Сегодня мы поговорим о веществе – воде!

А видел ли кто-нибудь из вас воду?

Вопрос показался вам нелепым? Но он относится к совершенно чистой воде, в которой нет никаких примесей. Если быть честным и точным в ответе, то придется сознаться, что такую воду ни я, ни вы пока не видели. Именно поэтому на стакане с водой после надписи «Н 2 О» стоит знак вопроса. Значит, в стакане не чистая вода, а что тогда?

В этой воде растворены газы: N 2 , O 2 , CO 2 , Ar, соли из почвы, катионы железа из водопроводных труб. Кроме того, в ней взвешены мельчайшие частицы пыли. Вот что мы называем ч и с т о й в о д о й! Много ученых работает над решением трудной проблемы – получить абсолютно чистую воду. Но пока получить такую ультрачистую воду не удалось. Однако вы можете возразить, что есть дистиллированная вода. Кстати, что она собой представляет?

На самом деле мы получаем такую воду, когда стерилизуем банки перед консервированием. Переворачиваем банку вверх дном, помещаем ее над кипящей водой. На донышке банки появляются капельки, это и есть дистиллированная вода. Но как только мы перевернем банку, в нее заходят газы из воздуха, и снова в банке – раствор. Поэтому грамотные хозяйки стараются сразу после стерилизации заполнить банки нужным содержимым. Говорят, что продукты в этом случае будут храниться дольше. Возможно, они правы. Можете поэкспериментировать! Именно потому, что вода способна растворять в себе различные вещества, ученые не могут до сих пор получить идеально чистую воду в больших объемах. А она бы так пригодилась, например, в медицине для приготовления лекарств.

Кстати, находясь в стакане, вода «растворяет» стекло. Поэтому чем толще стекло, тем дольше прослужат стаканы. А что такое морская вода?

Это раствор, в котором содержится много веществ. Например, поваренная соль. А как можно выделить поваренную соль из морской воды?

Выпариванием.Кстати, именно так поступали наши предки. В Онеге были солеварни, где из морской воды выпаривали соль. Соль продавали новгородским купцам, покупали своим невестам и женам дорогие украшения, шикарные ткани. Таких нарядов, как у поморок, не было даже у московских модниц. А все лишь благодаря знаниям свойств растворов! Итак, сегодня мы с вами говорим о растворах и растворимости. Запишем в тетради определение раствора.

Раствор – однородная система, состоящая из молекул растворителя и растворённого вещества, между которыми происходят физические и химические взаимодействия.

Раccмотрим схемы 1–2 и разберем, какие бывают растворы.

Какой из растворов вы предпочтете, готовя суп? Почему?

Определите, где разбавленный раствор, где концентрированный раствор медного купороса?

Если в определённом объёме раствора содержится мало растворённого вещества, то такой раствор называют разбавленным , если много – концентрированным .

Определите, где какой раствор?

Не следует смешивать понятия «насыщенный» и «концентрированный» раствор, «ненасыщенный» и «разбавленный» раствор.

Одни вещества хорошо растворяются в воде, другие мало, а третьи – не растворяются совсем. Посмотрите видео "РАСТВОРИМОСТЬ ТВЁРДЫХ ВЕЩЕСТВ В ВОДЕ"

Выполните задание в тетради: Распределите предложенные вещества - СO 2 , H 2 , O 2 , H 2 SO 4 , Уксус, NaCl,Мел, Ржавчина, Растительное масло, Спирт в пустые столбики таблицы 1, используя свой жизненный опыт.

Таблица 1

Растворенное вещество	Примеры веществ
	Растворимые	Малорастворимые
Газ
Жидкость
Твердое вещество

А можете ли вы сказать о растворимости FeSO 4 ?

Как же быть?

Для того чтобы определить растворимость веществ в воде, мы будем пользоваться таблицей растворимости солей, кислот и оснований в воде. Она находится в приложениях к уроку.

В верхней строке таблицы – катионы, в левом столбце – анионы; ищем точку пересечения, смотрим букву – это и есть растворимость.

Определим растворимость солей: AgNO 3 , AgCl, CaSO 4 .

Растворимость увеличивается с ростом температуры (бывают исключения). Вы прекрасно знаете, что удобнее и быстрее растворять сахар в горячей, а не в холодной воде. Посмотрите "Тепловые явления при растворении"

Попробуйте сами, пользуясь таблицей, определить растворимость веществ.

Задание. Определить растворимость следующих веществ: AgNO 3 , Fe(OH) 2 , Ag 2 SO 3 , Ca(OH) 2 , CaCO 3 , MgCO 3 , KOH.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ по теме «Растворы»

Раствор – однородная система, состоящая из молекул растворителя и растворённого вещества, между которыми происходят физические и химические взаимодействия.

Насыщенный раствор – это раствор, в котором данное вещество при данной температуре больше не растворяется.

Ненасыщенный раствор - это раствор, в котором при данной температуре вещество ещё может растворяться.

Суспензией называют взвесь, в которой мелкие частицы твёрдого вещества равномерно распределены между молекулами воды.

Эмульсией называют взвесь, в которой мелкие капельки какой-либо жидкости распределены между молекулами другой жидкости.

Разбавленные растворы - растворы с небольшим содержанием растворенного вещества.

Концентрированные растворы - растворы с большим содержанием растворенного вещества.

ДОПОЛНИТЕЛЬНО:

По соотношению преобладания числа частиц, переходящих в раствор или удаляющихся из раствора, различают растворы на­сыщенные, ненасыщенные и пересыщенные . По относительным количествам растворенного вещества и растворителя растворы подразделяют на разбавленные и концентрированные .

Раствор, в котором данное вещество при данной температуре больше не растворяется, т.е. раствор, находящийся в равновесии с растворяемым веществом, называют насыщенным , а раствор, в котором еще можно растворить добавочное количество данного вещества, - ненасыщенным .

Насыщенный раствор содержит максимально возможное (для данных условий) количество растворенного вещества. Следова­тельно, насыщенным раствором является такой раствор, который находится в равновесии с избытком растворенного вещества. Концентрация насыщенного раствора (растворимость) для данно­го вещества при строго определенных условиях (температура, растворитель) - величина постоянная.

Раствор, содержащий растворенного вещества больше, чем его должно быть в данных условиях в насыщенном растворе, на­зывается пересыщенным . Пересыщенные растворы представляют собой неустойчивые, неравновесные системы, в которых наблю­дается самопроизвольный переход в равновесное состояние. При этом выделяется избыток растворенного вещества, и раствор ста­новится насыщенным.

Насыщенный и ненасыщенный растворы нельзя путать с разбавленным и концентрированным. Разбавленные растворы - растворы с небольшим содержанием растворен­ного вещества; концентрированные растворы - растворы с большим содержанием растворенного вещества. Необходимо подчеркнуть, что понятие разбавленный и концентрированный растворы являются относительными, выражающими только соот­ношение количеств растворенного вещества и растворителя в растворе.

Растворимость газов в жидкостях зависит от ряда факторов: природы газа и жидкости, давления, температуры, концентрации растворенных в жидкости веществ (особенно сильно влияет на растворимость газов концентрация электролитов).

Наибольшее влияние на растворимость газов в жидкостях оказывает природа веществ. Так, в 1 литре воды при t = 18 °С и P = 1 атм. растворяется 0.017 л. азота, 748.8 л. аммиака или 427.8 л. хлороводорода. Аномально высокая растворимость газов в жидкостях обычно обусловливается их специфическим взаимодействием с растворителем – образованием химического соединения (для аммиака) или диссоциацией в растворе на ионы (для хлороводорода). Газы, молекулы которых неполярны, растворяются, как правило, лучше в неполярных жидкостях – и наоборот. Зависимость растворимости газов от давления выражается законом Генри – Дальтона:

Растворимость газа в жидкости прямо пропорциональна его давлению над жидкостью.

растворимость жидкостей - степень взаимной растворимости жидкостей. Некоторые жидкости могут неограниченно растворяться в других жидкостях, т. е. смешиваются друг с другом в любых пропорциях, напр., спирт и вода. Др. взаимно растворяются лишь до определенного предела (напр., при взбалтывании эфира с водой образуется 2 слоя: верхний - насыщенный раствор воды в эфире, а нижний - насыщенный раствор эфира в воде).

Растворение твердого вещества в жидкости по существу мало чем отличается от растворения жидкости в жидкости. И в этом случае молекулы растворенного вещества постепенно распределяются среди молекул растворителя. Масса растворенного вещества, приходящаяся на единицу объема растворителя, носит название концентрации раствора. Вещество растворяется в жидкости до некоторой определенной концентрации, которая зависит от природы растворителя и растворяемого вещества, а также от температуры.

Закон Генри - Дальтона - относится к растворимости газов в жидкости в зависимости от упругости этого газа, производящего давление на жидкость.

При некотором определенном давлении и постоянной температуре растворяется в жидкости определенное количество газа, зависящее также и от свойств жидкости. При увеличении или уменьшении давления газовой атмосферы на жидкость с сохранением той же температуры увеличивается или уменьшается в таком же отношении количество растворенного газа.

Ненасыщенный раствор - раствор, в котором концентрация растворенного вещества меньше, чем в насыщенном растворе, и в котором при данных условиях можно растворить еще некоторое его количество.

Насыщенный раствор - раствор, в котором растворённое вещество при данных условиях достигло максимальной концентрации и больше не растворяется. Осадок данного вещества находится в равновесном состоянии с веществом в растворе.

РАСТВОРИМОСТЬЮ называется способность вещества растворяться в том или ином растворителе. Мерой растворимости вещества при данных условиях является его содержание в насыщенном растворе. Если в 100 г воды растворяется более 10 г вещества, то такое вещество называют хорошо растворимым . Если растворяется менее 1 г вещества – вещество малорастворимо . Наконец, вещество считают практически нерастворимым , если в раствор переходит менее 0,01 г вещества. Абсолютно нерастворимых веществ не бывает. Даже когда мы наливаем воду в стеклянный сосуд, очень небольшая часть молекул стекла неизбежно переходит в раствор.

Растворимость, выраженная при помощи массы вещества, которое может раствориться в 100 г воды при данной температуре, называют также коэффициентом растворимости .

Растворимость некоторых веществ в воде при комнатной температуре.

Растворимость большинства (но не всех!) твердых веществ с увеличением температуры увеличивается, а растворимость газов, наоборот, уменьшается. Это связано прежде всего с тем, что молекулы газов при тепловом движении способны покидать раствор гораздо легче, чем молекулы твердых веществ.

Если измерять растворимость веществ при разных температурах, то обнаружится, что одни вещества заметно меняют свою растворимость в зависимости от температуры, другие – не очень сильно

При растворение тверд тел в воде объем системы обычно изменяется незначительно.Поэтому растворимость веществ, находящихся в тверд состоянии, практически не зависит от давления.

Жидкости так же могут растворятся жидкостях . Некоторые из них неограниченно растворимы одна в другой, т.е смешиваются друг с другом в любых пропорциях, как например, спирт и вода, другие –взаимно растворяются лишь до известного предела. Так если взболтать диэтиловый эфир с водой то образуется два слоя: верхний представляет собой насыщенный раствор воды в эфире, а нижний – насыщенный раствор эфира в воде. В большинстве подобных случаев с повышением температуры взаимная растворимость жидкостей увеличивается до тех пор, пока не будет достигнута температура, при которой обе жидкости смешиваются в любых пропорциях.

Растворение газов в воде представляет собой экзотермический процесс. Поэтому растворимость газов с повышением температуры уменьшается. Если оставить в теплом помещении стакан с холодной водой, то внутренние стенки его покрываются пузырьками газа-это воздух, который был растворен в воде, выделяется из нее вследствие нагревания. Кипячением можно удалить из воды весь растворенный в ней воздух.

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:

1. K2SO4+BaCl2=BaSO4↓+2HCl,
2. 2K+2SO4+Ba+2Cl=BaSO4↓+2K+2Cl,
3. 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.

Раствором называется термодинамически устойчивая гомогенная (однофазная) система переменного состава, состоящая из двух или более компонентов (химических веществ). Компонентами, составляющими раствор, являются растворитель и растворенное вещество. Обычно растворителем считается тот компонент, который в чистом виде существует в таком же агрегатном состоянии, что и полученный раствор (например, в случае водного раствора соли растворителем является, конечно, вода). Если же оба компонента до растворения находились в одинаковом агрегатном состоянии (например, спирт и вода), то растворителем считается компонент, находящийся в большем количестве.

Растворы бывают жидкими, твердыми и газообразными.

Жидкие растворы – это растворы солей, сахара, спирта в воде. Жидкие растворы могут быть водными и неводными. Водные растворы – это растворы, в которых растворителем является вода. Неводные растворы – это растворы, в которых растворителями являются органические жидкости (бензол, спирт, эфир и т.д.). Твёрдые растворы – сплавы металлов. Газообразные растворы – воздух и другие смеси газов.

Процесс растворения . Растворение – это сложный физико-химический процесс. При физическом процессе происходит разрушение структуры растворяемого вещества и распределение его частиц между молекулами растворителя. Химический процесс – это взаимодействие молекул растворителя с частицами растворенного вещества. В результате этого взаимодействия образуются сольваты. Если растворителем является вода, то образующиеся сольваты называются гидратами. Процесс образования сольватов называется сольватацией, процесс образования гидратов – гидратацией. При упаривании водных растворов образуются кристаллогидраты – это кристаллические вещества, в состав которых входит определенное число молекул воды (кристаллизационная вода). Примеры кристаллогидратов: CuSO 4 . 5H 2 O – пентагидрат сульфата меди (II); FeSO 4 . 7H 2 O – гептагидрат сульфата железа (II).

Физический процесс растворения идёт с поглощением энергии, химический – с выделением . Если в результате гидратации (сольватации) выделяется больше энергии, чем ее поглощается при разрушении структуры вещества, то растворение – экзотермический процесс. Выделение энергии происходит при растворении NaOH, H 2 SO 4 , Na 2 CO 3 , ZnSO 4 и других веществ. Если для разрушения структуры вещества надо больше энергии, чем её выделяется при гидратации, то растворение – эндотермический процесс. Поглощение энергии происходит при растворении в воде NaNO 3 , KCl, NH 4 NO 3 , K 2 SO 4 , NH 4 Cl и некоторых других веществ.

Количество энергии, которое выделяется или поглощается при растворении, называется тепловым эффектом растворения .

Растворимостью вещества называется его способность распределяться в другом веществе в виде атомов, ионов или молекул с образованием термодинамически устойчивой системы переменного состава. Количественной характеристикой растворимости является коэффициент растворимости , который показывает, какая максимальная масса вещества может раствориться в 1000 или 100 г воды при данной температуре. Растворимость вещества зависит от природы растворителя и вещества, от температуры и давления (для газов). Растворимость твердых веществ в основном увеличивается при повышении температуры. Растворимость газов с повышением температуры уменьшается, но при повышении давления увеличивается.

По растворимости в воде вещества делят на три группы:

1. Хорошо растворимые (р.). Растворимость веществ больше 10 г в 1000г воды. Например, 2000 г сахара растворяется в 1000 г воды, или в 1 л воды.

2. Малорастворимые (м.). Растворимость веществ от 0,01 г до 10 г в 1000 г воды. Например, 2 г гипса (CaSO 4 . 2 H 2 O) растворяется в 1000 г воды.

3. Практически нерастворимые (н.). Растворимость веществ меньше 0,01 г в 1000 г воды. Например, в 1000 г воды растворяется 1,5 . 10 -3 г AgCl.

При растворении веществ могут образоваться насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные растворы.

Насыщенный раствор – это раствор, который содержит максимальное количество растворяемого вещества при данных условиях. При добавлении вещества в такой раствор вещество больше не растворяется.

Ненасыщенный раствор – это раствор, который содержит меньше растворяемого вещества, чем насыщенный при данных условиях. При добавлении вещества в такой раствор вещество еще растворяется.

Иногда удается получить раствор, в котором растворенного вещества содержится больше, чем в насыщенном растворе при данной температуре. Такой раствор называется пересыщенным. Этот раствор получают при осторожном охлаждении насыщенного раствора до комнатной температуры. Пересыщенные растворы очень неустойчивы. Кристаллизацию вещества в таком растворе можно вызвать путем потирания стеклянной палочкой стенок сосуда, в котором находится данный раствор. Этот способ применяется при выполнении некоторых качественных реакций.

Растворимость вещества может выражаться и молярной концентрацией его насыщенного раствора (п.2.2).

Константа растворимости. Рассмотрим процессы, возникающие при взаимодействии малорастворимого, но сильного электролита сульфата бария BaSO 4 с водой. Под действием диполей воды ионы Ba 2+ и SO 4 2 - из кристаллической решетки BaSO 4 будут переходить в жидкую фазу. Одновременно с этим процессом под влиянием электростатического поля кристаллической решетки часть ионов Ba 2+ и SO 4 2 - вновь будет осаждаться (рис.3). При данной температуре в гетерогенной системе, наконец, установится равновесие: скорость процесса растворения (V 1) будет равна скорости процесса осаждения (V 2), т.е.

BaSO 4 ⇄ Ba 2+ + SO 4 2 -

твёрдая раствор

Рис. 3. Насыщенный раствор сульфата бария

Раствор, находящийся в равновесии с твердой фазой BaSO 4 , называется насыщенным относительно сульфата бария.

Насыщенный раствор представляет собой равновесную гетерогенную систему, которая характеризуется константой химического равновесия:

, (1)

где a (Ba 2+) – активность ионов бария; a(SO 4 2-) – активность сульфат-ионов;

a (BaSO 4) – активность молекул сульфата бария.

Знаменатель этой дроби – активность кристаллического BaSO 4 – является постоянной величиной, равной единице. Произведение двух констант дает новую постоянную величину, которую называют термодинамической константой растворимости и обозначают К s °:

К s ° = a(Ba 2+) . a(SO 4 2-). (2)

Эту величину раньше называли произведением растворимости и обозначали ПР.

Таким образом, в насыщенном растворе малорастворимого сильного электролита произведение равновесных активностей его ионов есть величина постоянная при данной температуре.

Если принять, что в насыщенном растворе малорастворимого электролита коэффициент активности f ~1, то активность ионов в таком случае можно заменить их концентрациями, так как а(X ) = f (X ) . С(X ). Термодинамическая константа растворимости К s ° перейдет в концентрационную константу растворимости К s:

К s = С(Ba 2+) . С(SO 4 2-), (3)

где С(Ba 2+) и С(SO 4 2 -) – равновесные концентрации ионов Ba 2+ и SO 4 2 - (моль/л) в насыщенном растворе сульфата бария.

Для упрощения расчётов обычно пользуются концентрационной константой растворимости К s , принимая f (Х ) = 1 (приложение 2).

Если малорастворимый сильный электролит образует при диссоциации несколько ионов, то в выражение К s (или К s °) входят соответствующие степени, равные стехиометрическим коэффициентам:

PbCl 2 ⇄ Pb 2+ + 2 Cl - ; K s = С (Pb 2+) . С 2 (Cl -);

Ag 3 PO 4 ⇄ 3 Ag + + PO 4 3 - ; K s = С 3 (Ag +) . С (PO 4 3 -).

В общем виде выражение концентрационной константы растворимости для электролита A m B n ⇄ m A n+ + n B m - имеет вид

K s = С m (A n+) . С n (B m -),

где С - концентрации ионов A n+ и B m - в насыщенном растворе электролита в моль/л.

Величиной K s принято пользоваться только в отношении электролитов, растворимость которых в воде не превышает 0,01 моль/л.

Условия образования осадков

Предположим, с - фактическая концентрация ионов трудно растворимого электролита в растворе.

Если С m (A n +) . С n (B m -) > K s , то произойдет образование осадка, т.к. раствор становится пересыщенным.

Если С m (A n +) . С n (B m -) < K s , то раствор является ненасыщенным и осадок не образуется.

Свойства растворов . Ниже рассмотрим свойства растворов неэлектролитов. В случае электролитов в приведённые формулы вводится поправочный изотонический коэффициент.

Если в жидкости растворено нелетучее вещество, то давление насыщенного пара над раствором меньше давления насыщенного пара над чистым растворителем. Одновременно с понижением давления пара над раствором наблюдается изменение его температуры кипения и замерзания; температуры кипения растворов повышаются, а температуры замерзания понижаются по сравнению с температурами, характеризующими чистые растворители.

Относительное понижение температуры замерзания или относительное повышение температуры кипения раствора пропорционально его концентрации:

∆t = K С m ,

где К – константа (криоскопическая или эбулиоскопическая);

С m – моляльная концентрация раствора, моль/1000 г растворителя.

Так как С m = m/M, где m – масса вещества (г) в 1000 г растворителя,

М – молярная масса, приведенное уравнение можно представить:

; .

Таким образом, зная для каждого растворителя величину К, задав m и экспериментально определив ∆t в приборе, находят М растворенного вещества.

Молярная масса растворенного вещества может быть определена путём измерения осмотического давления раствора (π) и рассчитана по уравнению Вант – Гоффа:

; .

Лабораторная работа