Какие свойства у растворимости
Растворимость (Р, χ или ks) – 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 mр.в. – масса растворенного вещества, г
mр-ля – масса растворителя, г
Иногда используют обозначение коэффициент растворимости kS.
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 таблице приведена растворимость некоторых веществ в воде при 20oС:
Вещество | Растворимость, г на 100 г H2O | Вещество | Растворимость, г на 100 г H2O |
NH4NO3 | 177 | H3BO3 | 6 |
NaCl | 36 | CaCO3 | 0,0006 |
NaHCO3 | 10 | AgI | 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 пренебречь 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 20oС растворяется 2 объема водорода, 3 объема кислорода. В тех же условиях в 1 объеме Н2О 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 NaNO3 и нитрата калия КNO3 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:
mр.в. = mр-ра⋅ωр.в. = 100⋅0,24 = 24 г
Масса воды равна:
mводы = mр-ра – mр.в. = 100 — 24 = 76 г
Определяем растворимость:
χ = mр.в./mр-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 при 100ºС 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
Источник
Раствори́мость — способность вещества образовывать с другими веществами однородные системы — растворы, в которых вещество находится в виде отдельных атомов, ионов, молекул или частиц. Растворимость выражается концентрацией растворённого вещества в его насыщенном растворе либо в процентах, либо в весовых или объёмных единицах, отнесённых к 100 г или 100 см³ (мл) растворителя (г/100 г или см³/100 см³). Растворимость газов в жидкости зависит от температуры и давления. Растворимость жидких и твёрдых веществ — практически только от температуры. Все вещества в той или иной степени растворимы в растворителях. В случае, когда растворимость слишком мала для измерения, говорят, что вещество нерастворимо.
Зависимость растворимости веществ от температуры выражается с помощью кривых растворимости. По кривым растворимости производят различные расчёты. Например, можно определить массу вещества, которое выпадет в осадок из насыщенного раствора при его охлаждении.
Процесс выделения твёрдого вещества из насыщенного раствора при понижении температуры называется кристаллизацией. Кристаллизация играет огромную роль в природе — приводит к образованию некоторых минералов, участвует в процессах, протекающих в горных породах.
Способы выражения характеристик растворимости
Характеристики растворимости подразделяются на качественные и количественные.
Качественные характеристики определяют мнение исследователя в отношении растворимости данного вещества — хорошо растворимо, плохо растворимо, мало растворимо, нерастворимо и т. п., и являются субъективными. Попытка сделать их более объективными была сделана в Государственной фармакопее СССР для обозначения растворимости лекарственных средств, но она не получила распространения.
Количественные характеристики определяют количество вещества, растворённого в данном количестве растворителя при данных условиях и обычно имеют размерности концентрации (моль/л, г/100 г растворителя, г/100 г раствора, г/кг растворителя, мольная доля и т. д.).
Качественная и количественная растворимость приводится в справочной литературе.
Влияние условий на растворимость
Для определения качественной растворимости часто используется эмпирическое правило «подобное растворяется в подобном». Это правило разные источники объясняют немного по-разному: полярные вещества растворяются в полярных растворителях, вещества имеющие гидроксильные группы хорошо растворяются в растворителях с гидроксильными группами и т. п.
Растворимость зависит от
- растворяемого вещества,
- растворителя,
- температуры,
- давления,
- наличия в растворителе других веществ.
Растворимость большинства газов растет с ростом давления и уменьшается с ростом температуры. Для твёрдых и жидких веществ влияние давления на растворимость менее значимо, чем для газов. Температура имеет различное влияние на различные системы «растворяемое вещество — растворитель», но в большинстве случаев при увеличении температуры растёт растворимость (обратной зависимостью обладают, например, многие соли кальция). Так как растворяемое вещество часто увеличивает температуру кипения растворителя, растворимость при атмосферном давлении может быть измерена и выше температуры кипения растворителя. При повышенном давлении и температуре растворимость может сильно увеличиваться (например, в воде при высоком давлении и температуре относительно хорошо растворяются углеводороды и кварц, которые почти нерастворимы при обычных условиях).
Наличие в растворителе других веществ может сильно влиять на растворимость. Примеры:
- добавление солей в водный раствор неполярных веществ может привести к выделению неполярного вещества в осадок, за счет эффекта высаливания,
- наличие растворённого кислорода сильно влияет на растворимость ртути в воде за счет эффектов поверхностного окисления,
- наличие небольшого количества влаги в абсолютном этаноле может сильно изменить растворимость неполярных веществ.
Энергетические эффекты при растворении
Растворение веществ часто происходит с разогреванием или охлаждением раствора.
Способы измерения растворимости
Самым старым способом измерения растворимости является растворение вещества до его выпадения в осадок, выдерживание такой смеси при определенной температуре, отделение осадка и вычисление растворившегося вещества.
В современных условиях для измерения очень малых значений растворимости часто пользуются хроматографическими системами.
При измерениях растворимости важно учесть все факторы, которые могут повлиять на растворимость.
Литература
- Химическая энциклопедия. — Т. 4. — М.: Большая российская энциклопедия, 1995
См. также
- Таблица растворимости (рус.)
