Capitolul 6

Structura apei si propriet¼atileapei

6.1 Propriet¼ati generale

Apa de pe p¼amânt se a�¼a în principal în oceane sim¼ari (96%). Principal¼a rezerv¼a de ap¼a dulce (4%) estecontinut¼a în gheturile artice si ghetari. Reînnoirea apeipe p¼amânt (râuri, atmosfer¼a si apei subterane) prezint¼aun debit de 3; 5 � 108 m3/an. Apa reprezint¼a între 70-90 % din greutatea celor mai multe biosisteme si con-stituie o substant¼a puternic reactiv¼a care umple toatespatiile goale din interiorul organismelor vii (Tabelul6.1, Tabelul 6.2). Propriet¼atile �zico-chimice ale apeisunt diferite de acelea ale componentilor similari, cade exemplu H2Te, H2Se, H2S. Aceste propriet¼ati suntprezentate în Tabelul 6.3

81

82

Tabelul 6.1Cantitate de ap¼a din diverse organisme

Organism Cantitate de ap¼ameduze 95%om adult 70%embrion 90%vârstnic < 60%

Tabelul 6.2Apa din tesuturi

Tesut Cantitate ap¼a Tesut Cantitate ap¼anervos 84% adipos 30%pl¼amân 81% p¼ar 4%rinichi 80% dentin¼a 9%inim¼a 77%�cat 74%

Tabelul 6.3Propriet¼ati �zice ale compusilor similari apeiSubstanta Temperatur¼a Temperatur¼a

de topire de �erbereH2S �82 �C �60 �C

H2Se �65; 73 �C �41; 25 �C

H2Te �49 �C �2; 2 �C

H2O 0 �C +100 �C

Dac¼a se extrapoleaz¼a propriet¼atile acestor substanteîn cazul apei ar rezulta c¼a punctul de topire s-ar a�a la�100 �C si punctul de �erbere la 30 �C. Astfel apa ar

83

Figura 6.1: Densitatea apei în functie de temperatur¼a.

trebui s¼a �e un gaz în conditii normale. Diferente întrevalorile prezise si cele reale exist¼a si pentru alte m¼arimiprecum c¼aldura latent¼a de evaporare (c¼aldura necesar¼apentru a evapora un kilogram de substant¼a), c¼alduraspeci�c¼a (c¼aldura necesar¼a pentru a creste temperaturaunit¼atii de mas¼a cu un grad), coe�cientul de tensiunesuper�cial¼a.

O alt¼a proprietate important¼a este anomalia dilat¼ariiapei care are o mare important¼a în mentinerea vietii.Aceast¼a anomalie este prezentat¼a în Fig. 6.1. Apaare volum maxim la temperatura de 4 �C. În plus prinînghetare volumul apei creste. Din acest motiv, spre de-osebire de alte substante, gheata pluteste la suprafataapei, iar temperatura apei la fundul lacurilor nu scadesub valoarea de 4 �C atunci când temperatura atmos-

84

ferei este sub 0 �C. Acest lucru este posibil deoarece den-sitatea apei la 4 �C este maxim¼a si apa cu aceast¼a tem-peratur¼a coboar¼a la fund. Pe m¼asur¼a ce ne apropiem desuprafata apei temperatura straturilor scade ajungândla 0 �C la suprafat¼a. Acesta este motivul pentru careapa începe s¼a înghete de la suprafat¼a.C¼aldura speci�c¼a a apei este c = 4185 J/kg, o valoare

foarte mare fapt ce face ca apa s¼a �e important¼a înprocesul de termoreglare. Mai mult c¼aldura latent¼a deevaporare (c¼aldur¼a necesar¼a pentru evaporarea unit¼atiide mas¼a) este foarte mare fapt ce face ca prin eliminareaunui gram de ap¼a s¼a �e cedat¼a în exterior o cantitatede c¼aldur¼a egal¼a cu 125kJ.Tensiunea super�cial¼a a apei este 73� 10�3N/m. Di-

zolvarea de s¼aruri în apa determin¼a cresterea tensiuniisuper�ciale a acesteia. De exemplu pentru o solutiede sare (NaCl) de 10% tensiunea super�cial¼a este 77�10�3N/m, iar dac¼a concentratia creste la 25% tensiuneasuper�cial¼a devine 84� 10�3N/m. În cazul în care apacontine substante organice apa are o tensiune super�-cial¼a mai mic¼a. Astfel o solutie de acid acetic cu con-centratia 20% are tensiunea super�cial¼a 46� 10�3N/m.

