Пособие по химии для поступающих в высшие учебные заведения. Урок «Растворение. Растворимость веществ в воде Растворимость жидких веществ в воде
Познакомимся сначала с процессом растворения в воде твердых веществ, для чего обратимся опять к нашему стакану воды и посмотрим, что будет происходить, если мы всыплем в него ложку поваренной соли.
Находящиеся в непрерывном движении молекулы воды при столкновении с кристалликами соли будут как бы срывать с их поверхности отдельные молекулы соли, которые, попав в воду, начнут беспорядочное движение, подобно молекулам воды.
При этом, однако, они будут стремиться распределиться равномерно во всем объеме воды. Это свойство веществ называется диффузией, и, поскольку оно тесно связано с процессом растворения, необходимо остановиться на нем несколько подробнее.
Диффузией называют свойство вещества распространяться в какой-либо среде, т. е. стремление его проникнуть оттуда, где оно есть, туда, где его нет, причем этот процесс происходит исключительно за счет теплового беспорядочного движения молекул среды.
Представим себе, что непосредственно около дна стакана образовался некий слой воды, содержащий молекулы хлористого натрия.
Обозначим их условно точками, как это изображено на рис. 9, при этом этих молекул будет, естественно, особенно много непосредственно около поверхности кристаллов соли, далее, по мере удаления вверх, их число должно быть меньше.
Как же себя будут вести эти молекулы соли? Ведь, как мы уже знаем, их движение, обусловленное беспорядочным движением молекул воды, будет таким же беспорядочным и, следовательно, они будут продвигаться в воде в самых различных направлениях - иногда вниз, иногда вверх, а иногда в сторону или наискось.
Однако, как это ни может показаться на первый взгляд странным, несмотря на совершенно беспорядочное движение молекул соли, будет происходить постепенное закономерное движение их вверх из мест с более высокой их концентрацией в места с более низкой концентрацией, пока, наконец, молекулы соли не распространятся равномерно во всем объеме находящейся в стакане воды.
Для объяснения причины этого как будто неожиданного процесса, носящего название диффузии, рассмотрим, что будет происходить с молекулами соли на границе условно взятого в стакане сечения а-а (рис. 9).
Процесс диффузии не связан с какой-либо силой, которая якобы заставляет молекулы соли передвигаться вверх, т. е. в область с меньшей их концентрацией в воде.
Каждая молекула соли ведет себя независимо от других молекул соли, с которыми она встречается очень редко.
Каждая молекула соли, где бы она ни находилась -ниже сечения а-а или выше его, испытывает непрерывные толчки со стороны молекул воды, в результате которых она может продвигаться вниз от этого сечения или вверх от него.
Но тут вступает в силу теория вероятностей и ее основной закон больших чисел, широко применяемый в настоящее время естественными науками (и в первую очередь физикой и химией) при изучении свойств тел, состоящих из огромного числа отдельных частиц (молекул, атомов, ионов и др.).
Точность статистического закона больших чисел повышается по мере увеличения количества участвующих в данном явлении частиц и, наоборот, снижается с их уменьшением, вплоть до того, что при некотором их числе этот закон становится неприменимым и мы переходим в область чистой случайности.
Для пояснения этого положения можно прибегнуть к простому общедоступному опыту. Возьмем два одинаковых по размеру, но разных по окраске шарика: белый и черный.
Положим их в какую-нибудь урну или просто в шапку и будем последовательно вынимать один из этих шариков, каждый раз возвращая обратно вынутый шарик.
Поскольку шарики одинакового размера, по-видимому, имеется одинаковая возможность для каждого из них быть вынутым из урны. Но эта одинаковая возможность будет выявляться все в большей степени по мере увеличения числа опытов.
Если мы проведем два-три или даже пять опытов, то возможно, что 2-3 или даже 5 раз будет вынут только белый или только черный шарик.
Но для ста опытов такая вероятность становится невозможной, количество вынутых белых и черных шариков будет приближаться к пятидесяти.
При этом закон вероятности утверждает, что неточность, с какой мы можем определить среднее число случаев, в которых наступает данное явление, равно корню квадратному из количества этих случаев.
Вернемся теперь к нашему стакану с водой и растворенными в ней молекулами соли. Согласно теории вероятности возможности продвижения молекул соли вниз или вверх от сечения а-а будут одинаковы в силу того, что каждую молекулу соли окружает огромное количество молекул воды, от которых она испытывает колоссальное число толчков как вверх, так и вниз.
Но если все молекулы соли, находящиеся в стакане воды около сечения а-а, будут с одинаковой вероятностью перемещаться как вверх, так и вниз от этого сечения, то именно поэтому молекулы соли чаще будут пересекать сечение а-а снизу вверх, чем сверху вниз, поскольку ниже этого сечения концентрация молекул соли больше, чем над ним.
Такое преимущественное перемещение вверх молекул соли будет происходить до тех пор, пока не наступит равномерное распределение их во всем объеме воды.
Одновременно с процессом растворения соли происходит обратный процесс ее кристаллизации, так как в результате беспорядочного движения молекул соли некоторые из них, находящиеся вблизи поверхности кристаллов соли, при столкновении с нею могут задержаться на ней, восстанавливая, таким образом, частично разрушенный в результате процесса растворения кристалл.
Очевидно, что такая возможность обратного процесса будет возрастать по мере возрастания концентрации раствора.
Но по мере того как мы будем всыпать в наш стакан еще порции поваренной соли, наступит момент, когда растворение ее как бы прекратится, т. е. когда скорость обоих процессов (растворения и кристаллизации) выравняется, при этом в единицу времени будет столько же молекул переходить в раствор, сколько их выделится на кристаллах соли. Растворы, имеющие такую предельную концентрацию растворенного вещества, называют насыщенными растворами.
При достижении такого состояния в нашем стакане наступит так называемое динамическое равновесие между твердой солью и ее насыщенным раствором в воде, в результате которого нам будет казаться, что процесс растворения прекратился.
Чтобы убедиться в том, что в насыщенных водных растворах не прекращаются процессы растворения твердого вещества в воде и обратного его выделения из воды, достаточно провести следующий опыт.
После получения в нашем стакане насыщенного раствора хлористого натрия добавим в него некоторое количество кристаллов этой соли, содержащих радиоактивный натрий.
Тогда уже через несколько минут мы обнаружим с помощью специального счетчика (Гейгера-Мюллера), что в растворе появились радиоактивные атомы натрия, причем количество их будет постепенно нарастать, достигнув через несколько десятков минут наибольшего значения.
Этот опыт убедительно показывает, что в насыщенном растворе все время идет обновление кристаллов, т. е. переход молекул хлористого натрия с поверхности кристалла в насыщенный раствор и переход на их место молекул соли из раствора.
