Растворы и растворимость - ABCD42.RU

Растворы и растворимость

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, H24, 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 t1 o C до t2 o C.

Процесс выделения вещества путем испарения или охлаждения его насыщенного раствора называется перекристаллизацией. Перекристаллизация используется для очистки веществ.

Растворы: определение, природа растворения. Растворимость веществ. Способы выражения концентрации растворов

Р – гомогенная физико-химическая система перемешанного состава, состоящая из 2-х или более компонентов и продуктов их взаимодействия, например, Р Na2SO4 в воде, компоненты: вода, Na2SO4. продукты взаимодействия – ион Na+ и (SO4)2−.

Компонент, агрегатное состояние которого не меняется при растворении, принято считать растворителем. Если оба компонента до растворения находились в одинаковом агрегатном состоянии, то растворителем считается вещество, содержащееся в большем количестве. Если в состав Р входит вода, то независимо от ее количества она считается растворителем.

Р могут находится в различных агрегатных состояниях: газовые (смесь азота и кислорода), твердые (сплавы металлов), жидкие (водные и неводные – спиртовые, масляные)

Растворимостью называется способность частиц вещества равномерно распределяться среди частиц растворителя. По растворимости в воде все вещества условно делятся на хорошо растворимые (этанол, глюкоза), труднорастворимые (CaSO4, PbCl2), практически нерастворимые (инертные газы, благородные металлы). Абсолютно нерастворимых веществ нет.

Первой теорией, объясняющей процесс растворения была физическая теория растворов

Аррениуса, с т.з. которой Р рассматривался как механическая смесь, в которой отсутствует какое-либо взаимодействие между растворенным веществом и растворителем. В 1887 году Менделеев предложил химическую теорию растворов, согласно которой между растворенным веществом и растворителем осуществляется химическое взаимодействие с образованием сольватов (гидратов)

Сольваты – продукты переменного состава, которые образуются при химическом взаимодействии частиц растворенного вещества с молекулами растворителя. Если растворителем является вода, то образующиеся сольваты называют гидратами. Иногда эти соединения настолько неустойчивы, что их удается выделить из раствора в кристаллическом состоянии – их называют кристаллогидратами. — CuSO4 5H2O вода, входящая в состав кристаллогидратов, называется кристаллизационной. В настоящее время химическая теория растворов рассматривает Р как физико-химическую систему.

Процесс растворения – самопроизвольный процесс, при котором происходит распределение частиц растворенного вещества среди частиц растворителя, как за счет собственного колебательного движения, так и за счет притяжения частиц со стороны растворителя. Одновременно происходит и обратный процесс перехода растворенных частиц в кристаллы – кристаллизация.

Насыщенный Р – Р, находящийся в равновесии с растворяемым веществом. В НР содержится максимально возможное при данной t –ре количество растворенного вещества.

Ненасыщенный Р – Р, содержащий меньше растворенного вещества, чем в состоянии насыщения.

Перенасыщенный Р – Р, содержащий больше растворенного вещества, чем в состоянии насыщения. Такой Р – термодинамически неустойчивая система и его м получить только в специальных условиях, например при осторожном охлаждении НР.

Растворимость веществ.

Процесс растворения состоит из 2-х стадий. На 1-й происходит разрыв связи между молекулами (атомами или ионами) в растворимом веществе, требующий затрат энергии (эндотермический процесс). На 2-й стадии протекает процесс комплексообразования, т.е. возникают связи между частицами растворенного вещества и растворителя, что сопровождается выделением энергии (экзотермический процесс).

Процесс растворения сопровождается поглощением или выделением тепла. При растворении газов и жидкостей теплота обычно выделятся (например, с выделением теплоты протекает смешение спирта и воды). При растворении в воде твердых веществ теплота может и выделяться(разложение КОН) и поглощаться (растворение NH4NO3)

Растворимость веществ зависит:

1. от природы растворимого вещества и растворителя – правило: подобное растворяется в подобном, т.е. вещества с ионной или ковалентной полярной связью лучше растворимы в полярных растворителях (вода) и плохо растворимы в неполярных (органические вещества)

2. от t –ры – неоднозначна. Если растворимость является эндотермическим процессом (с поглощением), то при повышении т-ры растворимость возрастает, что характерно для большинства твердых веществ. Растворимость газов сопровождается выделением энергии и с повышением т-ры будет уменьшаться.

