Растворимость. Насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные растворы

 

Растворимостью называется способность того или иного вещества растворяться в том или ином растворителе. Количественно растворимость характеризуется концентрацией насыщенного раствора.

При растворении вещества может возникнуть равновесие, при котором скорость растворения фазы равна скорости ее образования. При равновесии изменение энергии Гиббса системы равно нулю (Δ G = 0). Раствор, находящийся в равновесии с растворяемым веществом, называется насыщенным раствором, а концентрация такого раствора ^_ растворимостью. Растворы с меньшей концентрацией, чем в насыщенном, называются ненасыщенными, с большей ^_ пересыщенными.

Растворимость большинства веществ уменьшается с понижением температуры и при охлаждении горячих насыщенных растворов избыток растворенного вещества обычно выделяется. Однако, если охлаждение производить осторожно и медленно, исключив попадание твердых частиц извне, то выделение вещества из раствора может и не произойти. Получается раствор, содержащий значительно больше растворенного вещества, чем требуется для насыщения при данной температуре. Такие растворы были названы пересыщенными. В спокойном состоянии они могут стоять неограниченно долго. Но если в такой раствор бросить кристаллик растворенного вещества, то начинается бурный процесс кристаллизации, т. е. пересыщенные растворы термодинамически неустойчивы. Возможность длительного существования таких растворов объясняется трудностью возникновения «зародышевых» кристалликов, т. н. центров кристаллизации.

Растворимость веществ зависит от их природы, природы растворителя, а также от внешних условий (давления, температуры и т. д.) и колеблется в значительных пределах. Некоторые вещества неограниченно растворимы друг в друге (вода ^_ ацетон, вода ^_ спирт, бензол ^_ толуол). Большинство соединений ограниченно растворимы (вода ^_ бензол, вода ^_ бутиловый спирт, вода ^_ поваренная соль), а многие малорастворимы или практически нерастворимы (вода ^_ BaSO₄, вода ^_ бензин), но абсолютно нерастворимых веществ нет.

При рассмотрении влияния различных факторов на растворимость веществ воспользуемся принципом Ле Шателье.

При растворении газа в жидкости происходит значительное уменьшение объема системы, поэтому увеличение давления повышает растворимость газа. Растворимость газов в жидкости пропорциональна их давлению над жидкостью (закон Генри). Так как растворение газов в воде процесс экзотермический, то их растворимость уменьшается при увеличении температуры. Однако растворение газов в органических жидкостях нередко сопровождается поглощением теплоты; в подобных случаях с ростом температуры растворимость газа увеличивается.

 

г/100 г воды

AgNO3

При растворении твердых веществ в воде объем системы изменяется обычно незначительно, поэтому изменение давления практически не влияет на их растворимость. Поскольку большинство твердых веществ растворяется с поглощением теплоты, то их растворимость возрастает с повышением температуры. Однако растворимость некоторых твердых веществ, например Са(ОН)₂, Na₂SO₄ и некоторых других, снижается с увеличением температуры. Зависимость между растворимостью и температурой очень удобно изображать графически – в виде кривых растворимости (рисунок 1). В некоторых случаях кривые растворимости имеют излом (рисунок 2).

г/100 г воды

ОС

Жидкости также растворяются в жидкостях. Некоторые из них неограниченно растворимы одна в другой, другие имеют ограниченную растворимость. Растворимость жидкости в жидкости обычно увеличивается с повышением температуры и практически не зависит от давления.

ОС

На растворимость оказывает влияние природа растворителя. Обычно вещества с ионным типом связи или с полярными молекулами лучше растворяются в полярных растворителях (в воде, спиртах, жидком аммиаке), а неполярные вещества – в неполярных растворителях (в бензоле, сероуглероде). Это подтверждает известное правило: «подобное растворяется в подобном».

 

Контрольные вопросы

1 Что понимается под раствором?

2 В чем проявляется особенность жидких растворов?

3 Какие стадии включает процесс растворения? Укажите особенности этих стадий.

4 Процесс растворения является экзо- или эндотермическим? Дайте пояснения.

5 Какой процесс называется сольватацией? Экзо- или эндотермическим он является? Почему?

6 Что показывает массовая доля (аналогично: молярная, эквивалентная, моляльная концентрации, молярная доля, титр)? Ее размерность? Существуют ли пределы числовых значений для этой концентрации (если да, то какие)? Запишите формулу для ее вычисления и поясните ее.

7 Что понимается под растворимостью? Чем она выражается? Как влияет давление и температура на растворимость газа и твердого вещества в жидкости?

8 Какие растворы называются насыщенными, ненасыщенными, пересыщенными?

9 Какие факторы влияют на растворимость веществ?

 

 

Задача 1 На нейтрализацию 31 см³ 0,16 н раствора щелочи требуется 217 см³ раствора H₂SO₄. Чему равна нормальность и титр раствора H₂SO₄?

Задача 2 Смешали 10 см³ 10 процентного раствора HNO₃ (r = 1,056 г/см³) и 100 см³ 30 процентного раствора HNO₃ (r = 1,184 г/см³). Вычислите массовую долю азотной кислоты в полученном растворе.

Задача 3 Из 400 г 50 процентного по массе раствора серной кислоты выпариванием удалили 100 г воды. Чему равна массовая доля и моляльная концентрация кислоты в полученном растворе?

Задача 4 Из 400 г 20 процентного (по массе) раствора при охлаждении выделилось 50 г растворенного вещества. Чему равна массовая доля этого вещества в оставшемся растворе?

Задача 5 Плотность 40 процентного раствора гидроксида калия 1,4 г/см³. Сколько граммов гидроксида потребуется для приготовления 500 мл 40 процентного раствора? Какова нормальная концентрация этого раствора?

Задача 6 Чему равна нормальность и титр 30 процентного раствора гидроксида натрия плотностью 1,328 г/см³? К 1 л этого раствора прибавили 5 л воды. Вычислите процентную концентрацию полученного раствора.

Задача 7 К 3 л 10 процентного раствора азотной кислоты, плотность которого 1,054 г/см³, прибавили 5 л 2 процентного раствора азотной кислоты с плотностью 1,009 г/см³. Вычислите процентную, моляльную и молярную концентрации полученного раствора, если считать, что его объем равен 8 л.

 

 

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: