termodynamicznych osiągnęły jakby swoje "maksimum" w możliwości rozpuszczania w sobie substancji stałej. Nawet gdy będziemy ją dalej dodawać do roztworu (przy tych samych warunkach termodynamicznych!), to on nie zmieni swojego stężenia. Nie wytrąci się też z niego żaden osad.
      • roztwory przesycone - to roztwory o stężeniu większym od stężenia roztworu nasyconego przy określonej temperaturze. Roztwory te nie pozostają w takim stanie zbyt długo, gdyż jest on termodynamicznie bardzo niestabilny. Oznacza to, że każde zaburzenie tego stanu, przez nawet wstrząśniecie czy pyłek kurzu może spowodować, że nadmiar substancji rozpuszczonej zacznie się krystalizować. Najprostszym przykładem roztworu przesyconego jest miód - nadmiernemu rozpuszczaniu ulega w nim glukoza, a jej krystalizacja trwa nawet do kilku miesięcy. Co łatwo zaobserwować w warunkach domowych. Roztwory przesycone otrzymuje się poprzez powolne oziębianie roztworów nasyconych.

Roztwory: Ciecz w cieczy:

Zachodzące reakcje:

Cząsteczki łączonych cieczy mogą:

  • swobodnie się mieszać (proces dyfuzji i ruchów koloidowych) - jak w przypadku wody i alkoholu, wody i herbaty, itp.
  • nie mieszać się wcale - jak olej i woda
  • mieszać się częściowo.

Roztwory większej ilości cieczy (powyżej 2), najczęściej są również niestabilne i tworzą tzw. układy fazowe, przedstawiane w formie tzw. trójkąta Gibbsa. W zależności od stężenia mieszanych cieczy, możemy zaobserwować, że wszystkie ciecze są jednolicie wymieszane, albo stworzyły dwa (lub więcej) odrębne fazowo roztwory, albo też wszystkie składowe ciecze są wyraźnie oddzielone.

Przykłady:

  • Najbardziej popularną cieczą używaną do roztworów jest woda. Można ją łączyć z wieloma substancjami płynnymi.
  • w warunkach domowych, często wlewamy wodę do zbyt gęstego soku, aby go w ten sposób rozcieńczyć, czyli utworzyć ciecz o większej gęstości, niż woda, ale mniejszej niż początkowy - gęsty sok. Rozcieńczenie soku spowoduje również osłabienie intensywności jego smaku.
  • Jeśli wlewając jedną ciecz do drugiej zauważamy, że powstaje zawiesina, to otrzymujemy emulsję (typ koloidu stanu ciekłego ) np. emulsje prawie jednorodne: mleko, majonez, lakier do paznokci, farba olejna (emulsyjna); emulsje z wyraźnymi zawiesinami - sok z marchwi, zupa, itp.

Ciało stałe w ciele stałym:

Zachodzące reakcje:

Cząsteczki ciał stałych mieszają się ze sobą za pomocą dyfuzji. Jednak, aby była ona możliwa, ciała muszą do siebie przylegać, gdyż w ciałach stałych cząsteczki mocno przyciągają się wzajemnie, aby utrzymać zwartą strukturę i powierzchnię. Takie oddziaływania zabierają im prawie wszystkie "siły" i aby jej resztkami przyciągnąć jeszcze jakieś cząsteczki z zewnątrz, muszą być bardzo blisko powierzchni drugiego ciała (stykać się z nim) i to przez dłuższy czas.

Roztwory ciał stałych w ciałach stałych nazywamy roztworami stałymi. Są one kryształami mieszanych substancji chemicznych.

Przykłady:

  • stop srebra, złota i innych kruszców - zauważył to pewien fizyk: położył na sobie sztabkę złota i ołowiu, ale po paru tygodniach nie udało mu się już rozłączyć tych dwóch sztabek. Po kilkunastu tygodniach można było zauważyć małe cząsteczki ołowiu w złocie, a złota w ołowiu. (wszystko działo się w bardzo ciepłym pomieszczeniu, przez co proces zachodził nieco szybciej niż w niższych temperaturach).

Ciała stałego w gazie oraz gazu w ciele stałym:

Zachodzące procesy:

Cząsteczki gazu z najbliższego otoczenia ciała stałego stopniowo mieszają się z jego cząsteczkami za sprawą dyfuzji i ruchów Browna. Rozpuszczaniu się ciała stałego w gazie najbardziej sprzyja wysokie ciśnienie.

Przykłady:

  • unoszący się kurz w powietrzu
  • sadza i dym unoszące się w powietrzu
  • w czasie produkcji pumeksu lub styropianu, cząsteczki gazu pochodzące ze składników tych produktów, wypełniają dostępne wolne miejsca - tworząc skupiska. W czasie twardnienia produktów w miejscu wcześniejszego pobytu cząsteczek gazu pozostaje już tylko dziura.

Ciecz w gazie i gaz w cieczy:

Zachodzące reakcje:

Cząsteczki cieczy wnikają w gaz i mieszają się z jego cząsteczkami w wyniku dyfuzji oraz parowania, natomiast cząstki gazu przechodzą do cieczy w wyniku dyfuzji.

Przykłady:

  • gdy rozpylamy ciekły odświeżacz powietrza lub perfum. Samo rozpylanie przy dużym ciśnieniu, ma na celu jak najmocniejsze podzielenie cząsteczek cieczy na drobniutkie kropeleczki, aby było jej łatwiej wymieszać się z powietrzem.
  • Mgła w powietrzu - roztwór wody i powietrza.
  • Piana na falach morskich - roztwór gazu w cieczy. Cząsteczki powietrza przedostają się do pustych miejsc w między cząsteczkami wody. Z racji swej lekkości wydostaje się jednak prawie na powierzchnię wody, ale niestety zostaje "uwięziony" przez błonkę z wody.

Gaz w gazie:

Zachodzące reakcje:

Gazy bez względu na rodzaj i skład, mieszają się zupełnie swobodnie, dzięki temu, że ich cząsteczki są znacznie od siebie oddalone i bardzo słabo na siebie oddziałują. Gazy tworzą zawsze roztwory rzeczywiste, tzn. nie tworzą nigdy koloidu, w którym widoczna byłaby zawiesina jednego gazu w drugim.

Przykłady:

  • Powietrze to roztwór gazowy składający się z tlenu, azotu i innych gazów.
  • Roztworem gazowym jest także propan-butan.