3 от давления (Р)– существенно не влияет на растворимость жидких и твердых веществ, что связано с незначительным изменением объема в процесс растворения. Растворимость газов сопровождается существенным уменьшением объема и будет возрастать с увеличением Р.

Растворимостью или коэф-ом растворимости называют массу в-ва, способную при данной т-ре максимально раствориться в 100 г растворителя.

Р занимает промежуточное положение между химическими соединениями и механическими смесями. Как и химические процессы, растворение сопровождается тепловыми явлениями, изменениями объма, цвета (например, безводный CuSO4 – белый порошок, а его водный раствор имеет голубое окрашивание). Как и химическое соединение, Р является гомогенным, но в отличии от химических соединений, Р не подчиняются закону постоянства состава, кроме того, они м.б. разделены на исходные компоненты, т.о. Р – физико-химическая система.

Читайте также  Разумное чередование труда и отдыха

Концентрация Р-ов. Способы выражения концентрации растворов.

Состав любого Р м.б. выражен качественно и количественно. При качественной оценке Р используют такие понятия, как разбавленный и концентрированный, но такая оценка весьма условна. Количественный состав Р м выражаться как с помощью безразмерных единиц (в долях или %), так и через размерные единицы – концентрации.

Концентрациями Р-раназывают количество растворенного вещества, содержащегося в определенном количестве раствора или растворителя.

Массовая доля — это отношение массы растворенного вещества к общей массе раствора

ω = ———- (*) — в долях, ω = ———- ∙ 100% — в процентах

молярная к-ция–отношение количества растворенного вещества в молях к объему р-ра:

Нормальная концентрация — отношение числа молей эквивалента растворенного вещества к объему раствора:

Эквивалент – такая формульная единица (часть атома, молекулы или иона), которая соединяется с одним атомом Н, замещая его или равноценна ему, измеряется в а.е.м.)

Мэк-ты = —————— , (основность определяется по числу атомов Н)

Мэосн-я = —————— , (кислотность – число ОН групп)

Число атомов Ме∙заряд Ме

Число атомов элемента ∙заряд элемента

Растворимость вещества (S) — масса вещества, которая м.б. растворена при данных условиях в 100 г растворителя с образованием насыщенного раствора

S = ———- ∙ 100 (здесь 100 – не %, а как бы г)

массовая доля безводного вещества в насыщенном растворе связана с его растворимостью соотношением:

ω = ———-, из (*) => m р.в./m р-ра = S / S+100 тогда: m р.в.= ———- ∙ m р-ра

РАСТВОРЫ

РАСТВОРЫ, истинные растворы — однородные (гомогенные, однофазные) системы переменного состава из двух или более компонентов (составных частей). Роль Р. исключительно важна. В водах мирового океана, представляющего собой водный Р. многих сотен неорганических и органических веществ, зародилась жизнь на нашей планете. Воздух также является газовым Р. азота, кислорода, углекислого газа, водяных паров и инертных газов (аргоноидов). Физиол. жидкости: плазма крови, лимфа, цереброспинальная жидкость, желудочный и кишечный сок, пот, моча и др. представляют собой Р. Почти все лекарственные средства оказывают свойственное им терапевтическое действие на организм в растворенном состоянии. Многие известные химические реакции (см.) протекают в Р, Учение о Р. является важнейшим разделом современной физической химии (см.).

От механических смесей Р, отличаются однородностью, от хим. соединений — переменным составом. Всякий Р. состоит из растворенных веществ и растворителя (см. Растворители). При растворении в жидкости газов или твердых веществ жидкость принято называть растворителем, а газы или твердые вещества, находящиеся в Р., растворенными веществами. В случае растворения одной жидкости в другой растворителем считают ту из них, к-рая находится в Р. в относительно большем количестве.

Классификация растворов

В зависимости от агрегатного состояния различают газообразные, жидкие и твердые Р. К газообразным Р. относятся смеси любых газов и паров, в т. ч. и освобожденный от пыли воздух. К твердым Р. относятся многие металлические сплавы (см.), стекло, минералы.

Особое значение для медицины и медико-биол. наук имеют жидкие Р., образуемые в результате растворения газов, жидкостей или твердых веществ в жидкостях.