- Произведение растворимости
- Константа равновесия
- Ионная жидкость
- Растворимость газов (рус.)
- Растворимость некоторых газов в воде при нормальных условиях (рус.)
Эта страница в последний раз была отредактирована 23 ноября 2020 в 13:18.
Источник
Ðàñòâîðèìîñòü – ñïîñîáíîñòü âåùåñòâà ïðè îïðåäåë¸ííûõ óñëîâèÿõ îáðàçîâûâàòü ñ äðóãèìè âåùåñòâàìè ãîìîãåííûå ñèñòåìû – ðàñòâîðû, â êîòîðûõ âåùåñòâà íàõîäèòñÿ â âèäå îòäåëüíûõ àòîìîâ, èîíîâ, ìîëåêóë èëè ÷àñòèö.
Ðàñòâîðèìîñòü çàâèñèò îò ïðèðîäû ðàñòâîð¸ííîãî âåùåñòâà è ðàñòâîðèòåëÿ, à òàêæå îò âíåøíèõ óñëîâèé (òåìïåðàòóðû, äàâëåíèÿ).
Ðàñòâîðèìîñòü õàðàêòåðèçóåòñÿ:
1. Êà÷åñòâåííûìè õàðàêòåðèñòèêàìè – ñïîñîáíîñòüþ ðàñòâîðÿòüñÿ â äàííîì ðàñòâîðèòåëå ïðè îïðåäåëåííûõ óñëîâèÿõ:
- õîðîøî ðàñòâîðèìî;
- ïëîõî ðàñòâîðèìî;
- ìàëî ðàñòâîðèìî;
- íåðàñòâîðèìî è ò.ï.
2. Êîëè÷åñòâåííûìè õàðàêòåðèñòèêàìè – êîíöåíòðàöèåé íàñûùåííîãî ðàñòâîðà äàííîãî âåùåñòâà ïðè çàäàííûõ òåìïåðàòóðå è äàâëåíèè.
Êîýôôèöèåíò ðàñòâîðèìîñòè ks – îòíîøåíèå ìàññû áåçâîäíîãî ðàñòâîð¸ííîãî âåùåñòâà ê ìàññå âîäû:
Ðàñòâîðèìîñòü íåêîòîðûõ âåùåñòâ â âîäå ïðè 20 o Ñ
Âåùåñòâî | Ðàñòâîðèìîñòü, ã íà 100 ã H2O |
NH4NO3 | 177 |
NaCl | 36 |
NaHCO3 | 10 |
H3BO3 | 6 |
CaCO3 | 0,0006 |
AgI | 0,0000002 |
Ðàñòâîðèìîñòü èîäèäà êàëèÿ â ðàçëè÷íûõ ðàñòâîðèòåëÿõ ïðè 20 o Ñ
Ðàñòâîðèòåëü | Ðàñòâîðèìîñòü, % (ìàññ.) |
Àììèàê (æèäê.) | 64 |
Âîäà | 59 |
Ìåòàíîë | 15 |
Àöåòîí | 1,3 |
Áóòàíîë | 0,2 |
Íèòðîáåíçîë | 0,0002 |
Òàáëèöà ðàñòâîðèìîñòè êèñëîò, ñîëåé è îñíîâàíèé â âîäå
Óñëîâíûå îáîçíà÷åíèÿ:
«Ð» – ðàñòâîðÿåòñÿ (>1 ã íà 100 ã H2O);
«Ì» – ìàëî ðàñòâîðÿåòñÿ (îò 0,1 ã äî 1 ã íà 100 ã H2O);
«Í» – íå ðàñòâîðÿåòñÿ (<0,01 ã íà 1000 ã H2O);
«–» – â âîäíîé ñðåäå ðàçëàãàåòñÿ.
Ìàññà âåùåñòâà â ðàñòâîðå, îíëàéí ðàñ÷åò | |
| Ðàñ÷åò ïàðàìåòðû ðàñòâîðà, òàêèå êàê ìàññà ðàñòâîðåííîãî âåùåñòâà, îáúåì, êîíöåíòðàöèþ è ìîëåêóëÿðíóþ ìàññó ðàñòâîðà. | |
| Ìàññà âåùåñòâà â ðàñòâîðå, îíëàéí ðàñ÷åò | |
Êàëüêóëÿòîðû ïî õèìèè | |
| Õèìèÿ îíëàéí íà íàøåì ñàéòå äëÿ ðåøåíèÿ çàäà÷ è óðàâíåíèé. | |
| Êàëüêóëÿòîðû ïî õèìèè | |
Õèìèÿ 7,8,9,10,11 êëàññ, ÅÃÝ, ÃÈÀ | |
| Îñíîâíàÿ èíôîðìàöèÿ ïî êóðñó õèìèè äëÿ îáó÷åíèÿ è ïîäãîòîâêè â ýêçàìåíàì, ÃÂÝ, ÅÃÝ, ÎÃÝ, ÃÈÀ | |
| Õèìèÿ 7,8,9,10,11 êëàññ, ÅÃÝ, ÃÈÀ | |
Источник
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.
Источник