Растворы и растворимость
Другие рефераты
Если в сосуд с водой поместить кристаллы поваренной соли, сахара или
перманганата калия (марганцовки), то мы можем наблюдать, как количество
твердого вещества постепенно уменьшается. При этом вода, в которую были
добавлены кристаллы, приобретает новые свойства: у нее появляется соленый
или сладкий вкус (в случае марганцовки появляется малиновая окраска),
изменяется плотность, температура замерзания и т.д. Полученные жидкости уже
нельзя назвать водой, даже если они неотличимы от воды по внешнему виду
(как в случае с солью и сахаром). Это – растворы.
Растворы - однородная многокомпонентная система, состоящая из
растворителя, растворённых веществ и продуктов их взаимодействия.
Растворы не отстаиваются и сохранятся все время однородными. Если
раствор профильтровать через самый плотный фильтр, то ни соль, ни сахар, ни
марганцевокислый калий не удается отделить от воды. Следовательно, эти
вещества в воде раздроблены до наиболее мелких частиц – молекул. Молекулы
могут опять собраться в кристаллы только тогда, когда мы выпарим воду.
Таким образом, растворы – это молекулярные смеси.
По агрегатному состоянию растворы могут быть жидкими (морская вода),
газообразными (воздух) или твёрдыми (многие сплавы металлов).
Размеры частиц в истинных растворах - менее 10-9 м (порядка размеров
молекул).
Любой раствор состоит из растворителя и растворенного вещества. В
приведенных примерах растворителем является вода. Но не всегда обязательно
вода является растворителем. Например, можно получить раствор воды в серной
кислоте. Здесь растворителем будет кислота. Можно приготовить и растворы
кислоты в воде.
Из двух или нескольких компонентов раствора растворителем является
тот, который взят в большем количестве и имеет то же агрегатное состояние,
что и раствор в целом.
** Существуют растворы не только жидкие, но и газовые и даже твердые.
Например, воздух – раствор кислорода и еще нескольких газов в азоте. Сплавы
металлов представляют собой твердые растворы металлов друг в друге. Газы,
как мы уже знаем, способны растворяться в воде.
Давайте разберемся в том, как происходит растворение веществ. Для
этого понаблюдаем, как растворяется добавленный в чай сахар. Если чай
холодный, то сахар растворяется медленно. Наоборот, если чай горячий и
размешивается ложечкой, то растворение происходит быстро.
Попадая в воду, молекулы сахара, находящиеся на поверхности кристаллов
сахарного песка, образуют с молекулами воды донорно-акцепторные
(водородные) связи. При этом с одной молекулой сахара связывается несколько
молекул воды. Тепловое движение молекул воды заставляет связанные с ними
молекулы сахара отрываться от кристалла и переходить в толщу молекул
растворителя (рис. 7-2).
Рис. 7-2. Молекулы сахара (белые кружочки), находящиеся на поверхности
кристалла сахара, окружены молекулами воды (темные кружочки). Между
молекулами сахара и воды возникают водородные связи, благодаря которым
молекулы сахара отрываются от поверхности кристалла. Молекулы воды, не
связанные с молекулами сахара, на рисунке не показаны.
Молекулы сахара, перешедшие из кристалла в раствор, могут передвигаться по
всему объему раствора вместе с молекулами воды благодаря тепловому
движению. Это явление называется диффузией. Диффузия происходит медленно,
поэтому около поверхности кристаллов находится избыток уже оторванных от
кристалла, но еще не диффундировавших в раствор молекул сахара.
Они мешают новым молекулам воды подойти к поверхности кристалла, чтобы
связаться с его молекулами водородными связями. Если раствор перемешивать,
то диффузия происходит интенсивнее и растворение сахара идет быстрее.
Молекулы сахара распределяются равномерно и раствор становится одинаково
сладким по всему объему.
Количество молекул, способных перейти в раствор, часто ограничено. Молекулы
вещества не только покидают кристалл, но и вновь присоединяются к кристаллу
из раствора. Пока кристаллов относительно немного, больше молекул переходит
в раствор, чем возвращается из него – идет растворение. Но если
растворитель находится в контакте с большим количеством кристаллов, то
число уходящих и возвращающихся молекул становится одинаковым и для
внешнего наблюдателя растворение прекращается.
