Rozpustenie tuhej látky vo vode závisí od. Lekcia „Rozpustenie

Riešenie sa nazýva termodynamicky stabilný homogénny (jednofázový) systém premenlivého zloženia, pozostávajúci z dvoch alebo viacerých zložiek (chemikálií). Komponenty, ktoré tvoria roztok, sú rozpúšťadlo a rozpustená látka. Zvyčajne sa za rozpúšťadlo považuje zložka, ktorá existuje vo svojej čistej forme v rovnakom stave agregácie ako výsledný roztok (napríklad v prípade vodného roztoku soli je rozpúšťadlom samozrejme voda). Ak boli obe zložky pred rozpustením v rovnakom stave agregácie (napríklad alkohol a voda), potom sa za rozpúšťadlo považuje zložka, ktorá je vo väčšom množstve.

Roztoky sú kvapalné, pevné a plynné.

Kvapalné roztoky sú roztoky solí, cukru, alkoholu vo vode. Kvapalné roztoky môžu byť vodné alebo nevodné. Vodné roztoky sú roztoky, v ktorých je rozpúšťadlom voda. Nevodné roztoky sú roztoky, v ktorých sú organické kvapaliny (benzén, alkohol, éter atď.) rozpúšťadlami. Tuhé roztoky sú zliatiny kovov. Plynné roztoky - vzduch a iné zmesi plynov.

Proces rozpúšťania. Rozpúšťanie je zložitý fyzikálny a chemický proces. Počas fyzikálneho procesu je štruktúra rozpustenej látky zničená a jej častice sú rozdelené medzi molekuly rozpúšťadla. Chemický proces je interakcia molekúl rozpúšťadla s časticami rozpustenej látky. V dôsledku tejto interakcie solváty. Ak je rozpúšťadlom voda, potom sa výsledné solváty nazývajú hydratuje. Proces tvorby solvátov sa nazýva solvatácia, proces tvorby hydrátov sa nazýva hydratácia. Pri odparovaní vodných roztokov vznikajú kryštalické hydráty - sú to kryštalické látky, ktoré obsahujú určitý počet molekúl vody (kryštalizačná voda). Príklady kryštalických hydrátov: CuSO4 . 5H20 - pentahydrát síranu meďnatého; FeSO4 . 7H20 - heptahydrát síranu železnatého (II).

Fyzikálny proces rozpúšťania pokračuje s prevzatie energie, chemické zvýraznenie. Ak sa v dôsledku hydratácie (solvatácie) uvoľní viac energie, ako sa absorbuje počas deštrukcie štruktúry látky, potom rozpustenie - exotermický proces. Energia sa uvoľňuje pri rozpúšťaní NaOH, H 2 SO 4, Na 2 CO 3, ZnSO 4 a iných látok. Ak je na zničenie štruktúry látky potrebné viac energie, ako sa uvoľní počas hydratácie, potom rozpustenie - endotermický proces. K absorpcii energie dochádza, keď sú NaNO 3, KCl, NH 4 NO 3, K 2 SO 4, NH 4 Cl a niektoré ďalšie látky rozpustené vo vode.

Množstvo energie uvoľnenej alebo absorbovanej počas rozpúšťania sa nazýva tepelný efekt rozpúšťania.

Rozpustnosť látka je jej schopnosť distribuovať sa v inej látke vo forme atómov, iónov alebo molekúl za vzniku termodynamicky stabilného systému premenlivého zloženia. Kvantitatívna charakteristika rozpustnosti je faktor rozpustnosti, ktorý ukazuje, aká je maximálna hmotnosť látky, ktorú je možné pri danej teplote rozpustiť v 1000 alebo 100 g vody. Rozpustnosť látky závisí od povahy rozpúšťadla a látky, od teploty a tlaku (pri plynoch). Rozpustnosť pevných látok sa vo všeobecnosti zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou. Rozpustnosť plynov klesá so zvyšujúcou sa teplotou, ale zvyšuje sa so zvyšujúcim sa tlakom.

Podľa ich rozpustnosti vo vode sa látky delia do troch skupín:

1. Vysoko rozpustný (str.). Rozpustnosť látok je viac ako 10 g v 1000 g vody. Napríklad 2000 g cukru sa rozpustí v 1000 g vody alebo 1 litri vody.

2. Málo rozpustný (m.). Rozpustnosť látok je od 0,01 g do 10 g v 1000 g vody. Napríklad 2 g sadry (CaSO 4 . 2 H 2 O) sa rozpustí v 1000 g vody.

3. Prakticky nerozpustný (n.). Rozpustnosť látok je menšia ako 0,01 g v 1000 g vody. Napríklad v 1000 g vody je 1,5 . 10-3 g AgCl.

Pri rozpustení látok môžu vznikať nasýtené, nenasýtené a presýtené roztoky.

nasýtený roztok je roztok, ktorý za daných podmienok obsahuje maximálne množstvo rozpustenej látky. Keď sa do takéhoto roztoku pridá látka, látka sa už nerozpúšťa.

nenasýtený roztok Roztok, ktorý za daných podmienok obsahuje menej rozpustenej látky ako nasýtený roztok. Keď sa k takémuto roztoku pridá látka, látka sa stále rozpúšťa.

Niekedy je možné získať roztok, v ktorom rozpustená látka obsahuje viac ako v nasýtenom roztoku pri danej teplote. Takéto riešenie sa nazýva presýtené. Tento roztok sa získa opatrným ochladením nasýteného roztoku na teplotu miestnosti. Presýtené roztoky sú veľmi nestabilné. Kryštalizácia látky v takomto roztoku môže byť spôsobená trením stien nádoby, v ktorej sa roztok nachádza, sklenenou tyčinkou. Táto metóda sa používa pri vykonávaní niektorých kvalitatívnych reakcií.

Rozpustnosť látky možno vyjadriť aj molárnou koncentráciou jej nasýteného roztoku (oddiel 2.2).

Konštantná rozpustnosť. Uvažujme o procesoch, ktoré sa vyskytujú pri interakcii slabo rozpustného, ​​ale silného elektrolytu síranu bárnatého BaSO 4 s vodou. Pôsobením vodných dipólov prechádzajú ióny Ba 2+ a SO 4 2 - z kryštálovej mriežky BaSO 4 do kvapalnej fázy. Súčasne s týmto procesom sa vplyvom elektrostatického poľa kryštálovej mriežky opäť vyzráža časť iónov Ba 2+ a SO 4 2 - (obr. 3). Pri danej teplote sa v heterogénnom systéme konečne nastolí rovnováha: rýchlosť procesu rozpúšťania (V 1) sa bude rovnať rýchlosti procesu zrážania (V 2), t.j.

BaSO 4 ⇄ Ba 2+ + SO 4 2 -

tuhý roztok

Ryža. 3. Nasýtený roztok síranu bárnatého

Nazýva sa roztok v rovnováhe s tuhou fázou BaSO 4 bohatý v porovnaní so síranom bárnatým.

Nasýtený roztok je rovnovážny heterogénny systém, ktorý sa vyznačuje chemickou rovnovážnou konštantou:

, (1)

kde a (Ba2+) je aktivita iónov bária; a(SO 4 2-) - aktivita síranových iónov;

a (BaSO 4) je aktivita molekúl síranu bárnatého.

Menovateľom tejto frakcie - aktivita kryštalického BaSO 4 - je konštantná hodnota rovnajúca sa jednej. Súčin dvoch konštánt dáva novú konštantu tzv konštanta termodynamickej rozpustnosti a označte Ks°:

K s ° \u003d a (Ba 2+) . a(S042-). (2)

Táto hodnota sa predtým nazývala produkt rozpustnosti a bola označená ako PR.

V nasýtenom roztoku slabo rozpustného silného elektrolytu je teda produktom rovnovážnych aktivít jeho iónov pri danej teplote konštantná hodnota.

Ak pripustíme, že v nasýtenom roztoku ťažko rozpustného elektrolytu je koeficient aktivity f~1, potom možno aktivitu iónov v tomto prípade nahradiť ich koncentráciami, keďže a( X) = f (X) . S ( X). Termodynamická konštanta rozpustnosti Ks° sa zmení na konštantu koncentračnej rozpustnosti Ks:

Ks \u003d C (Ba 2+) . C(S042-), (3)

kde C(Ba 2+) a C(SO 4 2 -) sú rovnovážne koncentrácie iónov Ba 2+ a SO 4 2 - (mol / l) v nasýtenom roztoku síranu bárnatého.

Pre zjednodušenie výpočtov sa zvyčajne používa konštanta koncentračnej rozpustnosti K s, pričom f(X) = 1 (príloha 2).

Ak slabo rozpustný silný elektrolyt vytvorí počas disociácie niekoľko iónov, potom výraz Ks (alebo Ks °) zahŕňa zodpovedajúce sily rovné stechiometrickým koeficientom:

PbCl 2 ⇄ Pb 2+ + 2 Cl-; Ks \u003d C (Pb 2+) . C2(Cl-);

Ag3PO4 ⇄ 3 Ag++ P043-; Ks \u003d C 3 (Ag +) . C (P043-).

Vo všeobecnosti platí výraz pre konštantu koncentračnej rozpustnosti pre elektrolyt A m B n ⇄ m A n++ n B m - má tvar

K s \u003d C m (A n+) . Cn (Bm -),

kde C sú koncentrácie iónov A n+ a B m v nasýtenom roztoku elektrolytu v mol/l.

Hodnota K s sa zvyčajne používa len pre elektrolyty, ktorých rozpustnosť vo vode nepresahuje 0,01 mol/l.

Zrážkové pomery

Predpokladajme, že c je skutočná koncentrácia iónov ťažko rozpustného elektrolytu v roztoku.

Ak C m (A n +) . Pri n (B m -) > K s potom vznikne zrazenina, pretože roztok sa presýti.

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

Vlastnosti roztoku. Nižšie uvažujeme o vlastnostiach neelektrolytových roztokov. V prípade elektrolytov sa do vyššie uvedených vzorcov zavádza korekčný izotonický koeficient.

Ak je neprchavá látka rozpustená v kvapaline, potom je tlak nasýtených pár nad roztokom menší ako tlak nasýtených pár nad čistým rozpúšťadlom. Súčasne s poklesom tlaku pár nad roztokom sa pozoruje zmena jeho bodu varu a tuhnutia; teploty varu roztokov sa zvyšujú a teploty tuhnutia klesajú v porovnaní s teplotami charakterizujúcimi čisté rozpúšťadlá.

Relatívny pokles bodu tuhnutia alebo relatívne zvýšenie bodu varu roztoku je úmerný jeho koncentrácii:

∆t = K С m ,

kde K je konštanta (kryoskopická alebo ebulioskopická);

Cm je molárna koncentrácia roztoku, mol/1000 g rozpúšťadla.

Pretože C m \u003d m / M, kde m je hmotnosť látky (g) v 1 000 g rozpúšťadla,

M - molárna hmotnosť, vyššie uvedená rovnica môže byť reprezentovaná:

; .

Keď teda poznáme hodnotu K pre každé rozpúšťadlo, nastavíme m a experimentálne určíme ∆t v zariadení, nájdeme M rozpustenej látky.

Molárnu hmotnosť rozpustenej látky možno určiť meraním osmotického tlaku roztoku (π) a vypočítať pomocou van't Hoffovej rovnice:

; .

Laboratórne práce

Riešenia zohrávajú kľúčovú úlohu v prírode, vede a technike. Voda je základom života, vždy obsahuje rozpustené látky. Sladká voda riek a jazier obsahuje málo rozpustených látok, zatiaľ čo morská voda obsahuje asi 3,5 % rozpustených solí.

Predpokladá sa, že prvotný oceán (počas zrodu života na Zemi) obsahoval iba 1 % rozpustených solí.

„V tomto prostredí sa prvýkrát vyvinuli živé organizmy, z tohto roztoku nabrali ióny a molekuly, ktoré sú potrebné pre ich ďalší rast a vývoj... Časom sa živé organizmy vyvíjali a transformovali, takže boli schopné opustiť vodné prostredie a presúvajú sa na pevninu a potom stúpajú do vzduchu. Tieto schopnosti získali tak, že vo svojich organizmoch zachovali vodný roztok vo forme kvapalín, ktoré obsahujú životne dôležité zásoby iónov a molekúl,“ opisuje týmito slovami úlohu roztokov v prírode slávny americký chemik, nositeľ Nobelovej ceny Linus Pauling. Vo vnútri každého z nás, v každej bunke nášho tela, sú spomienky na prvotný oceán, miesto, kde vznikol život, vodný roztok, ktorý poskytuje život samotný.

V každom živom organizme neustále preteká cez cievy - tepny, žily a kapiláry nezvyčajný roztok, ktorý tvorí základ krvi, hmotnostný podiel solí v ňom je rovnaký ako v primárnom oceáne - 0,9%. Komplexné fyzikálno-chemické procesy prebiehajúce v ľudskom a zvieracom tele tiež interagujú v roztokoch. Proces asimilácie potravy je spojený s prenosom vysoko výživných látok do roztoku. Prírodné vodné roztoky priamo súvisia s procesmi tvorby pôdy, zásobovaním rastlín živinami. Takéto technologické procesy v chemickom a mnohých iných odvetviach, ako je výroba hnojív, kovov, kyselín, papiera, sa vyskytujú v roztokoch. Moderná veda sa zaoberá štúdiom vlastností roztokov. Poďme zistiť, aké je riešenie?

Roztoky sa líšia od ostatných zmesí tým, že častice zložiek sú v nich rovnomerne rozložené a v akomkoľvek mikroobjeme takejto zmesi bude zloženie rovnaké.

Preto sa roztoky chápali ako homogénne zmesi, ktoré pozostávajú z dvoch alebo viacerých homogénnych častí. Táto myšlienka bola založená na fyzikálnej teórii riešení.

Prívrženci fyzikálnej teórie roztokov, ktorým sa venovali van't Hoff, Arrhenius a Ostwald, verili, že proces rozpúšťania je výsledkom difúzie.

D. I. Mendelejev a priaznivci chemickej teórie verili, že rozpúšťanie je výsledkom chemickej interakcie rozpustenej látky s molekulami vody. Bude teda presnejšie definovať roztok ako homogénny systém, ktorý pozostáva z častíc rozpustenej látky, rozpúšťadla a tiež produktov ich interakcie.

Chemickou interakciou rozpustenej látky s vodou vznikajú zlúčeniny – hydráty. Chemickú interakciu zvyčajne sprevádzajú tepelné javy. Napríklad k rozpusteniu kyseliny sírovej vo vode dochádza za uvoľnenia takého obrovského množstva tepla, že roztok môže vrieť, preto sa kyselina naleje do vody a nie naopak. Rozpúšťanie látok, ako je chlorid sodný, dusičnan amónny, sprevádzané absorpciou tepla.

M. V. Lomonosov dokázal, že roztoky sa menia na ľad pri nižšej teplote ako rozpúšťadlo.

stránky, s úplným alebo čiastočným kopírovaním materiálu, je potrebný odkaz na zdroj.

Roztok je homogénny systém pozostávajúci z dvoch alebo viacerých látok, ktorých obsah sa môže meniť v určitých medziach bez narušenia homogenity.

Vodné riešenia sa skladajú z voda(rozpúšťadlo) a rozpustená látka. Stav látok vo vodnom roztoku sa v prípade potreby označuje dolným indexom (p), napríklad KNO 3 v roztoku - KNO 3 (p) .

Roztoky, ktoré obsahujú malé množstvo rozpustenej látky, sa často označujú ako zriedený kým roztoky s vysokým obsahom rozpustených látok koncentrovaný. Roztok, v ktorom je možné ďalšie rozpúšťanie látky, sa nazýva nenasýtené a roztok, v ktorom sa látka za daných podmienok prestáva rozpúšťať, je nasýtený. Posledný roztok je vždy v kontakte (v heterogénnej rovnováhe) s nerozpustenou látkou (jeden alebo viac kryštálov).

Za špeciálnych podmienok, ako je jemné (bez miešania) chladenie horúceho nenasýteného roztoku pevný látky môžu vznikať presýtený Riešenie. Keď sa zavedie kryštál látky, takýto roztok sa rozdelí na nasýtený roztok a zrazeninu látky.

V súlade s chemická teória roztokov D. I. Mendelejeva, rozpúšťanie látky vo vode je sprevádzané po prvé, zničenie chemické väzby medzi molekulami (medzimolekulové väzby v kovalentných látkach) alebo medzi iónmi (v iónových látkach), a tým sa častice látky zmiešajú s vodou (v ktorej sa zničia aj niektoré vodíkové väzby medzi molekulami). Chemické väzby sú porušené v dôsledku tepelnej energie pohybu molekúl vody a v tomto prípade náklady energie vo forme tepla.

Po druhé, akonáhle sú vo vode, častice (molekuly alebo ióny) látky sú vystavené hydratácia. Ako výsledok, hydratuje- zlúčeniny neurčitého zloženia medzi časticami látky a molekulami vody (vnútorné zloženie častíc samotnej látky sa pri rozpustení nemení). Tento proces je sprevádzaný zvýraznenie energie vo forme tepla v dôsledku tvorby nových chemických väzieb v hydrátoch.

Vo všeobecnosti riešenie sa ochladí(ak náklady na teplo prevyšujú jeho výdaj), alebo sa ohrieva (inak); niekedy - ak sú náklady na teplo a jeho uvoľňovanie rovnaké - teplota roztoku zostáva nezmenená.

Mnohé hydráty sú také stabilné, že sa nerozložia ani po úplnom odparení roztoku. Známe sú teda pevné kryštálové hydráty solí CuS04 5H20, Na2C03 10H20, KAl (SO 4) 2 12H20 atď.

Obsah látky v nasýtenom roztoku pri T= const kvantifikuje rozpustnosť túto látku. Rozpustnosť sa zvyčajne vyjadruje ako hmotnosť rozpustenej látky na 100 g vody, napríklad 65,2 g KBr/100 g H20 pri 20 °C. Ak sa teda 70 g pevného bromidu draselného zavedie do 100 g vody pri 20 °C, potom 65,2 g soli prejde do roztoku (ktorý bude nasýtený) a 4,8 g pevného KBr (nadbytok) zostane dno kadičky.

Malo by sa pamätať na to, že obsah rozpustenej látky v bohatý Riešenie rovná sa, V nenasýtené Riešenie menej a v presýtený Riešenie viac jeho rozpustnosť pri danej teplote. Takže roztok pripravený pri 20 °C zo 100 g vody a síranu sodného Na 2 SO 4 (rozpustnosť 19,2 g / 100 g H 2 O), s obsahom

15,7 g soli - nenasýtené;

19,2 g soli - nasýtené;

20,3 g soli je presýtených.

Rozpustnosť tuhých látok (tabuľka 14) sa zvyčajne zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou (KBr, NaCl) a len u niektorých látok (CaSO 4, Li 2 CO 3) je pozorovaný opak.

Rozpustnosť plynov klesá so zvyšujúcou sa teplotou a zvyšuje sa so zvyšujúcim sa tlakom; napríklad pri tlaku 1 atm je rozpustnosť amoniaku 52,6 (20 ° C) a 15,4 g / 100 g H20 (80 ° C) a pri 20 ° C a 9 atm je 93,5 g / 100 g H20.

Podľa hodnôt rozpustnosti sa látky rozlišujú:

– dobre rozpustný, ktorých hmotnosť v nasýtenom roztoku je úmerná hmotnosti vody (napríklad KBr - pri 20 °C je rozpustnosť 65,2 g / 100 g H 2 O; 4,6 M roztok), tvoria nasýtené roztoky s molaritou viac ako 0,1 M;

– málo rozpustný, ktorých hmotnosť v nasýtenom roztoku je oveľa menšia ako hmotnosť vody (napríklad CaSO 4 - pri 20 ° C, rozpustnosť 0,206 g / 100 g H 2 O; 0,015 M roztok), tvoria nasýtené roztoky s molarita 0,1–0,001 M;

– prakticky nerozpustný ktorých hmotnosť v nasýtenom roztoku je zanedbateľná v porovnaní s hmotnosťou rozpúšťadla (napr. AgCl - pri 20 °C je rozpustnosť 0,00019 g na 100 g H 2 O; 0,0000134 M roztoku), tvoria nasýtené roztoky s molarita menšia ako 0,001 M.

Zostavené podľa referenčných údajov tabuľka rozpustnosti bežné kyseliny, zásady a soli (tabuľka 15), v ktorých je uvedený typ rozpustnosti, sú zaznamenané látky, ktoré nie sú vedecky známe (nezískané) alebo sa úplne rozložia vodou.

V bežnom živote sa ľudia málokedy stretávajú s čistými látkami. Väčšina predmetov je zmesou látok.

Roztok je homogénna zmes, v ktorej sú zložky rovnomerne zmiešané. Existuje niekoľko typov podľa veľkosti častíc: hrubé systémy, molekulárne roztoky a koloidné systémy, ktoré sa často nazývajú sóly. Tento článok sa zaoberá molekulárnymi (alebo skutočnými) riešeniami. Rozpustnosť látok vo vode je jednou z hlavných podmienok ovplyvňujúcich tvorbu zlúčenín.

Rozpustnosť látok: čo to je a prečo je to potrebné

Aby ste pochopili túto tému, musíte vedieť, aké sú riešenia a rozpustnosť látok. Zjednodušene povedané, ide o schopnosť látky spojiť sa s inou a vytvoriť homogénnu zmes.

Z vedeckého hľadiska možno uvažovať o zložitejšej definícii.

Rozpustnosť látok je ich schopnosť vytvárať homogénne (alebo heterogénne) kompozície s jednou alebo viacerými látkami s rozptýlenou distribúciou zložiek. Existuje niekoľko tried látok a zlúčenín:

• rozpustný;
• málo rozpustný;
• nerozpustný.

Aká je miera rozpustnosti látky

látka v nasýtenej zmesi je mierou jej rozpustnosti. Ako bolo uvedené vyššie, pre všetky látky je to iné. Rozpustné sú tie, ktoré dokážu rozpustiť viac ako 10 g seba v 100 g vody. Druhá kategória je menej ako 1 g za rovnakých podmienok. Prakticky nerozpustné sú tie, v ktorých zmesi prejde menej ako 0,01 g zložky. V tomto prípade látka nemôže preniesť svoje molekuly do vody.

Aký je koeficient rozpustnosti

Koeficient rozpustnosti (k) je ukazovateľ maximálnej hmotnosti látky (g), ktorú je možné rozpustiť v 100 g vody alebo inej látky.

Rozpúšťadlá

Tento proces zahŕňa rozpúšťadlo a rozpustenú látku. Prvý sa líši v tom, že spočiatku je v rovnakom stave agregácie ako finálna zmes. Spravidla sa prijíma vo väčšom množstve.

Mnoho ľudí však vie, že voda zaujíma v chémii osobitné miesto. Sú na to samostatné pravidlá. Roztok, v ktorom je prítomná H2O, sa nazýva vodný roztok.

Keď sa o nich hovorí, kvapalina je extraktant aj vtedy, keď je v menšom množstve. Príkladom je 80% roztok kyseliny dusičnej vo vode.