6.2 Apa grea

Apa grea a fost descoperit¼a de Urey în anul 1932, mo-ment care coincide si cu descoperirea neutronului. Exi-

85

st¼a dou¼a forma de ap¼a grea D2O si DOH unde cu D estedeuteriu. Deuteriu este un izotop stabil al hidrogenuluial c¼arui nucleu contine un proton si un neutron. Apagrea contine cantit¼ati mari de D2O. În instalatiile careproduc apa grea se obtine si apa usoar¼a care contine ocantitate mult mai mic¼a de deuteriu decât apa obisnu-it¼a. Proportia de deuteriu fat¼a de hidrogen în apa obis-nuit¼a este156 ppm (p¼arti pe milion). În Tabelul 6.4 suntprezentate comparativ parametrii caracteristici pentruap¼a obisnuit¼a si ap¼a grea.

Tabelul 6.4Comparatie între propriet¼atile apei grele si apei

obisnuiteParametri H2O D2O� 18 20

��g/cm3

�0,997075 1,10446

�max

�g/cm3

�1,00000 1,10597

ts (�C) 0 3,802

tf (�C) 100 101,43

� (N/m) 0,07275 0,0673"r 81,5 80,7n 1,333207 1,3283� (daP) 0,001009 0,00126

În Tabelul 6.4 � este masa molar¼a, � este densitatea,�max este densitatea maxim¼a, ts este temperatura de so-

86

lidi�care, tf este temperatura de �erbere, � este coe�-cientul de tensiune super�cial¼a, "r este permitivitatearelativ¼a, n este indicele de refractie iar � este coe�cien-tul de vâscozitate la 20 �C:

Exist¼a dou¼a cauze pentru aceste propriet¼ati ale apei:momentul de dipol al moleculei de ap¼a si disponibili-tatea acesteia de a crea leg¼aturi de hidrogen.

6.3 Structura spatial¼a a apei si momentul dedipol

Atunci când doi atomi interactioneaz¼a dou¼a m¼arimisunt importante energia de ionizare care reprezint¼a ener-giaminim¼a necesar¼a pentru a îndep¼arta un electron neu-tru si a�nitatea electronic¼a care este energia câstigat¼acând un atom neutru accept¼a un electron în plus.Desi capacitatea unei specii atomice de a câstiga sau

pierde electroni este determinat¼a de doi factori, ener-gia de ionizare si a�nitatea electronic¼a, o m¼arimeadecvat¼a pentru a m¼asura aceste lucruri este electro-negativitatea. Practic electronegativitatea poate �de�nit¼a ca o m¼asur¼a a atractiei exercitate de un atomasupra electronilor a�ati în stratul de valent¼a, propriisi proveniti din alti atomi. În aceast¼a scar¼a a electrone-gativit¼atii, gazele nobile au electronegativitatea egal¼acu zero în timp ce �uorul care prezint¼a cea mai mareatractie pentru electroni, are electronegativitatea egal¼a

87

cu 4. În Tabelul 6.5 sut prezentate electronegativit¼atilemai multor atomi.

Tabelul 6.5Valori ale electronegativit¼atii pentru diversi atomi

Atom Electronegativitateoxigen 3,5clor 3brom 2,8carbon, iod 2,5hidrogen 2,1sodiu 0,9litiu 1potasiu 0.8calciu 0,6

Dac¼a diferenta electronegativit¼atilor dintre doi atomieste mare, când cei doi atomi sunt adusi în apropiereunul de altul, cel cu electronegativitate mai mic¼a aretendinta s¼a piard¼a un electron în favoarea celui cu elec-tronegativitate mai mare.Din acest motiv se constat¼a c¼a leg¼atura O-H este una

puternic polarizat¼a. Electronul este atras puternic deoxigen care devine înc¼arcat negativ, iar hidrogenul seîncarc¼a pozitiv. Acest lucru trebuie înteles în sensul c¼aprobabilitatea de a g¼asi electronul în apropierea atomu-lui de oxigen este mult mai mare decât abilitatea de ag¼asi electronul în apropierea hidrogenului.

