Dung dịch là gì? Tính chất, phân loại và ứng dụng

Định nghĩa dung dịch là gì?

Trong hóa học, dung dịch là hỗn hợp đồng nhất của hai hay nhiều chất, trong đó một chất gọi là dung môi và các chất còn lại gọi là chất tan. 

Ví dụ: Đường tan trong nước tạo thành nước đường. Khi đó, nước đường chính là dung dịch, nước là dung môi và đường là chất tan.

Định nghĩa về dung môi

Các thành phần của dung dịch

Theo định nghĩa về dung dịch ở trên thì dung dịch chính là hỗn hợp đồng nhất của hai hoặc nhiều chất, trong đó một chất gọi là dung môi và các chất còn lại gọi là chất tan.

Thế nào là dung môi?

Dung môi là một chất hóa học có khả năng hòa tan các chất khác (ở thể rắn, lỏng, khí) để tạo thành một thể đồng nhất hay nói ngắn gọn dung môi là chất có khả năng hòa tan chất khác để tạo thành dung dịch. Dung môi thường chiếm phần lớn thể tích của dung dịch. Dung môi thường là chất lỏng nhưng cũng có thể là chất rắn, chất khí hoặc chất lỏng siêu tới hạn.

Dung môi quan trọng và phổ biến nhất là nước. Dung môi là những chất hữu cơ như xăng, cồn, dầu ăn,… gọi là dung môi hữu cơ.

Thế nào là chất tan?

* Chất tan là chất được hòa tan trong dung môi để tạo thành dung dịch. Chất tan thường chiếm phần nhỏ thể tích của dung dịch. Chất tan thường là chất rắn, lỏng hoặc khí, nhưng cũng có thể là chất plasma. Ví dụ, đường là chất tan trong nước, muối là chất tan trong nước và carbon dioxide là chất tan trong nước dưới dạng khí hòa tan. Có những chất tan trong dung môi này như không tan trong dung môi khác.

* Khả năng tan của một chất tan trong dung môi phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

- Tính chất của dung môi và chất tan: Dung môi và chất tan có tính chất tương tự nhau thì sẽ dễ hòa tan hơn. Ví dụ, nước là một dung môi phân cực và đường cũng là một chất phân cực. Do đó, đường dễ hòa tan trong nước hơn so với trong ethanol, một dung môi không phân cực.

- Nhiệt độ: Nhiệt độ thường làm tăng khả năng tan của chất tan trong dung môi. Ví dụ, muối dễ hòa tan trong nước nóng hơn trong nước lạnh.

- Áp suất: Áp suất thường làm tăng khả năng tan của chất khí trong dung môi. Ví dụ, carbon dioxide dễ hòa tan trong nước dưới áp suất cao hơn.

* Tốc độ hòa tan của một chất cũng phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất. Nhiệt độ càng cao thì tốc độ hòa tan càng nhanh.

* Biện pháp để chất rắn tan nhanh trong dung môi:

- Khuấy dung dịch: tạo ra tiếp xúc mới giữa phân tử chất rắn và các phân tử nước

- Đun nóng dung dịch: Ở nhiệt độ càng cao, các phân tử chuyển động càng nhanh làm tăng số lần va chạm giữa các phân tử nước và bề mặt chất rắn.

- Nghiền nhỏ chất rắn làm tăng diện tích tiếp xúc giữa chất rắn và phân tử nước, kích thước của vật rắn càng nhỏ thì sự hòa tan diễn ra càng nhanh.

Phân loại dung dịch

Theo trạng thái của dung môi

- Dung dịch khí: Dung dịch có dung môi là chất ở trạng thái khí. Ví dụ: không khí là một dung dịch khí của oxy, nitơ, và các khí khác.

- Dung dịch rắn: Dung dịch có dung môi là chất ở trạng thái rắn. Ví dụ: thủy tinh là một dung dịch rắn của silica, natri oxit, và calci oxit.

- Dung dịch lỏng: Dung dịch có dung môi là chất ở trạng thái lỏng. Ví dụ: nước muối là một dung dịch lỏng của nước và muối.

Theo khả năng tan của chất tan

- Dung dịch bão hòa là dung dịch có chứa chất tan đến mức không thể hòa tan thêm chất tan vào được nữa.

- Dung dịch chưa bão hòa là dung dịch có thể hòa tan thêm chất tan vào được nữa.

- Dung dịch quá bão hòa là dung dịch có chứa chất tan vượt quá mức bão hòa.

Độ bão hòa của một dung dịch thay đổi theo nhiệt độ (t^o C), P (áp suất) và tùy thuộc vào chất tan rắn, lỏng hay chất dễ bay hơi.

Theo tính chất của dung dịch

- Dung dịch điện giải: Dung dịch chứa các ion. Ví dụ, nước muối là một dung dịch điện giải.

- Dung dịch không điện giải: Dung dịch không chứa các ion. Ví dụ, nước đường là một dung dịch không điện giải.

Tính chất của dung dịch

- Tính đồng nhất: dung dịch là một hỗn hợp đồng nhất, không thể phân biệt được các chất thành phần bằng mắt thường.

- Tính phân chia vô hạn: dung dịch có thể được phân chia thành những phần nhỏ vô hạn mà vẫn giữ được tính chất của dung dịch.