Процесс диффузии в растворах протекает относительно медленно, вследствие чего слой воды, непосредственно прилегающий к кристаллам соли, быстро становится насыщенным, после чего дальнейшее растворение происходит только по мере того, как из этого слоя диффундируют вверх растворенные молекулы соли.
Таким образом, процесс растворения соли быстро спадает и протекает так же медленно, как и диффузия растворенных молекул соли.
Поэтому для ускорения растворения прибегают к искусственному ускорению диффузии путем перемешивания раствора.
Растворение газов в воде происходит в основном аналогично растворению твердого тела, с тем лишь отличием, что проникновение в воду молекул твердого тела происходит путем отрыва их молекулами воды от кристаллов соли, находящихся в воде, а попадание в воду молекул газообразного вещества осуществляется в результате их беспорядочного движения над поверхностью воды, в результате чего некоторые из них попадают непосредственно на поверхность воды и, подвергаясь действию притягательных сил молекул воды, втягиваются внутрь.
Это втягивание молекул газа внутрь воды и является одним из существенных моментов процесса растворения газов в воде.
Дальнейшая судьба попавших в глубь воды молекул газа аналогична поведению растворенный молекул соли, которые, испытывая различные столкновения с окружающими их молекулами воды, совершают также беспорядочные движения.
Некоторые молекулы газа в результате этого движения между молекулами воды могут вновь очутиться на ее поверхности.
При благоприятном толчке этой молекулы по направлению к поверхности воды она может даже улететь из воды, или, очутившись на поверхности воды, эта молекула газа может освободиться в результате удачного толчка, который она получит от какой-либо подлетевшей другой молекулы газа, в противном случае эта молекула газа вновь будет втянута в глубь воды.
Таким образом, если мы имеем воду и находящийся над ней какой-либо газ, например кислород, то будут происходить одновременно два противоположных процесса: проникновение молекул кислорода в воду, т. е. его растворение в воде, и обратный процесс - вылетание молекул кислорода из воды.
По мере того как количество растворенных в воде молекул кислорода будет возрастать, будет соответственно увеличиваться возможность для некоторых из них вырваться из воды.
Наконец наступит момент, когда количество попадающих в воду молекул кислорода станет равным числу уходящих из воды молекул кислорода.
Следовательно, наступит аналогично системе кристаллы соли - насыщенный раствор так называемое динамическое равновесие, при котором процесс растворения кислорода в воде хотя и будет продолжаться, но количество молекул газа в воде будет неизменным.
Однако имеется и существенное отличие между системой кристаллы соли - насыщенный раствор ее в воде и системой газ - раствор газа в воде.
Дело в том, что максимальное количество молекул газа в нашем случае - кислорода, которое может быть растворено в воде, будет тем больше, чем больше этих молекул будет находиться над поверхностью воды и, следовательно, чем больше будет создаваться благоприятных столкновений молекул газа с водой и проникновение их в глубь ее.
В самом деле, вернемся к нашей системе кислород - раствор кислорода в воде, когда в ней наступило динамическое равновесие.
Что произойдет, если мы каким-либо путем увеличим количество находящегося над раствором кислорода, т. е. если мы увеличим количество молекул кислорода в единице объема пространства, находящегося над раствором?
Тогда количество молекул кислорода, попадающих в раствор, увеличится, в то время как количество молекул, вылетающих из него, остается пока еще тем же.
Следовательно, динамическое равновесие нарушится и начнется дальнейшее растворение молекул кислорода, пока в результате увеличения их в воде не наступит новое динамическое равновесие, которое будет отличаться от первого тем, что количество растворенных в воде молекул кислорода увеличится.
Итак, мы установили связь между количеством кислорода в единице объема над раствором и растворимостью кислорода в воде.
Но согласно молекулярно-кинетической теории давление газа, производимое им на стенки сосуда, в котором он находится, прямо пропорционально числу молекул в единице объема, т. е. чем больше молекул газа в единице объема, тем чаще эти молекулы будут ударяться о стенки сосуда, и, следовательно, тем большее давление они будут испытывать.
Отсюда можно сказать, что растворимость газа прямо пропорциональна его давлению. Эта связь между давлением газа и его растворимостью называется законом Генри-Дальтона.
Практически в большинстве случаев мы будем иметь дело не с одним каким-либо газом, а со смесью нескольких газов, и прежде всего с воздухом, представляющим собой смесь азота, кислорода, углекислого газа и др.
Как в этих условиях будет происходить растворение их в воде?
Совершенно очевидно, что вероятность проникновения молекул кислорода в воду будет, как и прежде, тем больше, чем больше этих молекул будет в единице объема пространства над водой, независимо от количества молекул других газов, т. е. опять будет действовать тот же закон Генри-Дальтона.
Но давление смеси газов слагается из давлений отдельных газов, определяемых соответственно числом молекул каждого газа.
При этом доля общего давления такой смеси газов, приходящаяся на отдельный газ, называется его парциальным давлением.
Следовательно, обобщая закон Генри - Дальтона и для смеси газов, можно сказать, что растворимость газов пропорциональна их парциальному давлению.
Познакомимся коротко с вопросом о влиянии на растворимость температуры. Для водных растворов твердых веществ в подавляющем большинстве случаев при повышении температуры растворимость более или менее увеличивается (вещества с положительным коэффициентом растворимости).
Однако некоторые вещества имеют отрицательный коэффициент растворимости, т. е. их растворимость в воде с повышением температуры понижается.
К таким веществам, в частности, относятся: гидрат окиси кальция Са(ОН) 2 и сернокислый кальций CaSО 4 *.
* Начиная с температуры 40° С и выше.
При повышении температуры в системе газ и его раствор в воде будет происходить, как мы уже знаем, увеличение интенсивности движения молекул, т. е. повышение числа быстрых молекул, что в свою очередь будет иметь два следствия.
С одной стороны это будет способствовать увеличению числа молекул газа, проникающих в воду, в то же время будет расти число молекул, могущих вырваться из воды.
В конечном итоге это приведет к понижению растворимости газа. Над водой всегда находится смесь газов, в том числе и некоторое количество паров воды.
При нагревании воды количество паров воды над ней начинает возрастать, за счет чего уменьшается количество остальных газов, а следовательно, уменьшается и их парциальное давление, вследствие чего растворимость остальных газов в воде заметно уменьшается, и тем больше, чем ближе температура воды к точке ее кипения.
При кипении над водой будет, по существу, находиться только один газ - пары воды, и, следовательно, парциальное давление других газов будет близким к нулю. Поэтому при кипении воды все растворенные в ней газы практически полностью удаляются.
Количество растворенного вещества, находящегося в единице объема или веса растворителя, называют концентрацией растворов.
Концентрацию водных растворов выражают обычно количеством граммов растворенного вещества в 1 л воды и обозначают сокращенно г/л, или в 1 м 3 воды - г/м 3 , а для малорастворимых веществ - в миллиграммах растворенного вещества, т. е. мг/л.
