Истинные растворы. Гидратная теория растворов Д. И. Менделеева
Истинные растворы характеризуются полной гомогенностью и благодаря небольшой разнице между размерами молекул растворенного вещества и растворителя, а также отсутствию пограничных поверхностей раздела между ними представляют собой однофазные дисперсные системы.
Для истинных растворов характерна большая прочность связи между растворенным веществом и растворителем. Растворенное вещество в дальнейшем не отделяется от раствора и, находясь под непрерывным воздействием теплового движения, остается равномерно распределенным в жидкости. Раствор сохраняет гомогенность неопределенно долгое время, если только в нем не происходит никаких самопроизвольных вторичных процессов, изменяющих химическую природу (состав) растворенного вещества (гидролиз, окисление, действие света и т. п.). Устойчивость растворов очень важна в практическом отношении. С ней связана широко используемая возможность заготовки различных растворов, в. запас, а также возможность приготовления растворов, применяемых в качестве жидких лекарств, путем разведения соответствующих «концентратов», как это имеет место, например, при использовании бю-реточной системы (см. с. 160, 425).
В технологическом отношении наиболее важными вопросами, связанными с растворами, являются концентрация растворов и их приготовление, т. е. процесс растворения.
Необходимая концентрация растворов определяется соответствующими указаниями в рецепте или, если раствор стандартизован, в соответствующей прописи. В фармацевтической практике концентрация растворов выражается: 1) отношением растворенного вещества к растворителю; 2) отношением растворенного вещества к раствору; 3) в виде процентного содержания растворенного вещества (чаще всего).
При первом способе обозначения концентрация раствора {например, 1 + 2; 1 + 9) 1 весовая часть растворяемого вещества растворяется в 2 частях по массе или соответственно в 9 частях по массе растворителя, т. е. в первом случае получается 33,3%, во втором - 10% раствор.
При втором способе используются знаки деления(:). Например, 1:10. В этом случае 1 весовую часть исходного вещества растворяют до получения 10 мл раствора, т. е. приготовляют 10% раствор.
При выражении концентрации раствора в процентах важно различать процент по массе, процент по объему, процент по массо-объему. Они не равноценны друг другу. Процент по массе обозначает 1 часть (по массе) растворенного вещества в 100 частях (по массе) раствора, процент по объему-1 часть по объему (например, 1 мл) вещества в 100 частях по объему (миллилитрах) раствора. Процент по массо-объему соответствует 1 части по массе (грамму) растворенного вещества в 100 частях по объему (миллилитрах) раствора.
Если концентрация выписанного в рецепте раствора указана в процентах, то следует подразумевать проценты по массо-объему. При определении спирта под его процентным содержанием следует подразумевать процент по объему.
Как известно, процент растворения обладает большой качественной и количественной специфичностью. Существенную роль играет природа растворяемого вещества и растворителя. Одно и то же вещество в разной степени растворимо в различных растворителях. Сходные отношения имеют место и при растворении разных веществ в одном и том же растворителе. Специфичность процесса растворения вынуждает вводить необходимое для практических целей понятие о растворимости вещества в том или другом растворителе. Растворимость вещества принято определять как концентрацию раствора, насыщенного при данных условиях. В фармацевтической практике при составлении различных таблиц растворимости и других справочных пособий растворимость вещества чаще всего обозначают в виде отношения количества растворенного вещества к количеству насыщенного раствора, которое можно из него приготовить. Обычно это отношение приводится к 1 части по массе растворимого вещества (например, 1:3, 1:150, 1:1320 и т. д.). В других случаях растворимость определяется предельным количеством вещества, растворимым в 100 частях растворителя (например, 0,04; 1,3; 129). Приведенные в скобках обозначения показывают, что в 100 частях растворителя соответственно растворяется 0,04; 1,3 и 129 г вещества). Очень часто растворимость обозначают процентной концентрацией насыщенного раствора. При практическом использовании справочных пособий, в том числе таблиц растворимости, необходимо ясно представлять себе, какой именно способ обозначения растворимости принят в данном источнике.
Как известно, растворимость сильно зависит от температурных условий и в некоторой степени от измельченности растворяемого вещества. В подавляющем большинстве случаев при повышении температуры существенно увеличивается растворимость вещества. Однако, как уже отмечалось, из этого правила имеется ряд исключений. Например, растворимость кальция гидроокиси, кальциевой соли лимонной кислоты, кальция глицерофосфата, кальция сульфата, паральдегида, газов при повышении температуры уменьшается. Растворимость в воде десятиводного натрия сульфата увеличивается до 34°С и падает при дальнейшем повышении температуры. Измельчение
вещества в тонкий порошок приводит к увеличению его растворимости. Одновременно и притом часто значительно увеличивается скорость растворения.
С практической стороны существенно важным руководящим правилом, позволяющим до известной степени разобраться в общих закономерностях растворимости, является давний принцип, установленный еще алхимиками: similia similibus solventur - подобное растворяется в подобном.
Это правило растворимости сводится к тому, что растворители, состояние из неполярных или малошолярных молекул (петролинейный эфир, бензин, жидкий парафин, триглицериды предельных жирных кислот и т. п.), хорошо растворяют неполярные или малополярные соединения. Вещества, построенные из молекул большой полярности, растворяются в таких растворителях хуже. Наконец, соединения, обладающие максимальной полярностью, например построенные по ионному типу, оказываются в указанных растворителях практически нерастворимыми. Наоборот, растворители с резко выраженной полярностью молекул (вода), как правило, хорошо растворяют полярные, в частности ионогевные, вещества и плохо растворяют неполярные соединения.
Полярность растворителя обычно характеризуется величиной его диэлектрической постоянной. Любая среда, имеющая малую электропроводность (диэлектрик), обладает способностью экранировать действие электрических зарядов. Диэлектрическая постоянная показывает, во сколько раз по сравнению с вакуумом (е = 1) данная среда ослабляет силы взаимодействия между точечными электрическими зарядами. По величине диэлектрической постоянной растворители можно расположить в один ряд соответственно увеличению их полярности.