- Tính chất của dung môi: tính chất của dung môi ảnh hưởng đến tính chất của dung dịch. Ví dụ: Nước là một dung môi phân cực, có thể hòa tan các chất phân cực. Ethanol là một dung môi không phân cực, có thể hòa tan các chất không phân cực.

- Chất tan từ dung dịch không thể tách ra được bằng cách lọc (hoặc bằng phương pháp cơ học).

- Dung dịch không để cho chùm ánh sáng phân tán.

Nồng độ dung dịch

Nồng độ dung dịch là gì?

Nồng độ dung dịch là một đại lượng dùng để biểu diễn lượng chất tan có trong lượng xác định dung dịch hoặc dung môi. Nồng độ dung dịch càng cao thì lượng chất tan có trong dung dịch càng nhiều. Nồng độ dung dịch có ảnh hưởng đến nhiều tính chất của dung dịch, chẳng hạn như độ dẫn điện, nhiệt độ nóng chảy và điểm sôi.

Cách biểu diễn nồng độ dung dịch

- Nồng độ mol (M): Số mol chất tan trong một lít dung dịch.

Công thức tính: C_M = n/V_dd

Trong đó:

C_M là nồng độ mol (mol/lit)
n là số mol chất tan (mol)
V_dd là thể tích dung dịch (lit)

- Nồng độ phần trăm (%): Số gam chất tan trong một trăm gam dung dịch.

Công thức tính: C% = (m_ct/m_dd).100%

Trong đó:

C% là nồng độ phần trăm của dung dịch (%)
m_ct là khối lượng chất tan (gam)
m_dd là khối lượng dung dịch (gam) (m_dd = m_{dung môi} + m_{chất tan})

- Nồng độ thể tích (v/v): Số phần thể tích chất tan trong một trăm phần thể tích dung dịch.

- Nồng độ khối lượng (w/w): Số phần khối lượng chất tan trong một trăm phần khối lượng dung dịch.

Tùy vào tính chất của chất tan và dung môi cũng như mục đích sử dụng, ta lựa chọn cách biểu diễn nồng độ dung dịch cho phù hợp. Nồng độ mol thường được sử dụng trong các phản ứng hóa học, vì nó cho biết chính xác số lượng mol chất tan có trong dung dịch. Nồng độ phần trăm thường được sử dụng trong thực tế, vì nó dễ dàng tính toán và hiểu. Nồng độ thể tích và nồng độ khối lượng thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp liên quan đến pha trộn dung dịch.

Ví dụ về dung dịch

- Thủy tinh là một dung dịch rắn của silica, natri oxit, và calci oxit.

- Nước muối là một dung dịch lỏng của nước và muối ăn. Nước muối được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm thực phẩm, y tế, và công nghiệp.

- Khi hòa tan 100 ml rượu etylic vào 50 ml nước thì cả hai chất nước và rượu etylic vừa là chất tan, vừa là dung môi vì rượu etylic tan vô hạn trong nước cũng như nước có thể tan vô hạn trong rượu etylic.

- Không khí là một dung dịch khí của nhiều loại khí khác nhau, bao gồm oxy, nitơ, carbon dioxide, và các khí khác. Không khí cần thiết cho sự sống và các hoạt động của con người.

- Hỗn hợp nhiên liệu xăng là một dung dịch của xăng, dầu diesel, và các chất phụ gia khác. Hỗn hợp nhiên liệu xăng được sử dụng trong động cơ đốt trong để tạo ra năng lượng.

Ứng dụng của dung dịch

Sản xuất thực phẩm: Dung dịch được sử dụng trong sản xuất thực phẩm để tạo ra hương vị, màu sắc và kết cấu. Ví dụ, nước sốt cà chua là một dung dịch của nước, cà chua, và các gia vị.

Sản xuất nước giải khát: Dung dịch được sử dụng trong sản xuất nước giải khát để tạo ra hương vị và màu sắc. Ví dụ, nước ngọt là một dung dịch của nước, đường, hương liệu và chất tạo màu.

Sản xuất thuốc: Dung dịch được sử dụng trong sản xuất thuốc để pha chế thuốc và mang thuốc đến các bộ phận của cơ thể. Ví dụ, thuốc viên là một dạng dung dịch thuốc rắn.

Sản xuất mỹ phẩm: Dung dịch được sử dụng trong sản xuất mỹ phẩm để tạo ra kết cấu và màu sắc. Ví dụ, kem dưỡng da là một dung dịch của nước, dầu, và các chất dưỡng da.

Sản xuất hóa chất: Dung dịch được sử dụng trong sản xuất hóa chất để pha trộn các hóa chất và tạo ra các sản phẩm hóa chất mới. Ví dụ, axit sulfuric được sản xuất bằng cách pha trộn lưu huỳnh dioxide và oxy trong nước.

Sản xuất vật liệu xây dựng: Dung dịch được sử dụng trong sản xuất vật liệu xây dựng để tạo ra kết cấu và độ bền. Ví dụ, bê tông là một dung dịch của xi măng, cát và đá.

Sản xuất pin: Dung dịch được sử dụng trong sản xuất pin để truyền điện giữa các điện cực. Ví dụ, axit sulfuric được sử dụng trong pin axit chì.