Розчинність речовин у воді

Розчин – це гомогенна система, що складається з двох або більше речовин, вміст яких можна змінювати в певних межах без порушення однорідності.

Водні розчини складаються з води (розчинника) і розчиненої речовини. Стан речовин у водному розчині при необхідності позначається нижнім індексом (р), наприклад, KNO3 в розчині – KNO3 (p).

Розчини, які містять малу кількість розчиненої речовини, часто називають розведеними, а розчини з високим вмістом розчиненого речовини – концентрованими. Розчин, в якому можливе подальше розчинення речовини, називається ненасиченим, а розчин, в якому речовина перестає розчинятися за даних умов, – насиченим. Останній розчин завжди знаходиться в контакті (в гетерогенному рівновазі) з нерастворившихся речовиною (один кристал або більше).

В особливих умовах, наприклад при обережному (без перемішування) охолодженні гарячого ненасиченого розчину твердої речовини, може утворитися пересичений розчин. При введенні кристала речовини такий розчин розділяється на насичений розчин і осад речовини.

Відповідно до хімічної теорією розчинів Д. І. Менделєєва розчинення речовини у воді супроводжується, по-перше, руйнуванням хімічних зв’язків між молекулами (міжмолекулярні зв’язки в ковалентних речовинах) або між іонами (в іонних речовинах), і, таким чином, частинки речовини змішуються з водою (в якій також руйнується частина водневих зв’язків між молекулами). Розрив хімічних зв’язків відбувається за рахунок теплової енергії руху молекул води, при цьому відбувається витрата енергії у формі теплоти.

По-друге, потрапивши у воду, частки (молекули або іони) речовини піддаються гідратації. В результаті утворюються гідрати – сполуки невизначеного складу між частками речовини і молекулами води (внутрішній склад самих частинок речовини при розчиненні не змінюється). Такий процес супроводжується виділенням енергії у формі теплоти за рахунок утворення нових хімічних зв’язків в гідратах.

В цілому розчин або охолоджується (якщо витрата теплоти перевершує її виділення), або нагрівається (в іншому випадку); іноді – при рівності витрати теплоти і її виділення – температура розчину залишається незмінною.

Багато гідрати виявляються настільки стійкими, що не руйнуються і при повному випаровуванні розчину. Так, відомі тверді кристалогідрати солей CuSO4 5Н2O, Na2CO3 • 10Н2O, KAl (SO4) 2 • 12Н2O та ін.

Зміст речовини в насиченому розчині при Т = const кількісно характеризує розчинність цієї речовини. Зазвичай розчинність виражається масою розчиненої речовини, що припадає на 100 г води, наприклад 65,2 г КBr / 100 г Н2О при 20 ° C. Отже, якщо 70 г твердого броміду калію ввести в 100 г води при 20 ° C, то 65,2 г солі перейде в розчин (який буде насиченим), а 4,8 г твердого КBr (надлишок) залишиться на дні склянки.

Слід запам’ятати, що вміст розчиненого речовини в насиченому розчині одно, в ненасиченому розчині менше і в пересиченому розчині більше його розчинності при даній температурі. Так, розчин, приготовлений при 20 ° C з 100 г води і сульфату натрію Na2SO4 (розчинність 19,2 г / 100 г Н2О), при вмісті

15,7 г солі – ненасичений;

19.2 г солі – насичений;

2O.3 г солі – пересичений.

Розчинність твердих речовин (табл. 14) зазвичай збільшується із зростанням температури (КBr, NaCl), і лише для деяких речовин (CaSO4, Li2CO3) спостерігається зворотне.

Розчинність газів при підвищенні температури падає, а при підвищенні тиску зростає; наприклад, при тиску 1 атм розчинність аміаку становить 52,6 (20 ° C) і 15,4 г / 100 г Н2О (80 ° C), а при 20 ° C і 9 атм вона дорівнює 93,5 г / 100 г Н2О .

У відповідності зі значеннями розчинності розрізняють речовини:

– Добре розчинні, маса яких в насиченому розчині порівнянна з масою води (наприклад, КBr – при 20 ° C розчинність 65,2 г / 100 г Н2О; 4,6м розчин), вони утворюють насичені розчини з молярною більш ніж 0,1;

– Малорозчинні, маса яких в насиченому розчині значно менше маси води (наприклад, CaSO4 – при 20 ° C розчинність 0,206 г / 100 г Н2О; 0,015М розчин), вони утворюють насичені розчини з молярною 0,1-0,001М;

– Практично нерозчинні, маса яких в насиченому розчині пренебрежимо мала в порівнянні з масою розчинника (наприклад, AgCl – при 20 ° C розчинність 0,00019 г на 100 г Н2О; 0,0000134М розчин), вони утворюють насичені розчини з молярною менш ніж 0,001 М.

За довідковими даними складена таблиця розчинності поширених кислот, основ і солей (табл. 15), в якій зазначений тип розчинності, відзначені речовини, що не відомі науці (не одержані) або повністю розкладаються водою.

Умовні позначення, що використовуються в таблиці:

«Р» – добре розчинна речовина

«М» – малорастворимое речовина

«Н» – практично нерозчинна речовина

«-» – Речовина не отримано (не існує)

«» – Речовина змішується з водою необмежено

Примітка. Дана таблиця відповідає приготуванню насиченого розчину при кімнатній температурі шляхом внесення речовини (у відповідному агрегатному стані) в воду. Слід врахувати, що отримання опадів малорозчинних речовин за допомогою реакцій іонного обміну можливо не завжди (докладніше див. 13.4).

Посилання на основну публікацію