محلول ها ، مخلوط هایی همگن هستند. محلول ها را معمولا بر حسب حالت فیزیکی آنها طبقه بندی می‌کنند : محلول های گازی ، محلول های مایع و محلول های جامد . درمحلول گاز - مایع یا جامد - مایع معمولا مایع ، حلال و جز دیگر ماده حل شونده می‌باشد. اما دریک مخلوط مایع - مایع انتخاب جز حلال و حل شونده دشوار است. مگر اینکه مقدار یکی بیشتر از دیگری باشد. وقتی در مورد محلول ها بحث می‌شود. اولین چیزی که به ذهن می‌آید غلظت آنها می‌باشد. غلظت عبارت است از مقادیر نسبی اجزا موجود در یک محلول. مثلا محلولی که شامل مقدار کمی ماده حل شده باشد، محلول رقیق می‌باشد یا اگر مقدار ماده حل شده بیشتر شود، محلول غلیظ نامیده می‌شود. خواص محلول ها به مقادیر نسبی ماده حل شده در حلال بستگی دارد. برای همین است که درکارهای کمی مربوط به محلول ها ابتدا باید غلظت ها را مشخص کرد. محلول های مایع متداولترین محلول ها هستند و بیشترین کاربرد را در بررسی های شیمیایی دارند. هوا هم مثالی برای محلول های گازی می‌باشد.
ماهیت محلول ها
در یک محلول ، معمولا جزئی که از لحاظ کمیت بیشترین مقدار را دارد ، حلال و سایر اجزا را مواد حل شده (حل شونده) می‌گوییم. اما گاهی آسان تر آن است که جزئی از محلول را با آنکه مقدارش کم است، حلال بنامیم و گاهی اصولا اطلاق نام حلال و حل شونده به اجزای یک محلول (مثلا محلول های گازی ) چندان اهمیتی ندارد. بعضی از مواد به هر نسبت در یکدیگر حل می‌شوند.
امتزاج پذیری کامل از ویژگی های اجزای تمام محلول های گازی و بعضی از اجزای محلول های مایع و جامد است. ولی غالبا ، مقدار ماده ای که در حلال معینی حل می شود، محدود است. انحلال پذیری یک ماده در یک حلال مخصوص و در دمای معین ، بیشترین مقداری از آن ماده است که در مقدار معینی از آن حلال حل می شود و یک سیستم پایدار به وجود می آورد.
غلظت محلول ها
برای یک محلول معین ، مقدار ماده حل شده در واحد حجم حلال یا در واحد حجم محلول را غلظت ماده حل شده می‌گوییم. مهمترین نوع غلظت ها که در آزمایشگاه به کار می‌رود مولاریته و نرمالیته است. مولاریته عبارت است از تعداد مول های یک ماده که در یک لیتر محلول وجود دارد. به همین دلیل آن را مول بر لیتر یا می‌گیرند. نرمالیته یک محلول عبارت است از تعداد هم ارز گرم های (اکی والان گرم های) ماده موجود در یک لیتر محلول. نرمالیته را با N نشان می‌دهند. در مورد این مفاهیم در ادامه توضیح داده خواهد شد .
انواع محلول ها
محلول سیر شده
اگر مقدار ماده حل شده در یک محلول برابر با انحلال پذیری آن در حلال باشد، آن محلول را محلول سیر شده می‌نامیم. اگر به مقداری از یک حلال مایع ، مقدار زیادی ماده حل شونده ( بیشتر از مقدار انحلال پذیری آن ) بیفزاییم ، بین ماده حل شده و حل شونده باقیمانده تعادل برقرار می‌شود. ماده حل شونده باقیمانده ممکن است جامد ، مایع یا گاز باشد. در تعادل چنین سیستمی ، سرعت انحلال ماده حل شونده برابر با سرعت خارج شدن ماده حل شده از محلول است. بنابراین در حالت تعادل ، غلظت ماده حل شده مقداری ثابت است.
محلول سیر نشده
غلظت ماده حل شده در یک محلول سیر نشده کمتر از غلظت آن در یک محلول سیر شده است.
محلول فراسیرشده
می‌توان از یک ماده حل شونده جامد ، محلول فراسیر شده تهیه کرد که در آن، غلظت ماده حل شده بیشتر از غلظت آن در محلول سیر شده است. این محلول ، حالتی نیمه پایدار دارد و اگر مقدار بسیار کمی از ماده حل شونده خالص بدان افزوده شود، مقداری از ماده حل شده که بیش از مقدار لازم برای سیرشدن محلول در آن وجود دارد، رسوب می‌کند.
خواص فیزیکی محلول ها
بعضی از خواص محلول ها به دو عامل ، نوع ماده حل شده و غلظت آن در محلول بستگی دارند. این مطلب برای بسیاری خواص فیزیکی محلول ها از جمله ، محلول های آبی درست به نظر می‌رسد. برای مثال، محلول نمک طعام در آب بی رنگ پرمنگنات پتاسیم در آب، بنفش صورتی است ( در اینجا نوع ماده حل شده مطرح است ). افزون بر این ، می‌دانیم که هر چه بر محلول پرمنگنات آب بریزیم و آن را رقیق تر کنیم، از شدت رنگ آن کاسته می‌شود ( اینجا غلظت محلول مطرح است ).
یکی دیگر از خواص فیزیکی که به این دو عامل بستگی دارد، قابلیت هدایت الکتریکی محلول آبی مواد گوناگون است. چهار خاصه فیزیکی دیگر از محلول ها وجود دارد که به نوع و ماهیت ذرات حل شده بستگی ندارد، بلکه فقط به مجموع این ذرات وابسته است. به عبارت دیگر ، تنها عامل موثر بر خواص محلول در اینجا ، غلظت است. چنین خواصی از محلول را معمولا "خواص جمعی محلول ها" (خواص کولیگاتیو Colligative properties) می‌نامند و عبارتند از کاهش فشار بخار ، صعود نقطه جوش ، نزول نقطه انجماد و فشار اسمزی.
محلول سازی
محلول سازی یکی از متداواترین و در عین حال دقیق ترین کارهایی است که در آزمایشگاه انجام می شود.
محلول سازی به معنای ساختن محلول مورد نظر و لازم از محلول های استاندارد می باشد.
محلول استاندارد محلولی است که در آن ، رابطه بین مقادیر ماده حل‌شده و محلول یا رابطه بین مقدار ماده حل‌شده و حلال به نحوی معلوم باشد. با معلوم بودن مقدار ماده حل‌شونده و مقدار حلال تشکیل دهنده محلول ، غلظت محلول مشخص می‌گردد . بسیاری از واکنشها در حالت محلول انجام می‌شوند و محاسبه‌های کمی برای این‌گونه واکنشها بر مبنای غلظت آن ها صورت می‌گیرد. برای بیان غلظت ، روش‌های گوناگونی وجود دارد و محلول های استاندارد را براساس غلظت بیان می‌کند.
محلول های استاندارد کاربردهای زیادی دارند ، از جمله در تجزیه های تیترسنجی (تیتراسیون) ، واکنش‌های خنثی شدن و واکنش‌های اکسیداسیون-احیا و...
برای محلول سازی باید ابتدا با واحدها و روش های بیان غلظت یک محلول ، آشنایی کامل داشت.
متداولترین اصطلاحات و واحدها در محلول سازی :
درصد جرمی
عبارت است از مقداری ماده حل‌شونده در 100 گرم محلول :
100× ( جرم محلول / جرم ماده حل شونده ) = درصد جرمیW %
در صورت و مخرج باید از یک نوع یکای جرم استفاده شود. یعنی هر دو باید برحسب میلی‌گرم ، گرم یا کیلوگرم بیان شوند. درصد وزنی معمولا برای بیان غلظت تجارتی محلول های آبی در واکنشگرها به کار می رود و به عنوان مثال اسیدنیتریک به صورت محلول 70% به فروش می رسد که در100 گرم آن ، 70 گرم اسیدنیتریک وجود دارد.
درصد حجمی
عبارت است از لیترجسم حل شده برلیترمحلول ضرب در100.
100× ( لیترمحلول / لیتر جسم حل شده ) = درصد حجمی V%
درصد جرمی - حجمی
100× ( حجم محلول به میلی لیتر/ جرم ماده حل شده به گرم ) = درصد جرمی - حجمی
این غلظت برای بیان ترکیب محلول های آبی رقیق و واکنشگرهای جامد به کار می رود بنابراین یک محلول آبی 5% از نیترات نقره ، محلولی می باشد که ازحل کردن 5 گرم نیترات نقره درمقدار کافی آب مقطر برای تولید 100 میلی لیتر محلول استفاده شده است.
کسرمولی
کسرمولی یک جزء سازنده محلول ، نسبت عده مول های آن جزء به تعداد کل مول های تمام اجزاء موجود درمحلول می باشد.
کل مول های اجزاء محلول … nC+ nB+ nA+ / تعدادمول جسم nA = کسرمولی جسم A
ppm
برای محلولهای بسیار رقیق ، معمولا غلظت بر حسب قسمت در میلیون (ppm) بیان می‌شود و عبارت است از وزن جسم حل شده برحسب میلی گرم در یک لیتر از محلول .
لیتر محلول / میلی گرم ماده حل شونده = ppm
از ppm برای بیان مقادیر بسیار کم کاتیون‌ها و آنیون‌ها در آب دریا ، بدن جانداران ، بافت‌های گیاهی و میزان آلاینده‌های هوا و به طور کلی ، در مواردی که مقدار ماده حل‌شونده خیلی جزئی باشد ، استفاده می‌شود.
گرم در لیتر ( غلظت معمولیC )
در این محلول‌ها ، مقداری ماده حل‌شونده در یک لیتر محلول وجود دارد.
حجم محلول به لیتر/ مقدار ماده حل شونده به گرم = C
برای مثال ، اگر در 200 میلی‌لیتر از محلولی به اندازه 4 گرم پتاسیم کلرید حل‌شده باشد ، غلظت معمولی این محلول ، 20 گرم در لیتر خواهد بود.
ابتدا میلی لیتر به لیتر تبدیل شود:
و سپس جای گذای در فرمول شود:
غلظت مولار ( مولاریته CM)
غلظت مولار رایج‌ترین روش برای بیان غلظت است و مولاریته یک محلول عبارت است از مقدار مول های جسم حل شده در یک لیتر از محلول. این غلظت را به صورت میلی مول حل شده در میلی لیتر هم بیان می‌کنند و یکی از پر کاربردترین مفاهیم غلظت در شیمی تجزیه می‌باشد. این تعریف بر اساس حجم کل محلول استوار است. وقتی غلظت محلول بر حسب مولاریته بیان می‌شود، محاسبه مقدار ماده حل شده موجود در یک نمونه معین از محلول آسان است. تعداد مول های جسم حل شده از تقسیم کردن وزن آن بر حسب گرم به وزن فرمولی آن (وزن مولکولی ، وزن اتمی ، وزن یونی) بدست می‌آید.
حجم محلول (لیتر) / مقدار ماده حل شونده (مول) = غلظت مولار (M)
غلظت مولال ( مولالیته m )
محلولی که در آن یک مول ماده حل‌شونده در یک کیلوگرم حلال حل شده باشد ، محلول مولال نامیده می‌شود. از غلظت مولال در مطالعه خواص کولیگاتیو محلول‌ها به کار می‌رود.
کیلوگرم حلال / مقدار ماده حل شونده (مول) = غلظت مولال (m)
غلظت نرمال ( N )
محلول نرمال ، محلولی است که یک اکی والان گرم ماده حل‌شونده در یک لیتر آن و یا یک میلی‌اکی‌والان گرم در هر میلی لیتر آن حل شده باشد.
مفهوم اکی والان گرم : مقدار وزن اکی والان مواد مختلف طبق رابطه زیر به دست می‌آید:
که در آن M جرم مولکولی و n ( ظرفیت ) برای مواد مختلف به قرار زیر بدست می‌آید:
مقدار n برای اسیدها برابر تعداد هیدروژن‌های اسیدی H و برای بازها ، برابر تعداد -OH ، برای نمک‌ها برابر ظرفیت فلز ضرب‌در تعداد فلز و برای واکنش‌های اکسایش- کاهش برابر درجه کاهش یا اکسایش است.