Выражают также концентрацию растворов в процентах, чаще в весовых процентах, т. е, указывают, сколько весовых частей безводного вещества растворяется в 100 весовых частях растворителя или сколько весовых частей безводного вещества растворено в 100 весовых частях раствора.
В химии воды имеет распространение удобная мера концентрации веществ, выражаемая количеством граммов или миллиграммов вещества в 1 л раствора, численно равная его эквивалентному весу и сокращенно обозначаемая соответственно г-экв/л или мг-экв/л.
Эта мера концентрации удобна тем, что химические элементы соединяются между собой в эквивалентных количествах.
Растворимостью данного вещества в воде называют предельное количество этого вещества, которое может быть растворено в воде при данных условиях, т. е. когда этот раствор становится насыщенным.
Поэтому растворимость всякого вещества определяется величиной концентрации его насыщенного раствора.
Растворимость (Р, χ или k s ) – это характеристика насыщенного раствора, которая показывает, какая масса растворенного вещества может максимально раствориться в 100 г растворителя. Размерность растворимости — г/ 100 г воды . Поскольку мы определяем массу соли, которая приходится на 100 г воды, в формулу растворимости добавляем множитель 100:
здесь m р.в . – масса растворенного вещества, г
m р-ля – масса растворителя, г
Иногда используют обозначение коэффициент растворимости k S .
Задачи на растворимость, как правило, вызывают сложности, так как эта физическая величина для школьников не очень привычна.
Растворимость веществ в различных растворителях меняется в широких пределах.
В таблтце приведена растворимость некоторых веществ в воде при 20 o С:
Вещество | Вещество | Растворимость, г на 100 г H 2 O |
|
NH 4 NO 3 | H 3 BO 3 | ||
NaCl | CaCO 3 | 0,0006 |
|
NaHCO 3 | 0,0000002 |
От чего же зависит растворимость веществ? От ряда факторов: от природы растворенного вещества и растворителя, от температуры и давления. В справочных таблицах предлагается вещества делят на хорошо растворимые, малорастворимые и нерастворимые. Такое деление очень условное, поскольку абсолютно нерастворимых веществ нет. Даже серебро и золото растворимы в воде, однако их растворимость настолько мала, что можно пернебречь ей.
Зависимость растворимости от природы растворенного вещества и растворителя*
Растворимость твердых веществ в жидкостях зависит от структуры твердого вещества (от типа кристаллической решетки твердого вещества). Например , вещества с металлическими кристаллическими решетками (железо, медь и др.) очень мало растворимы в воде. Вещества с ионной кристаллической решеткой, как правило, хорошо растворимы в воде.
Есть замечательное правило: “подобное хорошо растворяется в подобном ”. Вещества с ионным или полярным типом связи хорошо растворяются в полярных растворителях. Например , соли хорошо растворимы в воде. В то же время неполярные вещества, как правило, хорошо растворяются в неполярных растворителях.
Большинство солей щелочных металлов и аммония хорошо растворимы в воде. Хорошо растворимы почти все нитраты, нитриты и многие галогениды (кроме галогенидов серебра, ртути, свинца и таллия) и сульфаты (кроме сульфатов щелочноземельных металлов, серебра и свинца). Для переходных металлов характерна небольшая растворимость их сульфидов, фосфатов, карбонатов и некоторых других солей.
Растворимость газов в жидкостях также зависит от их природы. Например, в 100 объемах воды при 20 o С растворяется 2 объема водорода, 3 объема кислорода. В тех же условиях в 1 объеме Н 2 О растворяется 700 объемов аммиака.
Влияние температуры на растворимость газов, твердых веществ и жидкостей*
Растворение газов в воде вследствие гидратации молекул растворяемого газа сопровождается выделением теплоты. Поэтому при повышении температуры растворимость газов понижается.
Температура различным образом влияет на растворимость твердых веществ в воде. В большинстве случаев растворимость твердых веществ возрастает с повышением температуры . Например , растворимость нитрата натрия NaNO 3 и нитрата калия КNO 3 при нагревании увеличивается (процесс растворения протекает с поглощением теплоты). Растворимость NaCl при увеличении температуры возрастает незначительно, что связано с почти нулевым тепловым эффектом растворения поваренной соли.
Влияние давления на растворимость газов, твердых веществ и жидкостей*
На растворимость твердых и жидких веществ в жидкостях давление практически не оказывает влияния, так как изменение объема при растворении невелико. При растворении газообразных веществ в жидкости происходит уменьшение объема системы, поэтому повышение давления приводит к увеличению растворимости газов. В общем виде зависимость растворимости газов от давления подчиняется закону У. Генри (Англия, 1803 г.): растворимость газа при постоянной температуре прямо пропорциональна его давлению над жидкостью .
Закон Генри справедлив лишь при небольших давлениях для газов, растворимость которых сравнительно невелика и при условии отсутствия химического взаимодействия между молекулами растворяемого газа и растворителем.
Влияние посторонних веществ на растворимость*
В присутствии в воде других веществ (солей, кислот и щелочей) растворимость газов уменьшается. Растворимость газообразного хлора в насыщенном водном растворе поваренной соли в 10 раз меньше. Чем в чистой воде.
Эффект понижения растворимости в присутствии солей называется высаливанием . Понижение растворимости обусловлено гидратацией солей, что вызывает уменьшение числа свободных молекул воды. Молекулы воды, связанные с ионами электролита, уже не являются растворителем для других веществ.
Примеры задач на растворимость
Задача 1. Массовая доля вещества в насыщенном растворе равна 24% при некоторой температуре. Определите коэффициент растворимости этого вещества при данной температуре.
Решение:
Для определения растворимости вещества примем массу раствора равной 100 г. Тогда масса соли равна:
m р.в. = m р-ра ⋅ω р.в. = 100⋅0,24 = 24 г
Масса воды равна:
m воды = m р-ра – m р.в. = 100 — 24 = 76 г
Определяем растворимость:
χ = m р.в. /m р-ля ⋅100 = 24/76⋅100 = 31,6 г вещества на 100 г воды.
Ответ: χ = 31,6 г
Еще несколько аналогичных задач:
2. Массовая доля соли в насыщенном растворе при некоторой температуре равна 28,5%. Определите коэффициент растворимости вещества при этой температуре.
3. Определите коэффициент растворимости нитрата калия при некоторой температуре, если массовая доля соли при этой температуре равна 0,48.
4. Какая масса воды и соли потребуется для приготовления 500г насыщенного при некоторой температуре раствора нитрата калия, если его коэффициент растворимости при этой температуре равен 63,9г соли в 100г воды?
Ответ: 194,95 г
5. Коэффициент растворимости хлорида натрия при некоторой температуре составляет 36г соли в 100г воды. Определите молярную концентрацию насыщенного раствора этой соли, если плотность раствора 1,2 г/мл.
Ответ: 5,49М
6. Какая масса соли и 5% раствора её потребуется для приготовления 450г насыщенного при некоторой температуре раствора сульфата калия, если его коэффициент растворимости при этой температуре равен 439г/1000г воды?
7. Какая масса нитрата бария выделится из раствора, насыщенного при100ºС и охлаждённого до 0ºС, если во взятом растворе было 150мл воды? Коэффициент растворимости нитрата бария при температурах 0ºС и 100ºС равен соответственно 50г и 342г в 100г воды.
8. Коэффициент растворимости хлорида калия при 90ºС равен 500г/л воды. Сколько граммов этого вещества можно растворить в 500г воды при 90ºС и какова его массовая доля в насыщенном растворе при этой температуре?
9. В 500г воды растворено при нагревании 300г хлорида аммония. Какая масса хлорида аммония выделится из раствора при его охлаждении до 50ºС, если коэффициент растворимости соли при этой температуре равен 50г/л воды?
* Материалы портала onx.distant.ru
В повседневной жизни люди редко сталкиваются с чистыми веществами. Большинство предметов представляют собой смеси веществ.
Раствор — это однородная смесь, в которой компоненты равномерно смешались. Есть несколько их видов по размеру частиц: грубодисперсные системы, молекулярные растворы и коллоидные системы, которые часто называют золи. В этой статье речь идет о молекулярных (или истинных) растворах. Растворимость веществ в воде — одно из главных условий, влияющих на образование соединений.
Растворимость веществ: что это и зачем нужно
Чтобы разобраться в этой теме, нужно знать, что такое растворы и растворимость веществ. Простым языком, это способность вещества соединяться с другим и образовывать однородную смесь.
Если подходить с научной точки зрения, можно рассмотреть более сложное определение.
Растворимость веществ — это их способность образовывать с одним или более веществами гомогенные (или гетерогенные) составы с дисперсным распределением компонентов. Существует несколько классов веществ и соединений:
- растворимые;
- малорастворимые;
- нерастворимые.
О чем говорит мера растворимости вещества
вещества в насыщенной смеси — это мера его растворимости. Как сказано выше, у всех веществ она разная. Растворимые — это те, которые могут развести более 10 г себя на 100 г воды. Вторая категория — менее 1 г при тех же условиях. Практически нерастворимые — это те, в смесь которых переходит менее 0,01 г компонента. В этом случае вещество не может передавать воде свои молекулы.
Что такое коэффициент растворимости
Коэффициент растворимости (k) — это показатель, максимальной массы вещества (г), которая может развестись в 100 г воды или другого вещества.
Растворители
В данном процессе участвуют растворитель и растворенное вещество. Первый отличается тем, что изначально он пребывает в таком же агрегатном состоянии, что и конечная смесь. Как правило, он взят в большем количестве.
Однако многие знают, что в химии вода занимает особое место. Для нее существуют отдельные правила. Раствор, в котором присутствует H2O называется водным.
Когда говорится о них, жидкость является экстрагентом и тогда, когда она в меньшем количестве. В пример можно привести 80%-ный раствор азотной кислоты в воде.
Пропорции здесь не равны Хоть доля воды меньше, чем кислоты, вещество называть 20%-ным раствором воды в азотной кислоте некорректно.Существуют смеси, в которых отсутствует H2O. Они будут носить имя неводная. Подобные растворы электролита представляют собой ионные проводники. Они содержащие один или смеси экстрагентов. В их состав входят ионы и молекулы. Они используются в таких отраслях, как медицина, производство бытовой химии, косметики и в другие направления.
Они могут сочетать в себе несколько нужных веществ с различной растворимостью. Компоненты многих средств, которые применяются наружно, являются гидрофобными. Иными словами, они плохо взаимодействуют с водой. В таких смесях растворители могут быть летучими, нелетучими и комбинированными.
Органические вещества в первом случае хорошо растворяют жиры. К летучим относятся спирты, углеводороды, альдегиды и другие. Они часто входят в состав бытовой химии. Нелетучие чаще всего применяются для изготовления мазей. Это жирные масла, жидкий парафин, глицерин и прочие.
Комбинированные — это смесь летучих и нелетучих, например, этанол с глицерином, глицерин с димексидом. Также они могут содержать воду.
Насыщенный раствор — это смесь химических веществ, содержащая максимальную концентрацию одного вещества в растворителе при определенной температуре. Дальше оно разводиться не будет.
В препарате твёрдого вещества заметно выпадение осадка, который находится в динамическом равновесии с ним.
Под этим понятием подразумевается состояние, сохраняющееся во времени вследствие его протекания одновременно в двух противоположных направлениях (прямая и обратная реакции) с одинаковой скоростью.
Если вещество при постоянной температуре все еще может разлагаться, то этот раствор — ненасыщенный. Они устойчивы. Но если в них продолжать добавлять вещество, то оно будет разводиться в воде (или другой жидкости), пока не достигнет максимальной концентрации.
Еще один вид — перенасыщенный. В нем содержится больше растворенного вещества, чем может быть при постоянной температуре. Из-за того, что они находятся в неустойчивом равновесии, при физическом воздействии на них происходит кристаллизация.
Как отличить насыщенный раствор от ненасыщенного?
Это сделать достаточно просто. Если вещество — твердое, то в насыщенном растворе можно увидеть осадок.
При этом экстрагент может загустевать, как, например, в насыщенном составе вода, в которую добавили сахар.
Но если изменить условия, повысить температуру, то он перестанет считаться насыщенным, так как при более высокой температуре максимальная концентрация этого вещества будет другой.
Теории взаимодействия компонентов растворов
Существует три теории относительно взаимодействия элементов в смеси: физическая, химическая и современная. Авторы первой — Сванте Август Аррениус и Вильгельм Фридрих Оствальд.
Они предположили, что вследствие диффузии частицы растворителя и растворённого вещества равномерно распределились по всему объему смеси, но взаимодействия между ними нет. Химическая теория, которую выдвинул Дмитрий Иванович Менделеев, ей противоположна.
Согласно ей, в результате химического взаимодействия между ними формируются неустойчивые соединения постоянного или переменного состава, которые называются сольваты.
В настоящее время используется объединенная теория Владимира Александровича Кистяковского и Ивана Алексеевича Каблукова. Она совмещает физическую и химическую. Современная теория гласит, что в растворе существуют как не взаимодействующие частицы веществ, так и продукты их взаимодействия — сольваты, существование которых доказывал Менделеев.В случае, когда экстрагент — вода, их называют гидратами. Явление, при котором образуются сольваты (гидраты) носит имя сольватация (гидратация). Она воздействует на все физико-химические процессы и меняет свойства молекул в смеси.
Сольватация происходит благодаря тому, что сольватная оболочка, состоящая из тесно связанных с ней молекул экстрагента, окружает молекулу растворенного вещества.