Состав Р. выражают концентрацией компонентов (см. Концентрация). Р. с большой концентрацией растворенного вещества называют концентрированными, с малой — разбавленными. Р., находящиеся в равновесии с избытком растворяющегося вещества, называют насыщенными. В ненасыщенных Р. концентрация растворенного вещества меньше, а в пересыщенных больше, чем в насыщенных. Р., подчиняющиеся закону Рауля (см. Рауля закон), при всех возможных концентрациях называют идеальными растворами.

По способности проводить электрический ток Р. подразделяют на Р. электролитов (см.), или ионные Р., хорошо проводящие электрический ток (к ним относятся, напр., водные растворы к-т, оснований, солей), и на Р. неэлектролитов, или молекулярные, не проводящие электрического тока (напр., растворы глюкозы, этанола и др.).

В зависимости от величины мол. веса (массы) растворенного вещества жидкие Р. делят на Р. низкомолекулярных веществ (Р. глюкозы, этанола, глицерина, обычных к-т, щелочей и солей и др.) и на Р. высокомолекулярных соединений (см.), к к-рым относятся, напр., растворы белков, полисахаридов, нуклеиновых к-т в воде, каучука в бензоле и др. Растворы высокомолекулярных соединений обладают рядом свойств, присущих типичным коллоидным дисперсиям (см. Коллоиды).

Теории растворов и механизм растворения

Известны две основные теории Р. Физическая теория, разработанная в последней четверти 19 в. Я. Вант-Гоффом и С. Аррениусом, рассматривает растворитель как химически индифферентную среду, в к-рой равномерно распределены частицы (молекулы, ионы) растворенного вещества. При этом предполагается отсутствие межмолекулярного взаимодействия как между самими частицами растворенного вещества, так и между ними и молекулами растворителя. С позиций физической теории удалось объяснить ряд свойств разбавленных Р.— понижение давления пара (см. Рауля закон), понижение температуры замерзания (см. Криометрия), повышение температуры кипения (см. Эбуллиометрия) и такое явление, как осмотическое давление (см.) Р. Эти свойства, называемые коллигативными, или осмотическими, свойствами Р., зависят только от концентрации частиц растворенного вещества, но не от их природы. Однако физическая теория оказалась несостоятельной при объяснении ряда свойств Р., особенно свойств концентрированных Р.

Химическая, или сольватная, теория Р. предложена Д. И. Менделеевым в 1887 г. Согласно этой теории, между частицами растворенного вещества и молекулами растворителя происходит взаимодействие, в результате к-рого образуются нестойкие соединения переменного состава, называемые сольватами или гидратами — в тех случаях, когда растворителем является вода (см.). Главную роль в образовании сольватов играют не валентные связи, а менее прочные межмолекулярные силы и водородные связи (см. Молекула). Сольватная теория дала возможность объяснить изменение ряда свойств Р. (плотности, вязкости, удельной теплоемкости и др.) с изменением их концентрации, тепловые эффекты, наблюдаемые при растворении, и др. Необходимо отметить, что физическая и химическая теории Р. не исключают, а дополняют друг друга.

Механизм растворения в общих чертах состоит в следующем. При внесении в растворитель (напр., воду) растворяемого вещества его молекулы или ионы подвергаются гидратации (см.), отрываются от растворяемого вещества и вследствие диффузии равномерно распределяются по всему объему Р. Одновременно с растворением протекает и обратный процесс — выделение молекул или ионов из Р. и переход их в состав еще не растворившегося вещества. Скорость выделения растворенного вещества, пропорциональная его концентрации в Р., в начале процесса равна нулю, но по мере растворения вещества непрерывно возрастает. По истечении нек-рого времени скорости двух противоположно направленных процессов становятся равными друг другу. С этого момента между избытком нерастворившегося вещества и Р. устанавливается динамическое равновесие, при к-ром при неизменных внешних условиях концентрация Р., называемого в данном случае насыщенным, и количество нерастворившегося вещества остаются постоянными.

Процесс растворения сопровождается выделением или поглощением теплоты. Этот эффект растворения складывается из теплоты, необходимой для отрыва молекул или ионов от растворяемого вещества и равномерного распределения их по всему объему Р., и из теплоты гидратации (сольватации) частиц растворяемого вещества. Поскольку первый из этих процессов происходит с поглощением, а второй с выделением теплоты, тепловой эффект растворения может быть как положительным (выделение теплоты), так и отрицательным (поглощение теплоты).

