Раздел 5. РАСТВОРЫ.ТЕОРИЯ
ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЙ ДИССОЦИАЦИИ
§
5.2. Растворимость веществ в воде
Растворимость — это свойство
вещества растворяться в воде или другом растворителе. В воде могут растворяться
твердые, жидкие и газуваті вещества.
За растворимостью в воде все вещества
делятся на три группы: 1) хорошо растворимые; 2) малорастворимые и 3) практически
нерастворимые. Последние называются также нерастворимыми веществами. Однако следует
отметить, что абсолютно нерастворимых веществ нет. Если погрузить в воду стеклянную
палочку или кусочек золота или серебра, то они в ничтожно малых количествах все же
таки растворяются в воде. Как известно, растворы аргентуму или ауруму в воде
убивают микробы. Стекло, серебро, золото — это примеры практически не растворимых в
воде веществ (твердые вещества). К ним относятся также керосин, растительное масло (жидкие
вещества), благородные газы (газуваті вещества). Много веществ в воде
растворяются довольно хорошо. Примером таких веществ могут быть сахар, медный
купорос, гидроксид натрия (твердые вещества), спирт, ацетон (жидкие вещества),
хлороводень, аммиак (газуваті вещества).
Из приведенных примеров следует, что растворимость
прежде всего зависит от природы веществ, кроме того, она зависит от
температуры и давления. Сам процесс растворения обусловлен взаимодействием частиц
растворенного вещества и растворителя; это самопроизвольный процесс.
Процесс растворения твердых веществ в
жидкостях можно представить так: под влиянием растворителя от поверхности твердого вещества
постепенно отрываются отдельные ионы или молекулы и равномерно распределяются в
всем объеме растворителя. Если растворитель соприкасается с большим количеством
вещества, то через некоторое время раствор становится насыщенным.
Насыщенным называется такой раствор,
который находится в динамическом равновесии с избытком растворенного вещества.
Чтобы приготовить насыщенный раствор,
нужно в воду при данной температуре добавлять при перемешивании вещество до тех пор,
пока не образуется осадок, то есть избыток вещества останется нерастворимым. В
Этом случае установится динамическое равновесие между раствором и избытком
вещества, растворяется: сколько частиц вещества будет переходить в раствор,
столько же их будет выделяться (кристаллизоваться) из раствора. В насыщенном
растворе при данной температуре содержится максимально возможное количество растворенного
вещества.
В ненасыщенном растворе содержится
меньше веществ, а в пресыщенному — больше, чем в насыщенном. Пересыщенные растворы
достаточно неустойчивы. Легкое встряхивание сосуда или добавления к раствору кристалла
соли вызывает выпадение в осадок избытка растворенного вещества. Пресыщены
растворы образуют сахароза, Na2SO4 ∙
10Н2О, Na2S2О3 ∙ 5Н2О, СН3СООNа,
Na2B4O7 ∙10Н2О
и др.
Часто малорастворимые и практически
нерастворимые вещества объединяют одним названием — малорастворимые. В этом случае
говорят только о растворимые и малорастворимые вещества. Количественно растворимость
выражается концентрацией насыщенного раствора. Чаще всего ее выражают
максимальным числом граммов вещества, которое можно растворить в 100 г растворителя при
данной температуры. Это количество вещества иногда называют коэффициентом
растворимости или просто растворимостью вещества. Например, при 18 °С в 100 г воды
растворятся 51,7 г соли нитрата свинца(II) Гb(NО3)2, то есть
растворимость этой соли при 18°С равна 51,7. Если при этой же температуре
сверх этого количества добавить еще соли нитрата свинца(II), то она не растворится,
а выпадет в виде осадка.
Говоря о растворимости вещества,
следует указывать температуру растворения. Чаще всего растворимость твердых веществ с
повышением темпераpатуpи сpостає. Это наглядно изображается
помощью кривых растворимости (рис. 5.2). На оси абсцисс откладывают температуру,
а на оси ординат — коэффициент растворимости. Однако растворимость некоторых веществ при
повышении температуры возрастает незначительно (например NaCl, АlСl3) или даже уменьшается [например,
Са(OН)2,
Li2SO4, Са(СН3СОО)2].
На коэффициент растворимости твердого тела в воде давление влияет незначительно, поскольку
при растворении не происходит заметного изменения объема системы. С помощью
кривых растворимости легко вычислить, сколько соли выпадет из раствора при его
охлаждении. Например, если взять 100 г воды и приготовить при
45°С насыщенный раствор нитрата калия, а затем охладить его до 0°С, то, как
следует из кривой растворимости (см. рис. 5.2), должно выпасть 60 г кристаллов соли.
По кривым растворимости легко определяют коэффициент растворимости веществ по
различных температур.
Выделение вещества из раствора при снижении
температуры называется кристаллизацией. Если в растворе содержались примеси, то
вследствие кристаллизации вещество всегда добывается чистой, поскольку в отношении
примесей раствор остается ненасыщенным даже при понижении температуры, и
примеси не выпадают в осадок. На этом основан метод очистки веществ,
называется перекристаллизацией.
Во время растворения газов в воде
выделяется теплота. Поэтому согласно принципу Ле Шателье при повышении
Рис. 5.2. Кривые растворимости твердых
веществ
температуры
растворимость газов уменьшается, а при снижении — увеличивается (рис. 5.3).
Растворимость газов возрастает при повышении давления. Поскольку объем газа,
растворяется в данном объеме воды, не зависит от давления, то растворимость газа
обычно выражают количеством миллилитров, которое растворяется в 100 г растворителя
(см. рис. 5.3).
Рис. 5.3. Кривые растворимости газов