Факторы, влияющие на растворимость веществ
Химический состав веществ. Правило «подобное притягивает подобное» распространяется и на реагенты. Схожие по физическим и химическим свойствам вещества могут взаимно растворяться быстрее. Например, неполярные соединения хорошо взаимодействуют с неполярными.
Вещества с полярными молекулами или ионным строением разводятся в полярных, например, в воде. В ней разлагаются соли, щёлочи и другие компоненты, а неполярные — наоборот. Можно привести простой пример. Для приготовления насыщенного раствора сахара в воде потребуется большее количество вещества, чем в случае с солью.
Как это понимать? Проще говоря, вы можете развести гораздо больше сахара в воде, чем соли.
Температура. Чтобы увеличить растворимость твердых веществ в жидкостях, нужно увеличить температуру экстрагента (работает в большинстве случаев). Можно продемонстрировать такой пример. Если положить щепотку хлорида натрия (соль) в холодную воду, то данный процесс займет много времени.
Если проделать то же самое с горячей средой, то растворение будет проходить гораздо быстрее. Это объясняется тем, что вследствие повышения температуры возрастает кинетическая энергия, значительное количество которой часто тратится на разрушение связей между молекулами и ионами твёрдого вещества.
Однако, когда повышается температура в случае с солями лития, магния, алюминия и щелочами, их растворимость понижается.
Давление. Этот фактор влияет только на газы. Их растворимость увеличивается при повышении давления. Ведь объём газов сокращается.
Изменение скорости растворения
Не стоит путать этот показатель с растворимостью. Ведь на изменение этих двух показателей влияют разные факторы.
Степень раздробленности растворяемого вещества.
Этот фактор влияет на растворимость твердых веществ в жидкостях. В цельном (кусковом) состоянии состав разводится дольше, чем тот, который разбит на мелкие куски. Приведем пример.
Цельный кусок соли будет растворяться в воде намного дольше, чем соль в виде песка.
Скорость помешивания. Как известно, этот процесс можно катализировать с помощью помешивания. Его скорость также важна, потому что чем она больше, тем быстрее растворится вещество в жидкости.
Для чего нужно знать растворимость твердых веществ в воде?
Прежде всего, подобные схемы нужны, чтобы правильно решать химические уравнения. В таблице растворимости есть заряды всех веществ. Их необходимо знать для правильной записи реагентов и составления уравнения химической реакции. Растворимость в воде показывает, может ли соль или основание диссоциировать.
Водные соединения, которые проводят ток, имеют в своем составе сильные электролиты. Есть и другой тип. Те, которые плохо проводят ток, считаются слабыми электролитами. В первом случае компоненты представляют собой вещества, полностью ионизованные в воде.
Тогда как слабые электролиты проявляют этот показатель лишь в небольшой степени.
Уравнения химической реакции
Есть несколько видов уравнений: молекулярный, полный ионный и краткий ионный. По сути последний вариант — сокращённая форма молекулярного. Это окончательный ответ. В полном уравнении записаны реагенты и продукты реакции. Теперь наступает очередь таблицы растворимости веществ.
Для начала надо проверить, является ли реакция осуществимой, то есть выполняется ли одно из условий проведения реакции. Их всего 3: образование воды, выделение газа, выпадение осадка. Если два первых условия не соблюдаются, нужно проверить последнее.
Для этого нужно посмотреть в таблицу растворимости и выяснить, есть ли в продуктах реакции нерастворимая соль или основание. Если оно есть, то это и будет осадок. Далее таблица потребуется для записи ионного уравнения.
Так как все растворимые соли и основания — сильные электролиты, то они будут распадаться на катионы и анионы. Далее сокращаются несвязанные ионы, и уравнение записывается в кратком виде. Пример:- K2SO4+BaCl2=BaSO4↓+2HCl,
- 2K+2SO4+Ba+2Cl=BaSO4↓+2K+2Cl,
- Ba+SO4=BaSO4↓.
Таким образом, таблица растворимости веществ — одно из ключевых условий решения ионных уравнений.
Подробная таблица помогает узнать, сколько компонента нужно взять для приготовления насыщенной смеси.
Таблица растворимости
Так выглядит привычная неполная таблица. Важно, что здесь указывается температура воды, так как она является одним из факторов, о которых мы уже говорили выше.
Как пользоваться таблицей растворимости веществ?
Таблица растворимости веществ в воде — один из главных помощников химика. Она показывает, как различные вещества и соединения взаимодействуют с водой. Растворимость твердых веществ в жидкости — это показатель, без которого многие химические манипуляции невозможны.
Таблица очень проста в использовании. В первой строке написаны катионы (положительно заряженные частицы), во второй — анионы (отрицательно заряженные частицы). Большую часть таблицы занимает сетка с определенными символами в каждой ячейке.
Это буквы «Р», «М», «Н» и знаки «-» и «?».
- «Р» — соединение растворяется;
- «М» — мало растворяется;
- «Н» — не растворяется;
- «-» — соединения не существует;
- «?» — сведения о существовании соединения отсутствуют.
В этой таблице есть одна пустая ячейка — это вода.
Простой пример
Теперь о том, как работать с таким материалом. Допустим, нужно узнать растворима ли в воде соль — MgSo4 (сульфат магния). Для этого необходимо найти столбик Mg2+ и спускаться по нему до строки SO42-. На их пересечении стоит буква Р, значит соединение растворимо.
Заключение
Итак, мы изучили вопрос растворимости веществ в воде и не только. Без сомнений, эти знания пригодятся при дальнейшем изучении химии. Ведь растворимость веществ играет там важную роль. Она пригодится при решении и химических уравнений, и разнообразных задач.
Растворимость различных веществ в воде
Способностьданного вещества растворяться в данномрастворителе называется растворимостью.
Сколичественной стороны растворимостьтвердого вещества характеризуеткоэффициент растворимости или просторастворимость — это максимальноеколичество вещества, которое способнораствориться в 100 г или 1000 г воды приданных условиях с образованием насыщенногораствора.
Таккак большинство твердых веществ прирастворении в воде поглощают энергию,то всоответствии с принципом Ле-Шателье,растворимость многих твердых веществувеличиваетсяс повышением температуры.
Растворимостьгазов в жидкости характеризует коэффициентабсорбции -максимальный объем газа, который можетраствориться при н.у. в одном объемерастворителя.
При растворении газоввыделяется тепло, поэтому с повышениемтемпературы растворимость их понижается(например, растворимость NH3при 0°С равна 1100 дм3/1дм3воды, а при 25°С — 700 дм3/1дм3воды).
Зависимость растворимости газовот давления подчиняется закону Генри:массарастворенного газа при неизменнойтемпературе прямо пропорциональнадавлению.
Выражение количественного состава растворов
Нарядус температурой и давлением основнымпараметром состояния раствора являетсяконцентрация в нем растворенноговещества.