Растворимость

Мерой растворимости вещества в жидкости при неизменных внешних условиях служит концентрация его насыщенного Р. Растворимость газов в жидкостях принято выражать коэффициентом поглощения, к-рый показывает, сколько объемов данного газа, приведенных к нормальным условиям (температура 0°, давление 1 атм), растворяется в одном объеме жидкости при данной температуре и парциальном давлении (см.) газа, равном 1 атм. Растворимость также выражают массой газа, растворяющегося при постоянной температуре в единице объема жидкости.

Растворимость газов в жидкостях изменяется в широких пределах в зависимости от природы жидкости и газа, а также от давления и температуры. Так, напр., при 18° коэффициент поглощения азота равен 0, 01698, кислорода 0,03220, хлористого водорода 427,9 , аммиака 748,8. Т. к. растворимость кислорода в воде примерно вдвое больше, чем азота, то в воздухе, растворенном в воде, содержание кислорода значительно выше, чем в атмосфере (34,1% по объему при 18° вместо 21,2% в атмосфере), что имеет большое биол. значение для организмов, обитающих в воде.

Читайте также  этническая картина мира 2

Согласно закону Генри, сформулированному в 1803 г., масса газа, растворяющегося при постоянной температуре в единице объема жидкости, прямо пропорциональна парциальному давлению газа: С = К•p, где С — массовая концентрация газа в насыщенном р-ре; p — парциальное давление газа; К — коэффициент пропорциональности, называемый константой или коэффициентом Генри. Из закона Генри (см. Абсорбция) и закона Бойля—Мариот-та (см. Газы) вытекает важное следствие: объем газа, растворяющегося при постоянной температуре в единице объема жидкости, не зависит от его парциального давления. Газы следуют закону Генри при не очень высоких давлениях и только в том случае, если они химически не реагируют с растворителем. При растворении смеси газов растворимость каждого газа, согласно закону Дальтона, пропорциональна его парциальному давлению над Р. С повышением температуры растворимость газа в жидкости уменьшается. Этим свойством пользуются для удаления растворенных газов, не образующих прочных хим. соединений с растворителем. Для этого Р. кипятят в течение нек-рого времени, в результате чего газ удаляется из Р. вместе с паром. Растворимость газов в большинстве случаев сильно зависит от природы растворителя, кроме того, она значительно возрастает, если газ химически взаимодействует с растворителем. Этим объясняется высокая растворимость аммиака и хлористого водорода в воде и спирте.

При растворении в воде солей и нек-рых неэлектролитов растворимость в ней газов уменьшается в соответствии с законом И. М. Сеченова, согласно к-рому

где N и N — растворимость газа в чистой воде и в Р. соли соответственно, концентрация к-рой равна С; К — коэффициент пропорциональности, зависящий от природы газа, соли и растворителя и от температуры.

Растворимость жидкостей в жидкостях колеблется в широких пределах. Известны жидкости, неограниченно растворяющиеся друг в друге, напр, этанол и вода, серная к-та и вода и др. Существуют жидкости, ограниченно растворимые друг в друге. Напр., эфир растворим в воде в небольших количествах; при добавлении больших количеств эфира к воде образуются два слоя: верхний слой представляет собой насыщенный Р. воды в эфире, нижний слой является насыщенным Р. эфира в воде. Известны жидкости, практически нерастворимые друг в друге, напр, ртуть и вода, бензол и вода. С увеличением температуры взаимная растворимость ограниченно растворимых жидкостей в большинстве случаев возрастает и часто при достижении определенной для каждой пары жидкостей температуры, называемой критической температурой, жидкости полностью растворяются друг в друге. Напр., фенол и вода при 68,8° и выше растворяются друг в друге в любых пропорциях, ниже критической температуры они лишь ограниченно растворимы друг в друге. При изменении давления взаимная растворимость жидкостей меняется незначительно.

Растворимость твердых веществ в жидкостях обычно выражают в граммах твердого безводного вещества, приходящихся на 100 г растворителя в насыщенном Р. или на 100 мл насыщенного Р. В зависимости от природы твердого вещества и растворителя растворимость твердых веществ в жидкостях изменяется в крайне широких пределах. Так, напр., при 25° в 100 г воды растворяется 257 г AgNO3 и только лишь 3*10 -20 г HgS. Абсолютно нерастворимые вещества неизвестны.