88

Figura 6.2: Moment de dipol si momentul de dipol al apei.

Din acest motiv sarcinile pozitive a celor doi atomi dehidrogen se resping, astfel c¼a unghiul dintre cele dou¼aleg¼aturi va �mai mare de 90 � grade si anume 104 �280

(Fig. 6.2). Astfel molecula de ap¼a const¼a din doi dipolicare se compun si rezult¼a dipolul rezultant. Un dipolconst¼a din dou¼a sarcini egale dar de semne contrarea�ate la distanta l. Unui dipol i se asociaz¼a o m¼arimenumit¼a dipol electric care se de�neste ca �ind

~p = q~l

unde ~l este vectorul de pozitie al sarcinii pozitivefat¼a de sarcina negativ¼a. Momentul dipolar al apeieste p = 6; 2� 10�30 Cm.Faptul c¼a moleculele de ap¼a posed¼a un moment dipo-

lar, înseamn¼a c¼a acestea au o tendint¼a de aliniere într-uncâmp electric. Acest fenomen contrabalanseaz¼a tend-inta de distribuire aleatorie a momentelor de dipol, da-torit¼a misc¼arii de agitatie termic¼a. Aceast¼a proprietateeste utilizat¼a în cuptoarele cu microunde. Aplicând uncâmp electric oscilant moleculele de ap¼a intr¼a într-omis-

89

care de oscilatie. Datorit¼a fortelor de frecare (vâsco-zitate) energia transferat¼a de câmpul electromagneticmoleculelor de ap¼a se transform¼a în c¼aldur¼a.b) Leg¼atura de hidrogenFaptul c¼a electronii stau în majoritatea timpului în

apropierea atomului de oxigen face ca atomul de hidro-gen s¼a se comporte ca un proton. În acest caz atomiide hidrogen determin¼a în apropierea lor un câmp elec-tric foarte puternic. Orice alt ion pozitiv monovalentare sarcina distribuit¼a într-o regiune mult mai mare înspatiu si câmpul electric este mult mai mic. Câmpulelectrostatic al protonului poate interactiona cu cap¼a-tul negativ al altor molecule polare.Astfel hidrogenul dintr-o molecul¼a de ap¼a va inter-

actiona cu un atom de oxigen dintr-o alt¼a molecul¼a deap¼a. Aceste interactii sunt cunoscute ca leg¼aturi dehidrogen. În acest caz distanta dintre atomii de oxi-gen si hidrogen este de 0,276 nm. Ea este mai maredecât distanta dintre un atom de hidrogen si oxigenlegati printr-o leg¼atur¼a covalent¼a care este 0,099nm.Polarizarea leg¼aturii H�O în molecula de ap¼a are

consecinte nu numai pentru comportarea sa electrosta-tic¼a, dar si pentru disponibilitatea moleculei de a real-iza leg¼aturi de hidrogen. Aceste leg¼aturi pot � reali-zate cu alte molecule de ap¼a sau alte tipuri de mole-cule. Structura ghetii necesit¼a o oarecare atentie. Asacum este ar¼atat în Fig. 6.3 gheata prezint¼a o structur¼a

90

Figura 6.3: Structura tetragonal¼a a ghetii.

tetragonal¼a în care atomii de oxigen sunt legati prinintermediul unor leg¼aturi de hidrogen cu doi atomi dehidrogen ai unor molecule vecine. O astfel de structur¼aconstruit¼a în spatiul tridimensional constituie structuracristalin¼a a ghetii. M¼asur¼atorile termodinamice ca si in-vestigatiile cu ajutorul spectroscopiei în infrarosu indic¼afaptul c¼a aceste structuri nu vor � distruse în totali-tate când gheata se topeste. Se formeaz¼a asa numiticlusteri în care moleculele de ap¼a sunt legate ca celedin gheat¼a. Dimensiunea acestor clusteri se micsoreaz¼aodat¼a cu cresterea temperaturii. În vecin¼atatea punc-tului de topire în jur de 90� 650 de molecule formeaz¼aun cluster în timp ce în apropierea punctului de �er-bere numai 25 � 75 molecule sunt conectate în clus-ter. Acesta este motivul pentru care vâscozitatea apei

91

Figura 6.4: Structura tetragonal¼a a ghetii.

scade cu cresterea temperaturii. Aceast¼a proprietate amoleculelor de ap¼a este inclus¼a în modelul propus deNemethy si Scheraga (Fig. 6.4).În clusteri apar structuri netetraedrice, iar cele tetra-

edrice sunt puternic perturbate de miscarea de agitatietermic¼a. Aceste structuri se a�¼a într-o continu¼a mis-care. O leg¼atur¼a de hidrogen oscileaz¼a cu o frecvent¼ade 0; 5� 1013 Hz. Timpul mediu de viat¼a al unui clus-ter este de aproximativ 10�10 � 10�11s. Rezult¼a c¼a, întimpul oscilatiilor �ecare atom de hidrogen va forma de100� 1000 de ori leg¼atura de hidrogen cu acelasi atomde oxigen înainte de a se conecta cu alt atom de oxigen.În structurile biologice, structura apei este in�uentat¼a

de interactiile apei cu ionii si moleculele organice. Oparte din acestea sunt de natur¼a electrostatic¼a iar al-tele sunt datorate leg¼aturilor de hidrogen.

92

Câmpul electrostatic din jurul unui ion va determinao orientare mai slab¼a sau mai puternic¼a a moleculelorde ap¼a deoarece momentul de dipol al acestora tinde s¼ase orienteze paralel cu câmpul electric. Împotriva aces-tor orient¼ari actioneaz¼a in�uenta celorlalte molecule deap¼a si miscarea de agitatie termic¼a. Asa cum se stie,intensitatea câmpului electric descreste cu distanta dela centrul ionului. De aceea trebuie considerate dou¼aregiuni în jurul ionului. În vecin¼atatea ionului exist¼a oregiune de hidratie primar¼a unde se a�¼a un micnum¼ar de molecule de ap¼a care sunt puternic orientateîn câmpul electric al ionului. A doua regiune, mai înde-p¼artat¼a de ion, poart¼a numele de regiune de hidratiesecundar¼a. La aceast¼a distant¼a câmpul electric esteprea slab pentru a orienta moleculele de ap¼a, dar su�-cient de puternic pentru a perturba structura normal¼aa apei.Efectele de hidratie care nu sunt cauzate direct de in-

teractiile electrostatice directe poart¼a numele de hidratiede ordin doi. În acest caz leg¼aturile de hidrogen din-tre moleculele de ap¼a si moleculele organice determin¼astructura stratului de ap¼a din vecin¼atatea acestora.Hidratarea de ordin doi joac¼a un rol predominant

în formarea conformatiei macromoleculelor. În cursulacestui proces se modi�c¼a entropia macromoleculei simediului opus din jurul acestora.Se consider¼a urm¼atorul exemplu: �e omacromolecul¼a

93

în jurul c¼areia moleculele de ap¼a se orienteaz¼a perpen-dicular pe aceasta. Din acest motiv entropia unit¼atiide volum a apei de lâng¼a macromolecule este mai mic¼adecât entropia unit¼atii de volum a apei care se a�¼a ladistant¼a mare de macromolecule. Acest lucru este da-torat faptului c¼a lâng¼a macromolecule, moleculele deap¼a sunt ordonate. Este posibil ca macromolecula s¼ase strâng¼a într-o structur¼a elicoidal¼a. Din acest motiventropia macromoleculelor scade.

Îns¼a datorit¼a acestei structuri suprafata macromole-culei în contact direct cu apa scade, astfel c¼a mai putinemolecule de ap¼a se orienteaz¼a ordonat. Din acest motiventropia apei creste. Pentru ca acest proces s¼a �e posibileste necesar ca entropia total¼a a sistemului (SM+ SA)s¼a creasc¼a. Procesul este prezentat în Fig.6.5. Conformprincipiului al doilea, astfel de procese pot avea loc înmod spontan.

Trebuie remarcat c¼a, volumul molar al apei este de-pendent de gradul de organizare molecular de ap¼a. Cucât mai multe molecule de ap¼a sunt ordonate, cu atâtvolumul molar de ap¼a este mai mic. Revenind la exem-plul anterior volumul sistemului este mai mic în stareaîn care molecula este desf¼asurat¼a deoarece în acest cazmult mai multe molecule sunt ordonate la suprafatamacromoleculelor. Cresterea presiunii într-un sistemduce la micsorarea volumului acestuia. În cazul c¼a sis-temul este format dintr-o solutie demacromolecule struc-

94

Figura 6.5: Orientarea moleculelor de ap¼a lâng¼a o macromolecul¼a este reprezen-tat¼a sub form¼a de bare. În contrast cu sc¼aderea entropiei la formarea elicei(S1M > S2M ) entropia apei creste (S1a < S2a) . Aceasta duce la cresterea en-tropiei întregului sistem (S1T < S2T ).

turate în ap¼a, cresterea presiunii duce la destructurareamacromoleculelor si sistemelor macromoleculare. Prindestructurare creste suprafata pe care moleculele de ap¼ase pot ordona. Pentru ca acest fenomen s¼a aib¼a locsunt necesare presiuni de 10-100MPa. În aceste conditiimembranele si alte structuri supramoleculare sunt dis-truse. În acest context trebuie amintit c¼a la adâncimede 10 kmde suprafata oceanului, presiunea hidrostatic¼aajunge la valori de 100 MPa.

6.4 Solubilitatea molecular¼a în ap¼a

Reteaua leg¼aturilor de hidrogen afecteaz¼a solubili-tatea moleculelor mici în ap¼a. Astfel, unele substante

95

Figura 6.6: Reteaua leg¼aturilor de hidrogen care încojoar¼a moleculele nepolare.

se amestec¼a în mod liber în ap¼a (de exemplu peroxidul),alte substante se dizolv¼a usor în ap¼a (zah¼arul), iar altelese dizolv¼a greu (uleiul)a) Substantele care se amestec¼a liberCa exemplu se poate da moleculele de peroxid H2O2.

Atomii de hidrogen pot crea leg¼aturi de hidrogen cuatomii de oxigen din moleculele de ap¼a. Astfel intro-ducerea de H2O2 perturb¼a putin reteaua leg¼aturilor dehidrogen din ap¼a.b) Substantele care dizolv¼a greu în ap¼aMoleculele de ulei care constau din lanturi de mole-

cule nepolare nu permit moleculelor de hidrogen s¼a re-alizeze leg¼aturi de hidrogen. În acest caz, moleculele deap¼a creaz¼a o retea de leg¼aturi (Fig. 6.6) care înglobeaz¼amoleculele nepolare.Din acest motiv, num¼arul de leg¼aturi de hidrogen

96

Figura 6.7: Solubilitatea unor molecule mici nepolare în ap¼a ca functie de temper-atur¼a. Solubilitatea reprezint¼a procentul de solutului în ap¼a.

mediu pe molecul¼a nu scade foarte mult. Forma reteleicare se formeaz¼a în jurul moleculei face ca ordonareamoleculelor de ap¼a s¼a creasc¼a foarte mult si entropiasistemului s¼a scad¼a. Din acest motiv, valoarea energieilibere F = U � TS creste. Asa cum am discutat,moleculele de ap¼a nu pot forma leg¼aturi de hidrogen cuobiectele nepolare. Moleculele de ap¼a pot sacri�ca anu-mite leg¼aturi de hidrogen cu cresterea corespunz¼atoarea energiei de interactie, sau cu micsorarea entropiei. Înambele cazuri energia liber¼a creste. Modi�carea struc-turii apei prin introducerea unor molecule nepolare estecomplex¼a si nu se poate realiza un calcul explicit. Nu sepoate explica apriori care situatie mentionat¼a mai susva �aleas¼a de ap¼a.În anumite cazuri se poate porni de la faptul c¼a unele

molecule mici nepolare devin mai putin solubile în ap¼aatunci când temperatura creste (Fig. 6.7).