Концентрациейраствора называется содержание растворенноговещества в определенной массе или вопределенном объеме раствора илирастворителя. Концентрацию раствораможно выражать по-разному. В химическойпрактике наиболее употребительныследующие способы выражения концентраций:
а)массоваядоля растворенного вещества показывает число граммов (единиц массы)растворенного вещества, содержащеесяв 100 г (единиц массы) раствора (ω, %)
б)мольно-объемнаяконцентрация, или молярность ,показывает число молей (количество)растворенноговещества, содержащихся в 1 дм3раствора (с или М, моль/дм3)
в)эквивалентнаяконцентрация, или нормальность ,показывает число эквивалентоврастворенного вещества, содержащихсяв 1 дм3раствора (сэили н, моль/дм3)
г)мольно-массоваяконцентрация, или моляльность ,показывает число молей растворенноговещества, содержащихся в 1000 г растворителя(сm,моль / 1000 г)
д)титром раствора называется число граммоврастворенного вещества в 1 см3раствора (Т, г/см3)
Крометого состав раствора выражается черезбезразмерные относительные величины-доли.
Объемная доля — отношение объемарастворенного вещества к объему раствора;массоваядоля — отношение массы растворенноговещества к объему раствора; мольнаядоляотношение количества растворенноговещества (число молей) к суммарномуколичеству всехкомпонентов раствора.Наиболееупотребительной величиной являетсямольная доля (N)– отношение количества растворенноговещества (ν1)к суммарному количеству всех компонентовраствора, то есть ν1 + ν2(гдеν2–количество растворителя)
Nр.в.= ν1/(ν1+ ν2)= mр.в./Мр.в./(mр.в./Мр.в+mр-ля./Мр-ля).
Разбавленные растворы неэлектролитов и их свойства
Приобразовании растворов характервзаимодействия компонентов определяетсяих химическойприродой, что затрудняет выявлениеобщих закономерностей. Поэтому удобноприбегнуть к некоторой идеализированноймодели раствора, так называемомуидеальномураствору.
Раствор, образование которогоне связано с изменением объема итепловым эффектом, называют идеальнымраствором.
Однако,большинство растворов необладает в полной мере свойствамиидеальности и общие закономерностимогут быть описаны на примерах такназываемых разбавленныхрастворов, то есть растворов, в которыхсодержаниерастворенного вещества очень мало посравнению с содержанием растворителяивзаимодействием молекул растворенноговещества с растворителем можно пренебречь. Растворы обладают коллигативнымисвойствами - этосвойства растворов, зависящие от числачастиц растворенного вещества. Кколлигативным свойствам растворовотносят:
- осмотическое давление;
- давление насыщенного пара. Закон Рауля;
- повышение температуры кипения;
- понижениетемпературы замерзания.
Осмос.Осмотическое давление.
Пустьимеется сосуд, разделенный полупроницаемойперегородкой (пунктир нарисунке) на две части, заполненные доодинакового уровня О-О. В левой частипомещаетсярастворитель, в правой — раствор
растворитель раствор
Кпонятию явления осмоса
Вследствиеразличия концентраций растворителя пообе стороны перегородки растворительсамопроизвольно (в соответствии спринципом Ле-Шателье) проникает черезполупроницаемуюперегородку в раствор, разбавляя его.
Движущей силой преимущественнойдиффузии растворителя в раствор являетсяразность свободных энергий чистогорастворителя и растворителя в растворе.При разбавлении раствора за счетсамопроизвольнойдиффузии растворителя объем раствораувеличивается и уровень перемещаетсяиз положения О в положение II.
Односторонняядиффузия определенного сорта частиц врастворе через полупроницаемуюперегородку называется осмосом.
Количественноохарактеризовать осмотические свойствараствора (по отношению к чистомурастворителю) можно, введя понятие обосмотическомдавлении .
Последнее представляет собой мерустремления растворителя к переходусквозь полупроницаемую перегородку вданный раствор.
Оно равно томудополнительному давлению, котороенеобходимо приложить к раствору, чтобыосмос прекратился (действие давлениясводится к увеличению выхода молекулрастворителя из раствора).
Растворы,характеризующиеся одинаковым осмотическимдавлением, называются изотоническими. Вбиологии растворы с осмотическимдавлением, большим, чем у внутриклеточногосодержимого, называются гипертоническими ,с меньшим – гипотоническими .Один и тот же раствор для одного типаклеток гипертонический, для другого –изотонический, для третьего –гипотонический.
Свойствамиполупроницаемости обладает большинствотканей организмов. Поэтому осмотическиеявления имеют громадное значение дляжизнедеятельности животных и растительныхорганизмов. Процессы усвоения пищи,обмена веществ и т.д.тесно связаны сразличной проницаемостью тканей дляводы и тех или иных растворенных веществ.Явления осмоса объясняют некоторыевопросы, связанные с отношением организмак среде.
Например, ими обусловлено то,что пресноводные рыбы не могут жить вморской воде, а морские в речной.
Вант-Гоффпоказал, что осмотическое давление врастворе неэлектролитапропорционально молярной концентрациирастворенного вещества
Р осм =с R Т,
гдеРосм — осмотическое давление, кПа; с — молярнаяконцентрация, моль/дм3;R- газовая постоянная,равная 8,314 Дж/моль∙К; Т — температура,К.
Этовыражение по форме аналогично уравнениюМенделеева-Клапейрона для идеальныхгазов, однако эти уравнения описываютразные процессы. Осмотическое давлениевозникает в растворе при проникновениив него дополнительного количестварастворителячерез полупроницаемую перегородку. Этодавление — сила, препятствующая дальнейшемувыравниванию концентраций.
Вант-Гоффсформулировал законосмотического давления :осмотическое давлениеравно тому давлению, которое производилобы растворенное вещество, если быоно в виде идеального газа занимало тотже объем, который занимает раствор, притой же температуре.
Давлениенасыщенного пара. Закон Рауля.
Рассмотримразбавленный раствор нелетучего(твердого) вещества А в летучемжидкомрастворителе В. При этом общее давлениенасыщенного пара над растворомопределяетсяпарциальным давлением пара растворителя,поскольку давлением парарастворенноговещества можно пренебречь.
Раульпоказал, что давление насыщенного парарастворителя над раствором Р меньше,чем над чистым растворителем Р°.Разность Р°- Р = Рназывается абсолютным понижениемдавления пара над раствором. Эта величина,отнесенная к давлению пара чистогорастворителя, то есть (Р°-Р)/Р°=Р/Р°,называетсяотносительным понижением давленияпара.Согласнозакону Рауля, относительное понижениедавления насыщенного пара растворителянад раствором равно молярной долерастворенного нелетучего вещества
(Р°-Р)/Р°= N= ν1/(ν1+ ν2)= mр.в./Мр.в./(mр.в./Мр.в+mр-ля./Мр-ля)= XA
гдеXA-мольная доля растворенного вещества.А так как ν1=mр.в./Мр.в,то используя этотзакон можно определить мольную массурастворенного вещества.