Полярные вещества хорошо растворимы в полярных растворителях — воде, спирте, ацетоне и др.— и плохо растворимы в неполярных жидкостях — бензоле, четыреххлористом углероде, сероуглероде и т. п. (см. Растворители). Наоборот, неполярные вещества хорошо растворимы в неполярных растворителях и плохо — в полярных.

Библиография: Киреев В. А. Краткий курс физической химии, М., 1978; Соловьев Ю. И. История учения о растворах, М., 1959; Чанг Р. Физическая химия с приложениями к биологическим системам, пер. с англ., М., 1980.

Растворы и растворимость

В нашем курсе химии уже не раз появлялось слово «растворы«. Теперь, наконец, настало время рассказать о них подробно.

Больше всего знакомы нам жидкие растворы. Например, газированная вода — это раствор углекислого газа — газообразного диоксида углерода CO2 в воде, или сладкий чай — водный раствор сахара (сахарозы) и других веществ, входящих в состав чайной заварки. Когда варят картошку, макароны или суп, в воду добавляют поваренную соль — и получается еще один жидкий раствор, раствор хлорида натрия в воде. На полочке в ванной стоит флакон с лосьоном — это раствор жидких веществ, глицерина и спирта, в воде:

Способность воды растворять разные вещества — одно из самых важных ее свойств.

Сама жизнь на Земле не могла бы возникнуть без растворов.
В воде доисторических океанов были сотни растворенных веществ, и именно в этом «супе» впервые появились живые организмы, из него они получали необходимые для роста и развития вещества.
Прошло много миллионов лет. Живые существа покинули океан, вышли на сушу и даже поднялись в воздух.
Но они сохранили в своих организмах водные растворы, где есть весь необходимый им запас молекул и ионов.
Так что скажем «спасибо» воде за ее способность образовывать растворы!

Однако растворы бывают не только жидкими, но и газообразными, и даже твердыми.
Вот воздух — это газообразный раствор кислорода O2, диоксида углерода CO2, водяных паров и аргона Ar в азоте N2. А сплав, из которого сделаны металлические монеты — это твердый раствор никеля Ni в меди Cu.

Растворами называют однородные смеси, состав которых можно менять в широких пределах.

Но не все растворы — «настоящие», истинные. В истинных растворах частицы растворенного вещества имеют размеры, обычные для молекул и ионов и не превышают 1 нм (1·10 −9 м).

Кроме истинных растворов, в природе существуют и другие смеси веществ — взвеси, где размеры частиц растворенного вещества гораздо крупнее.

Во взвесях (суспензиях, эмульсиях, аэрозолях) размеры частиц больше 100 нм.
Самая распространенная суспензия — это уличная дорожная грязь: она содержит частицы минералов алюмосиликатов (глины) в водной среде. Суспензиями являются многие краски и эмали, пасты для чистки посуды и ванн и косметические средства.

Приводя пример эмульсии, обычно вспоминают, что молоко — мельчайшие капельки жира, распределенные в воде. Но эмульсии — это и кремы для лица, и лечебные мази, и даже майонез.

Аэрозоли — это дым, туман, смог, изморозь (капельки воды, частицы твердой сажи, мельчайшие кристаллики льда), «взвешенные» и висящие в газообразной среде.

В коллоидных растворах размеры распределенных частиц — промежуточные между истинными растворами и взвесями и находятся в интервале от 1 до 100 нм.

Коллоидные растворы — это растворы веществ с очень большими молекулами, либо такие, где растворенное вещество образует скопления молекул. Примерами здесь могут служить растворы, которые получаются в воде из яичного белка и крахмала. Кисель, который подавали «на сладкое» в детском саду — это тоже коллоидный раствор.

Коллоидный раствор можно распознать, если осветить его фонарем сбоку: он кажется мутным. Частицы, входящие в состав коллоидного раствора, достаточно велики, чтобы рассеивать свет («эффект Тиндаля»). По этой же причине видны пылинки в солнечном луче или в луче света от кинопроектора в темном зале кинотеатра. Правда, размеры и форму каждой частички разглядеть не удастся, но все в целом они дадут возможность проследить путь света.

Давайте проделаем опыт. Понаблюдаем свойства коллоидного раствора. Это будет очередной «химический опыт на кухне».
Смотрите ПРАКТИКУМ >>>

Коллоидные растворы, только твердые, образуются в земных недрах: это многие известные природные минералы и драгоценные камни.
А металлические сплавы, такие, как бронза, латунь, нержавеющая сталь — это чаще всего истинные, настоящие твердые растворы одних металлов в других.

Читайте также  Проблемы энергосбережения в системах электроснабжения

Задание 47. Вокруг нас

Растворы и растворимость

ХИМИЯ – это область чудес, в ней скрыто счастье человечества,

величайшие завоевания разума будут сделаны

именно в этой области.(М. ГОРЬКИЙ)

Таблица
Менделеева

Универсальная таблица растворимости

Коллекция таблиц к урокам по химии

Вода – растворитель. Растворы. Насыщенные и ненасыщенные растворы. Растворимость веществ в воде

Источник жизни, одновременно самое распространенное и загадочное вещество на Земле – это вода. Именно о ней пойдет речь в данном уроке. Казалось, привычное для каждого вещество, а до сих пор все свойства воды до конца не изучены и не объяснены. Из материалов урока вы узнаете, какими свойствами обладает это привычное, но необычное вещество, и в чем же заключается его удивительность.

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 «Н2О» стоит знак вопроса. Значит, в стакане не чистая вода, а что тогда?

В этой воде растворены газы: N2, O2, CO2, 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.

При сме­ши­ва­нии на строй­ке песка с це­мен­том и водой стро­и­те­ли по­лу­ча­ют так на­зы­ва­е­мый «це­мент­ный рас­твор». Рас­твор ли это с хи­ми­че­ской точки зре­ния?

1) рас­твор со­дер­жит два или более ком­по­нен­тов,

2) рас­твор – од­но­род­ная си­сте­ма, в ко­то­рой нет гра­ни­цы раз­де­ла ве­ществ.

Рас­твор может об­ра­зо­вать­ся не толь­ко при сме­ши­ва­нии жид­ко­го и твер­до­го ве­ще­ства. Неко­то­рые жид­ко­сти тоже могут об­ра­зо­вать рас­твор. На­при­мер, аце­тон и вода – две рас­тво­ри­мые друг в друге жид­ко­сти, при их пе­ре­ме­ши­ва­нии не видна гра­ни­ца раз­де­ла.

А вот бен­зин и вода рас­тво­ра не об­ра­зу­ют, т.к. нерас­тво­ри­мы друг в друге. Неко­то­рые твер­дые ве­ще­ства тоже могут об­ра­зо­вы­вать рас­тво­ры. На­при­мер, спла­вы ме­тал­лов – это од­но­род­ные смеси, их можно на­звать твер­ды­ми рас­тво­ра­ми.

Рис. 1. Спла­вы ме­тал­лов – твер­дые рас­тво­ры

Га­зо­об­раз­ные ве­ще­ства также могут рас­тво­рять­ся в жид­ко­стях. На­при­мер, вы зна­е­те, что рыбы дышат кис­ло­ро­дом, рас­тво­рен­ным в воде. Гра­ни­цы раз­де­ла между водой и со­дер­жа­щим­ся в ней кис­ло­ро­дом нет. Газы сме­ши­ва­ют­ся между собой все­гда. Но од­но­род­ные смеси газов не при­ня­то на­зы­вать рас­тво­ра­ми.

Це­мент и песок не рас­тво­ря­ют­ся друг в друге и воде, а зна­чит, между ними су­ще­ству­ют гра­ни­цы раз­де­лы. Т.е. стро­и­те­ли на­зы­ва­ют эту смесь рас­тво­ром услов­но.

Рис. 2. Стро­и­тель­ный «рас­твор»

II. Классификация растворов

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

Рас­тво­ры могут об­ра­зо­вать:

— жид­кость и твер­дое ве­ще­ство;

— два твер­дых ве­ще­ства.

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

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.

Определите, где какой раствор?

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

III. Растворимость веществ в воде

Одни вещества хорошо растворяются в воде, другие мало, а третьи – не растворяются совсем.

Задание:

Распределите предложенные вещества — СO2 , H2, O2 ,H2SO4, уксус, NaCl, мел, ржавчина, растительное масло, спирт в пустые столбики таблицы 1, используя свой жизненный опыт.

А можете ли вы сказать о растворимости FeSO4?

Для того чтобы определить растворимость веществ в воде, мы будем пользоваться таблицей растворимости солей, кислот и оснований в воде.

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

Задание

IV. Дополнительный материал

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, называютнасыщенным, 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.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: