Otopina

Otopina ili rastvor (također solucija, lat. solutio), homogena smjesa dvaju ili više sastojaka pri čemu je jedan sastojak u velikom suvišku (otapalo). Tvari koje nisu u suvišku su otopljene tvari ili soluti. Molekule soluta su međusobno izolirane zbog velike većine molekula otapala, tako da otapalo diktira svojstva otopljenih tvari u otopini.^[1][2]

Uobičajeni primjeri su kuhinjska sol ili šećer koji su krutine otopljeni u vodi koja je tekućina. U tekućinama se također mogu otapati i plinovi, npr. ugljikov dioksid i kisik u vodi, dok se između sebe plinovi otapaju bez ograničenja. Primjeri krutih otopina su mnoge slitine i minerali. Sposobnost otapanja tvari u nekom otapalu naziva se topljivost.

Pojam otopina se u nekim područjima kemije upotrebljava samo za tekuće otopine, dok se za plinske i krute otopine koristi naziv smjesa, međutim kako taj naziv nije dovoljno precizan treba ga izbjegavati.

Osnovno je svojstvo svih otopina homogen nastav, što znači da npr. otopina etanola u vodi u svakom svom djeliću ima jednak sastav, odnosno da je svuda u otopini omjer broja molekula etanola i vode stalan. U otopinama valja razlikovati otapalo i otopljenu tvar. Ako su otapalo i otopljena tvar tekućine, otapalom se najčešće naziva onaj sastojak kojeg u otopini ima više. Inače, pod otapalom se razumije tekućina, a pod otopljenom tvari kruta ili plinovita tvar koja se u toj tekućini otapa. Od svih tekućina voda je najčešće i najzanimljivije otapalo. Otopine u kojima je otapalo voda zovu se vodene otopine. Otopine koje sadrže relativno velike količine otopljene tvari zovu se koncentrirane, a one koje sadrže malo otopljene tvari razrijeđene otopine. Iskustvo nas uči da se neke tekućine međusobno miješaju u svakom omjeru, a da se neke uopće ne miješaju. Na primjer, etanol ili obični alkohol, glicerol, "antifriz", tekući detergenti, octena kiselina i mnoge druge tekućine miješaju se s vodom u svakom omjeru. Benzin, loživo ulje, motorno ulje, maslinovo i suncokretovo ulje ne miješaju se s vodom.

Pojamotopinase u nekim područjima kemije upotrebljava samo za tekuće otopine, dok se za plinske i krute otopine koristi nazivsmjesa, međutim kako taj naziv nije dovoljno precizan treba ga izbjegavati.

Po količini otopljene tvari otopine mogu biti:

• Nezasićene
• Zasićene
• Prezasićene

Zasićena otopina je ona u kojoj se pri određenoj temperaturi i pritisku otopljena tvar nalazi u ravnoteži sa svojom čistom fazom. Ako otopina sadrži više otopljene tvari nego što pri danim uvjetima odgovara zasićenoj otopini, otopina je prezasićena, ako sadrži manje, onda je to nezasićena otopina. Sukladno tome definira se topivost kao količina tvari koju je pod određenim uvjetima moguće otopiti u određenom otapalu.

Po veličini otopljenih čestica otopine se često dijele na:

• Prave otpine (gdje je veličina otopljenih čestica manja od 1 nm)
• Koloide: suspenzije i emulzije (gdje je veličina otopljenih čestica između 1 nm i 1 μm) - nije homogeni sustav
• Disperzije (slabo-disperzni sustavi) (gdje je veličina otopljenih čestica veća od 1 μm) - nije homogeni sustav

Do rastvaranja tvari u otapalu dolazi zbog toga što čestice supstance (atomi, molekule ili ioni) imaju nižu slobodnu energiju u otopini nego u čistom stanju. A do sniženja slobodne energije dolazi zbog okružuivanja čestica rastvorka česticama rastvarača. Taj se proces zove solvatacija. Ako je otapalo voda onda se proces naziva hidratacija.

Iako otopinu smatramo homogenom smjesom dvije ili više komponenata, mnogi rastvori sa dva ili više otapala, nisu homogeni na molekulskom nivou. Naime, danas postoje fizičkohemijske metode kojima može utvrditi da koncentracija otapala u blizini čestice rastvorka nije ista kao koncenracija po volumenu otopine. Ta se pojava naziva preferencijalna solvatacija, ili kada je u pitanju voda kao otapalo preferencijalna hidratacija.

Rastvorak može biti čvrsta, tečna ili plinovita tvar. Rastvarač je obično tečan, ali ne obavezno, naime, postoje i čvrsti rastvori.

Tečni rastvori kod kojih je otapalo pod normalnim uvjetima čvrst nazivaju se rastopi.

Teorijom otopine i rastvorljivosti bavi se fizička hemija:

• Koligativne osobine su one osobine koje ne zavise od vrste rastvorka već samo od njegove koncentracije:

o Krioskopija veza između koncentracije rastvorka i točke ledišta otopine

o Ebulioskopija veza između koncentracije rastvorka i točke ključanja rastvora