Ненасыщенные, насыщенные и перенасыщенные растворы
Если молекулярные или ионные частицы, распределённые в жидком растворе
присутствуют в нём в таком количестве, что при данных условиях не
происходит дальнейшего растворения вещества, раствор называется насыщенным.
(Например, если поместить 50 г NaCl в 100 г H2O, то при 20єC растворится
только 36 г соли).
Насыщенным называется раствор, который находится в динамическом равновесии
с избытком растворённого вещества.
Поместив в 100 г воды при 20єC меньше 36 г NaCl мы получим ненасыщенный
раствор.
При нагревании смеси соли с водой до 100°C произойдёт растворение 39,8 г
NaCl в 100 г воды. Если теперь удалить из раствора нерастворившуюся соль, а
раствор осторожно охладить до 20єC, избыточное количество соли не всегда
выпадает в осадок. В этом случае мы имеем дело с перенасыщенным раствором.
Перенасыщенные растворы очень неустойчивы. Помешивание, встряхивание,
добавление крупинок соли может вызвать кристаллизацию избытка соли и
переход в насыщенное устойчивое состояние.
Ненасыщенный раствор - раствор, содержащий меньше вещества, чем в
насыщенном.
Перенасыщенный раствор - раствор, содержащий больше вещества, чем в
насыщенном.
Растворение как физико-химический процесс
Растворы образуются при взаимодействии растворителя и растворённого
вещества. Процесс взаимодействия растворителя и растворённого вещества
называется сольватацией (если растворителем является вода - гидратацией).
Растворение протекает с образованием различных по форме и прочности
продуктов - гидратов. При этом участвуют силы как физической, так и
химической природы. Процесс растворения вследствие такого рода
взаимодействий компонентов сопровождается различными тепловыми явлениями.
Энергетической характеристикой растворения является теплота образования
раствора, рассматриваемая как алгебраическая сумма тепловых эффектов всех
эндо- и экзотермических стадий процесса. Наиболее значительными среди них
являются:
– поглощающие тепло процессы - разрушение кристаллической решётки, разрывы
химических связей в молекулах;
– выделяющие тепло процессы - образование продуктов взаимодействия
растворённого вещества с растворителем (гидраты) и др.
Если энергия разрушения кристаллической решетки меньше энергии гидратации
растворённого вещества, то растворение идёт с выделением теплоты
(наблюдается разогревание). Так, растворение NaOH – экзотермический
процесс: на разрушение кристаллической решётки тратится 884 кДж/моль, а при
образовании гидратированных ионов Na+ и OH- выделяется соответственно 422 и
510 кДж/моль.
Если энергия кристаллической решётки больше энергии гидратации, то
растворение протекает с поглощением теплоты (при приготовлении водного
раствора NH4NO3 наблюдается понижение температуры).
Растворимость
Мы говорим: "сахар растворяется в воде хорошо" или "мел плохо
растворяется в воде". Но можно и количественно оценить способность того или
иного вещества к растворению или, другими словами, растворимость вещества.
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.
Растворимость, выраженная при помощи массы вещества, которое может
раствориться в 100 г воды при данной температуре, называют также
коэффициентом растворимости.
В качестве примера приведем растворимость (в граммах вещества на 100 г воды
при комнатной температуре) нескольких веществ: твердых, жидких и
газообразных, среди которых многие имеют похожие химические формулы
(таблица 7-2).
Таблица 7- 2. 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 (см. табл. 7-3).
|Название |Формула |Агрегатное |Растворимость |
|вещества | |состояние |(г/100 г воды) |
|Серная |H2SO4 |жидкость |любое |
|кислота | | |количество |
|Хлористый |HCl |газ |71,9 |
|водород | | | |
|Хлорид натрия|NaCl |кристал. |35,9 |
|Сульфат меди |CuSO4? |кристал. |20,7 |
| |5H2O | | |
|Сульфат |CaSO4 |кристал. |0,2 |
|кальция | | | |
|Тетрахлорид |CCl4 |жидкость |0,08 |
|углерода | | | |
|Сульфат бария|BaSO4 |кристал. |0,00023 |
|Хлорид |AgCl |кристал. |0,00015 |
|серебра | | | |
Если полученные в опытах значения нанести на оси координат, то получаются
так называемые кривые растворимости раз
| |  скачать работу |
Другие рефераты
| 