Следствиезакона Рауля. Понижениедавления пара над раствором нелетучеговещества,например в воде, можно пояснить спривлечением принципа смещения равновесияЛе-Шателье.
Действительно, при увеличении концентрациинелетучего компонента в раствореравновесие в системе вода — насыщенныйпар сдвигается в сторону конденсациичастипара (реакция системы на уменьшениеконцентрации воды при растворениивещества),что и вызывает уменьшение давленияпара.
Понижениедавления пара над раствором по сравнениюс чистым растворителем вызываетповышение температуры кипения и понижениетемпературы замерзания растворов посравнению с чистым растворителем (t).Эти величины пропорциональны моляльнойконцентрациирастворенного вещества — неэлектролита,то есть:
t = К∙с т = К∙т∙1000/М∙а,
гдесm-моляльная концентрация раствора; а -масса растворителя. КоэффициентпропорциональностиК , вслучае повышения температуры кипения,называется эбуллиоскопическойконстантой дляданного растворителя (Е ), адля понижения температурызамерзания — криоскопическойконстантой (К ).
Этиконстанты, численно различныедля одного и того же растворителя,характеризуют повышение температурыкипенияи понижение температуры замерзанияодномоляльного раствора, т.е. прирастворении1 моль нелетучего неэлектролита в 1000 грастворителя. Поэтому их часто называютмоляльным повышением температурыкипения и моляльным понижением температурызамерзания раствора.
Крископическаяи эбуллиоскопическая постоянные независятот концентрации и природы растворенноговещества, а зависят лишь от природырастворителяи характеризуются размерностьюкг∙град/моль.
Понятие о растворах. Растворимость веществ
Растворы - гомогенные (однородные) системы переменного состава, которые содержат два или несколько компонентов.
Наиболее распространены жидкие растворы. Они состоят из растворителя (жидкости) и растворенных веществ (газообразных, жидких, твердых):
Жидкие растворы могут быть водные и неводные. Водные растворы - это растворы, в которых растворителем является вода. Неводные растворы - это растворы, в которых растворителями являются другие жидкости (бензол, спирт, эфир и т. д.). На практике чаще применяются водные растворы.
Растворение веществ
Растворение - сложный физико-химический процесс. Разрушение структуры растворяемого вещества и распределение его частиц между молекулами растворителя - это физический процесс. Одновременно происходит взаимодействие молекул растворителя с частицами растворенного вещества, т.е. химический процесс. В результате этого взаимодействия образуются сольваты.
Сольваты - продукты переменного состава, которые образуются при химическом взаимодействии частиц растворенного вещества с молекулами растворителя.
Если растворителем является вода, то образующиеся сольваты называются гидратами . Процесс образования сольватов называется сольватацией . Процесс образования гидратов называется гидратацией . Гидраты некоторых веществ можно выделить в кристаллическом виде при выпаривании растворов. Например:
Что представляет собой и как образуется кристаллическое вещество синего цвета? При растворении в воде сульфата меди (II) происходит его диссоциация на ионы:
Образующиеся ионы взаимодействуют с молекулами воды:
При выпаривании раствора образуется кристаллогидрат сульфата меди (II) - CuSО4 5Н2О.
Кристаллические вещества, содержащие молекулы воды, называются кристаллогидратами . Вода, входящая в их состав, называется кристаллизационной водой. Примеры кристаллогидратов:
Впервые идею о химическом характере процесса растворения высказал Д. И. Менделеев в разработанной им химической (гидратной) теории растворов (1887 г.). Доказательством физико-химического характера процесса растворения являются тепловые эффекты при растворении, т. е. выделение или поглощение теплоты.
Тепловой эффект растворения равен сумме тепловых эффектов физического и химического процессов. Физический процесс протекает с поглощением теплоты, химический - с выделением.
Если в результате гидратации (сольватации) выделяется больше теплоты, чем ее поглощается при разрушении структуры вещества, то растворение - экзотермический процесс. Выделение теплоты наблюдается, например, при растворении в воде таких веществ, как NaOH, AgNО3, H2SО4, ZnSО4 и др.
Если для разрушения структуры вещества необходимо больше теплоты, чем ее образуется при гидратации, то растворение - эндотермический процесс. Это происходит, например, при растворении в воде NaNО3, KCl, K2SO4, KNO2, NH4Cl и др.
Растворимость веществ
Мы знаем, что одни вещества хорошо растворяются, другие - плохо. При растворении веществ образуются насыщенные и ненасыщенные растворы.
Насыщенный раствор - это раствор, который содержит максимальное количество растворяемого вещества при данной температуре.
Ненасыщенный раствор - это раствор, который содержит меньше растворяемого вещества, чем насыщенный при данной температуре.
Количественной характеристикой растворимости является коэффициент растворимости . Коэффициент растворимости показывает, какая максимальная масса вещества может раствориться в 1000 мл растворителя при данной температуре.
Растворимость выражают в граммах на литр (г/л).
По растворимости в воде вещества делят на 3 группы:
Таблица растворимости солей, кислот и оснований в воде:
Растворимость веществ зависит от природы растворителя, от природы растворенного вещества, температуры, давления (для газов). Растворимость газов при повышении температуры уменьшается, при повышении давления - увеличивается.
Зависимость растворимости твердых веществ от температуры показывают кривые растворимости. Растворимость многих твердых веществ увеличивается при повышении температуры.По кривым растворимости можно определить: 1) коэффициент растворимости веществ при различных температурах; 2) массу растворенного вещества, которое выпадает в осадок при охлаждении раствора от t1oC до t2oC.
Процесс выделения вещества путем испарения или охлаждения его насыщенного раствора называется перекристаллизацией . Перекристаллизация используется для очистки веществ.
Раствор – это гомогенная система, состоящая из двух или более веществ, содержание которых можно изменять в определенных пределах без нарушения однородности.
Водные растворы состоят из воды (растворителя) и растворенного вещества. Состояние веществ в водном растворе при необходимости обозначается нижним индексом (р), например, KNO 3 в растворе – KNO 3(p) .
Растворы, которые содержат малое количество растворенного вещества, часто называют разбавленными, а растворы с высоким содержанием растворенного вещества – концентрированными. Раствор, в котором возможно дальнейшее растворение вещества, называется ненасыщенным, а раствор, в котором вещество перестает растворяться при данных условиях, – насыщенным. Последний раствор всегда находится в контакте (в гетерогенном равновесии) с нерастворившимся веществом (один кристалл или более).
В особых условиях, например при осторожном (без перемешивания) охлаждении горячего ненасыщенного раствора твердого вещества, может образоваться пересыщенный раствор. При введении кристалла вещества такой раствор разделяется на насыщенный раствор и осадок вещества.