97

Acest fapt este datorat faptului c¼a la temperaturimari este mai greu s¼a se creeze reteaua moleculelornepolare.M¼asur¼atori detaliate con�rm¼a c¼a la temperatura ca-

merei termenul entropic este predominat în variatia en-ergiei libere �F = �U � T�S. De exemplu cândpropanul (C3H8) se dizolv¼a în ap¼a, variatia energiei liberetotal¼a pe molecul¼a este �F = 6; 4kBT . Variatia�T�S = 9; 6kBT si �U = �3; 2kBT: Distanta mic¼ade actiune a leg¼aturilor de hidrogen conduce la con-cluzia c¼a reteaua leg¼aturilor de hidrogen va � pertur-bat¼a numai în stratul molecular din apropierea mole-culelor nepolare. Cresterea energiei libere va � pro-portional¼a cu suprafata moleculelor nepolare. De ex-emplu, solubilitatea lanturilor de hidrocarbon descrestecu cresterea lungimii lanturilor de hidrocarbon. Consi-derând cresterea în energia liber¼a prin introducerea uneisingure molecule de propan în ap¼a si împ¼artind aceast¼acrestere prin suprafata aproximativ¼a a unei molecule (2nm2) se g¼aseste cresterea energie libere pe unitatea desuprafat¼a 3kBT=nm2:c) Dizolvarea moleculelor nepolare miciCa si hidrocarburile aceste molecule nu pot forma

leg¼aturi de hidrogen cu apa. Totusi aceste moleculepot interactiona din punct de vedere electrostatic cuapa rezultând o micsorare a energiei potentiale electro-statice fapt ce poate compensa pierderea de entropie.

98

Astfel, solubilitatea acestor molecule este situat întretipurile de molecule studiate anterior.d) Solvatare - hidratare. Solubilitatea se explic¼a în

acest caz prin formarea unor leg¼aturi slabe dintre mole-culele de solvit (substanta dizolvat¼a) si solvent. Ter-menul de hidratare se utilizeaz¼a cînd solventul este apa.În cazul c¼a solvitul este format din ioni, interactiile suntde tipul ion-dipol. Astfel de �ecare ion de solvit se leag¼ao mai multe molecule de ap¼a (Tabelul 6.6).

Tabelul 6.6Num¼ar de molecule de ap¼a care se leag¼a de diversi ioni

Ion Nr. molecule de ap¼aLi+ 13Na+ 8K+ 4NH+4 4Ca2+ 10

6.5 Solutii

În materia biologic¼a exist¼a sisteme �zice multicompo-nent constituite din particule de natur¼a chimic¼a difer-it¼a. Sistemele multicomponent se stabilesc în urma unorprocese diferite precum: dizolvarea, difuzia, sin-terizarea amestecurilor. Ansamblul astfel format serestructureaz¼a în functie demodul în care interactioneaz¼aparticulele constituente în noile conditii. Particulele se

99

redistribuie la nivel molecular omogen sau se constituieîn domenii. În primul caz, se obtin solutii iar în cel de-aldoilea caz se formeaz¼a amestecuri de faze.

Se numeste solutie, o faz¼a omogen¼a din punct devedere chimic, având în constitutia sa dou¼a sau maimulte substante chimice diferite numite constituenti.Procesul prin care o substant¼a gazoas¼a, lichid¼a sau solid¼ase disperseaz¼a se numeste dizolvare. Substantele par-ticipante au roluri diferite. Dizolvantul sau solven-tul permite dizolvarea iar substanta care se dizolv¼a sausolvitul se disperseaz¼a în solvent constituind solutia.Fenomenul de dizolvare în urma c¼aruia substanta se de-scompune în ioni se numeste disociere. Dac¼a în urmadizolv¼arii între moleculele sau ionii solvitului si mole-culele solventului se stabilesc leg¼aturi noi se obtine unanumit compus chimic. Fenomenul poart¼a denumireade solvatare iar substanta obtinut¼a se numeste sol-vat. Dac¼a se stabilesc leg¼aturi între particulele solvit-ului si moleculele de ap¼a fenomenul poart¼a numele dehidratare. Trebuie remarcat c¼a starea unei particule desolvat sau hidrat este instabil¼a. Leg¼aturile respective serefac si se desfac în continuu.

În anumite conditii se formeaz¼a sisteme disperse caresunt formate din dou¼a sau mai multe substante, dintrecare cel putin una este dispersat¼a în particule mici sauagregate moleculare continând un mare num¼ar de mole-cule. Substanta divizat¼a în particule mici se numeste

100

faz¼a dispers¼a iar substanta care permite dispersia senumeste faz¼a dispersiv¼a. Astfel de sisteme sunt maidegrab¼a amestecuri deoarece nu sunt omogene.

În functie de m¼arimea agregatelor moleculare, sis-temele �zice astfel formate au denumiri si propriet¼ati�zice distincte. Când dimensiunea agregatelor molecu-lare este de 10�4�10�6 m se obtine o suspensie dac¼a sis-temul dispers solid��uid în care faza solid¼a disperseaz¼aeste în echilibru sau are o vitez¼a de depunere neglijabil¼a.Dac¼a amestecul dispers este format din dou¼a lichide ne-miscibile între ele se obtine o emulsie.

Dac¼a dimensiunile particulelor sunt 10�7�10�9msis-temul este o solutie coloidal¼a. Solutiile coloidale în aerse numesc aerosoli (fum, ceat¼a) iar solutiile coloidaleîn ap¼a se numesc hidrosoli (substante componente aleorganismelor vegetale si animale).

Ca o observatie, trebuie remarcat c¼a o solutie reprezi-nt¼a o faz¼a omogen¼a. Prin omogenitate chimic¼a se întelegefaptul c¼a proportiile în care sunt continuti componentiisunt aceleasi în �ecare element de volum. Spre deose-bire de solutii, amestecul nu este omogen din punct devedere chimic. În limbajul comun nu se tine seama în-totdeauna de distinctia precedent¼a. Astfel se spune c¼aaerul este un amestec de azot si oxigen desi conformde�nitiilor precedente este vorba de o solutie.

Dac¼a solutia este format¼a din n componenti vomnota

101

cu�1; �2; �3::::�n (6.1)

numerele demoli ale acestor componenti si cu � num¼arultotal de moli din care este alc¼atuit¼a solutia:

� = �1 + �2 + ::: + �n (6.2)

Pentru a caracteriza compozitia unei solutii se vorutiliza m¼arimile intensive:

xi =�i�

i = 1; 2::::n (6.3)

numite �e fractii molare �e concentratii molare.

6.5.1 Solutii diluate

Osolutie, indiferent de starea de agregare, se numestediluat¼a dac¼a num¼arul de moli al unuia din componentieste mult mai mare decât suma numerelor de moli aituturor celorlalti componenti. Componentul acesta senumeste solvent.Pentru simpli�care se va considera o solutie cu o sin-

gur¼a substant¼a dizolvat¼a. Notând cu �0 num¼arul demoli de solvent si cu � num¼arul de moli ai substanteidizolvate:

�0 � � (6.4)

Concentratiile molare sunt:

x0 =�0

�0 + �si x =

�

�0 + �(6.5)

102

Pentru o substant¼a dizolvat¼a potentialul chimic sescrie ca:

� = �(0) +RT lnx (6.6)

unde �(0) poate � interpretat ca un potential chimicîntr-o stare de referint¼a. Pentru solvent potentialulchimic de referint¼a este cel al substantei solventului pur.În cazul solutiilor reale, concentratia x trebuie în-

locuit¼a cu o nou¼a m¼arime numit¼a activitate a. Activi-tatea se exprim¼a în functie de concentratia molar¼a prinrelatia:

a = fx (6.7)

unde f este coe�cientul de activitate si reprezint¼afractia din substanta respectiv¼a care contribuie la feno-menele speci�ce solutiei. Atunci relatia care exprim¼apotentialul unui component din solutie se scrie:

� = �(0) +RT ln a (6.8)