Розчини. Як відбувається розчинення. Насичені розчини

Розчинність твердих речовин в водеЕслі в посудину з водою помістити кристали кухонної солі, цукру або перманганату калію (марганцівки), то ми можемо спостерігати, як кількість речовини поступово зменшується. При цьому вода, в яку були додані кристали, набуває нових властивостей: у неї з’являється солоний або солодкий смак (у разі марганцівки з’являється малинова забарвлення), змінюється щільність, температура замерзання і т.д. Отримані рідини вже не можна назвати водою, навіть якщо вони не відрізняються від води за зовнішнім виглядом (як у випадку з сіллю і цукром). Це – розчини.

Розчини нічого не відстоюються і зберігаються всі час однорідними. Якщо розчин профільтрувати через самий щільний фільтр, то ні сіль, ні цукор, ні марганцевокислий калій вдається відокремити від води. Отже, ці речовини у воді роздроблені до найбільш дрібних частинок – молекул або іонів.

Розчинами називаються гомогенні (тобто однорідні) суміші змінного складу з двох або більше речовин. Найбільш поширене агрегатний стан розчинів – рідке.

Під змінним складом розчину розуміють ту просту обставину, що співвідношення змішаних один з одним речовин може безперервно змінюватися в певних межах. Наприклад, розчин солі можна розбавляти чистою водою або, навпаки, упарюють, але отримані при цьому рідини в будь-якому випадку будуть називатися розчинами солі. Пріведнное вище визначення не охоплює всіх властивостей розчинів, тому наприкінці параграфа ми його уточнимо.

Будь розчин складається з розчинника і розчиненої речовини:

З двох або кількох компонентів розчину розчинником є той, який взятий в більшій кількості і має той же агрегатний стан, що й розчин в цілому.

Не завжди обов’язково вода є розчинником – існують і неводні розчини. Однак коли мова йде про водних розчинах, воду вважають розчинником і в тих випадках, коли її менше. Наприклад, говорять про 96%- ном розчині етилового спирту у воді, а не про 4% -ном розчині води в спирті.

** Існують розчини не тільки рідкі, але і тверді. У твердих розчинах частинки однієї речовини хаотично розподілені серед частинок якого-небудь іншого, але обов’язково твердої речовини. Наприклад, водень охоче розчиняється в деяких металах (платині, паладії), і це приклад твердого розчину. Суміші газів (наприклад, повітря) не називають розчинами. Справа в тому, що важливою властивістю розчинів є помітне взаємодія між частинками розчинника і розчинених речовин, а в газах така взаємодія практично відсутня.

Давайте розберемося в тому, як відбувається розчинення речовин. Для цього поспостерігаємо, як розчиняється доданий в чай цукор. Якщо чай холодний, то цукор розчиняється повільно. Навпаки, якщо чай гарячий і розмішується ложечкою, то розчинення відбувається швидко.

Потрапляючи у воду, молекули цукру, що знаходяться на поверхні кристалів цукрового піску, утворюють з молекулами води міжмолекулярні (водневі) зв’язку. При цьому з однією молекулою цукру зв’язується кілька молекул води. Тепловий рух молекул води змушує пов’язані з ними молекули цукру відриватися від кристала і переходити в товщу молекул розчинника (рис. 7-2). Молекули цукру (білі кружечки), що знаходяться на поверхні кристала цукру, оточені молекулами води (темні кружечки). Між молекулами цукру і води виникають міжмолекулярні зв’язки, завдяки яким молекули цукру відриваються від поверхні кристала. Молекули води, не пов’язані з молекулами цукру, на малюнку не показані.

Дифузія перманганату каліяМолекули цукру, що перейшли з кристала у розчин, можуть пересуватися по всьому об’єму розчину разом з молекулами води завдяки тепловому руху. Це явище називається дифузією. Дифузія відбувається повільно, тому біля поверхні кристалів знаходиться надлишок вже відірваних від кристала, але ще не дифундувати в розчин молекул цукру. Вони заважають новим молекулам води підійти до поверхні кристала, щоб зв’язатися з його молекулами водневими або іншими межмолекулярними зв’язками. Якщо розчин перемішувати, то дифузія відбувається інтенсивніше і розчинення цукру йде швидше. Молекули цукру розподіляються рівномірно і розчин стає однаково солодким по всьому об’єму. При розчиненні перманганату калію дифузію частинок в розчині можна спостерігати візуально завдяки інтенсивній малиновою забарвленні цієї речовини.

Розчинення речовин можна порівняти з перетягуванням меблів. Уявіть, що на час ремонту шкільні столи (або парти) склали в спортзалі в строгому порядку акуратним штабелем. Цей упорядкований штабель є моделлю кристалічної речовини, а кожен стіл – як би ” молекулою ” такої речовини. Після закінчення ремонту учнів попросили допомогти перетягнути столи. У спортзал вбігла ватага учнів (ця ватага не що інше, як розчинник, а кожен учень – молекула розчинника), хтось заліз нагору, хтось тягне столи знизу – коротше, робота закипіла. Дуже скоро столи, кожен з яких несуть де двоє, а де четверо хлопців, опиняються в різних кінцях школи, а від штабеля у спортзалі не залишається і сліду. Кількість молекул, які здатні перейти в розчин, часто обмежена. Молекули речовини не тільки залишають кристал, але і знову приєднуються до кристалу з розчину. Поки кристалів відносно небагато, більше молекул переходить в розчин, ніж повертається з нього – йде розчинення. Але якщо розчинник знаходиться у контакті з великою кількістю кристалів, то число йдуть і повертаються молекул стає однаковим і для зовнішнього спостерігача розчинення припиняється.

Наприклад, при кімнатній температурі ми не можемо розчинити в 100 мл води понад 200 г цукру або більше 35,9 г кухонної солі. У таких випадках говорять, що розчин став насиченим.

Розчин, в якому дана речовина при даній температурі вже більше не розчиняється, називається насиченим.

У насиченому розчині при даній температурі міститься максимально можлива кількість розчиненої речовини.

** Якщо повернутися до прикладу з шкільними столами, то там теж можливе утворення ” насиченого розчину “. Це може відбутися в тому випадку, якщо столів виявиться занадто багато і для них в класах вже не вистачатиме місця. У цьому випадку частина учнів буде просто – напросто змушена повернутися і поставити столи в той же штабель, звідки вони були взяті. Таким чином, кількість меблів у спортзалі перестане зменшуватися. Зрозуміло, учні набагато розумніший молекул води і не стануть далі робити марну роботу. У реальному розчині, де є тепловий рух молекул, молекули продовжують ” трудитися “, транспортуючи частинки розчиненої речовини з кристала в розчин і назад.

Така ситуація називається ДИНАМІЧНИМ рівновагою (рівновагою в русі). У зв’язку з цим можна доповнити визначення насиченого розчину:

Насиченим називається такий розчин, який знаходиться в динамічній рівновазі з надлишком розчиненої речовини.

Отже, ніяке найсильніше перемішування не допомагає розчинити в насиченому розчині додаткові порції речовини. Однак, якщо підвищити температуру, то розчин знову може стати ненасиченим і розчинити ще певну порцію кристалів.

Ми говоримо: ” цукор розчиняється у воді добре ” або ” крейда погано розчиняється у воді”. Але можна і кількісно оцінити здатність того чи іншого речовини до розчинення або, іншими словами, розчинність речовини.

Розчинні називається здатність речовини розчинятися в тому чи іншому розчиннику. Мірою розчинності речовини за даних умов є його зміст в насиченому розчині.

Якщо в 100 г води розчиняється більше 10 г речовини, то така речовина називають добре розчинною. Якщо розчиняється менше 1 г речовини – речовина малорастворимо. Нарешті, речовина вважають практичнонерозчинним, якщо в розчин переходить менше 0,01 г речовини. Абсолютно нерозчинних речовин не буває. Навіть коли ми наливаємо воду в скляну посудину, дуже невелика частина молекул скла неминуче переходить в розчин.

Розчинність, виражена за допомогою маси речовини, яка може розчинитися в 100 г води при даній температурі, називають також коефіцієнтом розчинності.

У цілому розчинність різних речовин визначається багатьма складними причинами, деякі з яких до цих пір не ясні. Тому важко передбачити розчинність якого речовини за його хімічною формулою або агрегатним станом.

Як приклад наведемо розчинність (в грамах речовини на 100 г води при кімнатній температурі) декількох речовин: твердих, рідких і газоподібних, серед яких багато хто має схожі хімічні формули (таблиця 7-2).

Посилання на основну публікацію