В соответствии с химической теорией растворов Д. И. Менделеева растворение вещества в воде сопровождается, во‑первых, разрушением химических связей между молекулами (межмолекулярные связи в ковалентных веществах) или между ионами (в ионных веществах), и, таким образом, частицы вещества смешиваются с водой (в которой также разрушается часть водородных связей между молекулами). Разрыв химических связей совершается за счет тепловой энергии движения молекул воды, при этом происходит затрата энергии в форме теплоты.
Во‑вторых, попав в воду, частицы (молекулы или ионы) вещества подвергаются гидратации. В результате образуются гидраты – соединения неопределенного состава между частицами вещества и молекулами воды (внутренний состав самих частиц вещества при растворении не изменяется). Такой процесс сопровождается выделением энергии в форме теплоты за счет образования новых химических связей в гидратах.
В целом раствор либо охлаждается (если затрата теплоты превосходит ее выделение), либо нагревается (в противном случае); иногда – при равенстве затраты теплоты и ее выделения – температура раствора остается неизменной.
Многие гидраты оказываются настолько устойчивыми, что не разрушаются и при полном выпаривании раствора. Так, известны твердые кристаллогидраты солей CuSO 4 5Н 2 O, Na 2 CO 3 10Н 2 O, KAl(SO 4) 2 12Н 2 O и др.
Содержание вещества в насыщенном растворе при Т = const количественно характеризует растворимость этого вещества. Обычно растворимость выражается массой растворенного вещества, приходящейся на 100 г воды, например 65,2 г КBr/100 г Н 2 O при 20 °C. Следовательно, если 70 г твердого бромида калия ввести в 100 г воды при 20 °C, то 65,2 г соли перейдет в раствор (который будет насыщенным), а 4,8 г твердого КBr (избыток) останется на дне стакана.
Следует запомнить, что содержание растворенного вещества в насыщенном растворе равно , в ненасыщенном растворе меньше и в пересыщенном растворе больше его растворимости при данной температуре. Так, раствор, приготовленный при 20 °C из 100 г воды и сульфата натрия Na 2 SO 4 (растворимость 19,2 г/100 г Н 2 O), при содержании
15,7 г соли – ненасыщенный;
19.2 г соли – насыщенный;
2O.3 г соли – пересыщенный.
Растворимость твердых веществ (табл. 14) обычно увеличивается с ростом температуры (КBr, NaCl), и лишь для некоторых веществ (CaSO 4 , Li 2 CO 3) наблюдается обратное.
Растворимость газов при повышении температуры падает, а при повышении давления растет; например, при давлении 1 атм растворимость аммиака составляет 52,6 (20 °C) и 15,4 г/100 г Н 2 O (80 °C), а при 20 °C и 9 атм она равна 93,5 г/100 г Н 2 O.
В соответствии со значениями растворимости различают вещества:
– хорошо растворимые, масса которых в насыщенном растворе соизмерима с массой воды (например, КBr – при 20 °C растворимость 65,2 г/100 г Н 2 O; 4,6М раствор), они образуют насыщенные растворы с молярностью более чем 0,1М;
– малорастворимые, масса которых в насыщенном растворе значительно меньше массы воды (например, CaSO 4 – при 20 °C растворимость 0,206 г/100 г Н 2 O; 0,015М раствор), они образуют насыщенные растворы с молярностью 0,1–0,001М;
– практически нерастворимые, масса которых в насыщенном растворе пренебрежимо мала по сравнению с массой растворителя (например, AgCl – при 20 °C растворимость 0,00019 г на 100 г Н 2 O; 0,0000134М раствор), они образуют насыщенные растворы с молярностью менее чем 0,001М.
По справочным данным составлена таблица растворимости распространенных кислот, оснований и солей (табл. 15), в которой указан тип растворимости, отмечены вещества, не известные науке (не полученные) или полностью разлагающиеся водой.
Растворы играют ключевую роль в природе, науке и технике. Вода – основа жизни, всегда содержит растворенные вещества. Пресная вода рек и озер содержит мало растворенных веществ, в то время как морская вода содержит около 3,5% растворенных солей.
Первичный океан (во время зарождения жизни на Земле), по предположениям, содержал всего 1% растворенных солей.
«Именно в этой среде впервые развивались живые организмы, из этого раствора они черпали ионы и молекулы, которые необходимы для их дальнейшего роста и развития… Со временем живые организмы развивались и преображались, поэтому они смогли оставить водную среду и перебраться на сушу и затем подняться в воздух. Они получили эти способности, сохранив в своих организмах водный раствор в виде жидкостей, которые содержат жизненно важный запас ионов и молекул» – именно такими словами описывает роль растворов в природе знаменитый американский химик, лауреат Нобелевской премии Лайнус Полинг. Внутри каждого из нас, в каждой клетке нашего организма – содержатся воспоминания о первичном океане, месте в котором зародилась жизнь, - водном растворе, обеспечивающем саму жизнь.
В любом живом организме постоянно течет по сосудам – артериям, венам и капиллярам – необычный раствор, который составляет основу крови, массовая доля солей в нем такая же, как в первичном океане, – 0,9%. Сложные физико-химические процессы, протекающие в организме человека и животного, также взаимодействуют в растворах. Процесс усвоения пищи связан с переводом высокопитательных веществ в раствор. Природные водные растворы напрямую связаны с процессами почвообразования, снабжением растений питательными веществами. Такие технологические процессы в химической и многих других отраслях промышленности, например производство удобрений, металлов, кислот, бумаги, происходят в растворах. Современная наука занимается изучением свойств растворов. Давайте выясним, что же такое раствор?
Растворы отличаются от других смесей тем, что частицы составных частей располагаются в них равномерно, и в любом микрообъеме подобной смеси состав будет одинаков.
Именно поэтому под растворами понимали однородные смеси, которые состоят из двух или более однородных частей. Такое представление исходило из физической теории растворов.
Приверженцы физической теории растворов, которой занимались Вант-Гофф, Аррениус и Оствальд, считали, что процесс растворения является результатом диффузии.
Д. И. Менделеев и сторонники химической теории считали, что растворение является результатом химического взаимодействия растворенного вещества с молекулами воды. Таким образом, будет точнее определить раствор как однородную систему, которая состоит из частиц растворенного вещества, растворителя, а также продуктов их взаимодействия.
Вследствие химического взаимодействия растворенного вещества с водой образуются соединения – гидраты. Химическое взаимодействие обычно сопровождается тепловыми явлениями. К примеру, растворение серной кислоты в воде проходит с выделением такого колоссального количества тепла, что раствор может закипеть, именно поэтому кислоту льют в воду, а не наоборот. Растворение таких веществ как хлорид натрия, нитрат аммония, сопровождается поглощением тепла.
М. В. Ломоносов доказал, что растворы превращаются в лед при более низкой температуре, чем растворитель.
сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.