Матеріал параграфа допоможе вам:
зрозуміти зміст виразу «розчинність речовини»; з'ясувати, від яких чинників залежить розчинність різних речовин у воді.
Розчинність. Характеризуючи фізичні властивості будь-якої речовини, зазвичай указують, чи розчиняється вона у воді, спирті, інших розчинниках.
Здатність речовини утворювати з іншою речовиною розчин називають розчинністю.
Сульфатна і нітратна кислоти, етиловий спирт, ацетон змішуються з водою в будь-яких співвідношеннях з утворенням розчину. Ці речовини мають необмежену розчинність у воді. Однак для багатьох інших речовин існує межа розчинення.
Розчин, у якому за даних умов речовина більше не розчиняється, називають насиченим (мал. 13), а той, у якому ще можна розчинити певну порцію речовини, — ненасиченим.
Розчинність більшості речовин можна оцінити кількісно. Для цього вказують максимальну масу речовини, яка може розчинитися в 100 г розчинника за певної температури1. Відповідну фізичну величину прийнято позначати латинською літерою S (перша літера в латинському слові solvere — розчиняти).
Відомості про розчинність багатьох сполук у воді наведено в таблиці, розміщеній на форзаці ІІ.
Речовин, абсолютно нерозчинних у воді, не існує. Якщо в срібну посудину налити води, то надзвичайно мала, непомітна кількість металу із часом розчиниться. Отримана «срібна» вода має антимікробні властивості й, на відміну від звичайної, може зберігатися протягом тривалого часу.
Здатність речовини розчинятися у воді залежить від будови речовини, тобто від типу частинок, з яких вона складається, а також від зовнішніх умов — температури, тиску.
Залежність розчинності речовин від їхньої будови. Багато йонних речовин добре розчиняється у воді. Таку властивість мають і речовини, які, подібно до води, складаються з полярних молекул, зокрема сполуки галогенів з Гідрогеном — HF, HCl, HBr, HI. Речовини з неполярними молекулами, наприклад азот N2, кисень О2, метан CH4, мають незначну розчинність у воді або нерозчинні в ній. Із часів алхіміків існує правило: подібне розчиняється в подібному. Це правило використовують і нині, хоча воно має численні винятки.
Залежність розчинності речовин від температури. Вплив температури на розчинність речовини здебільшого визначається її агрегатним станом.
Якщо у склянку налити холодної водопровідної води й залишити її в теплому місці, то через деякий час на стінках посудини з’являться пухирці повітря, яке було розчинене у воді (мал. 14). У теплій воді розчинність газів менша, і «зайве» повітря виділяється з неї.
Розчинність газів у воді з підвищенням температури зменшується.
Залежність розчинності твердих речовин у воді від температури зазвичай є протилежною.
Розчинність більшості твердих речовин у воді з підвищенням температури зростає.
Натрій гідроксид, магній нітрат, лимонна кислота і багато інших сполук краще розчиняються в гарячій воді, ніж у холодній. Наприклад, в 1 л води за температури 20 °С розчиняється приблизно 2 кг цукру, а за температури 80 °С — 3,6 кг.
Деякі сполуки, зокрема кальцій гідроксид Ca(OH)2, кальцій сульфат CaSO4, літій сульфат Li2SO4, при нагріванні зменшують свою розчинність у воді.
Мал. 15.
Криві
розчинності деяких солей у воді
Залежність розчинності речовини від температури часто подають графічно — у вигляді кривої розчинності (мал. 15). На горизонталь-
ній осі такого графіка позначають температуру, а на вертикальній — розчинність, тобто максимальну масу речовини, яка розчиняється за певної температури в 100 г води. Точки на кривій розчинності відповідають складу насичених розчинів, а ділянка під кривою — ненасиченим розчинам.
Згідно з кривими, наведеними на малюнку 15, у 100 г води за температури 90 °С розчиняється, наприклад, 300 г натрій йодиду, 120 г літій хлориду.
Скориставшись малюнком 15, визначте розчинність калій нітрату у воді за температури 60 °С.
Залежність розчинності газів від тиску.
Якщо відкрити пляшку з газованим напоєм, то вуглекислий газ, який був розчинений у рідині за підвищеного тиску, швидко з неї виділятиметься; рідина спіниться. Причина в тому, що розчин потрапляє в умови звичайного тиску, за якого розчинність газу менша.
Розчинність газів у воді з підвищенням тиску збільшується.
Розчинність більшості газів у воді прямо пропорційна тиску; відповідний графік є прямою лінією. Якщо тиск збільшити в декілька разів, то розчинність газу у воді зросте в стільки ж разів (мал. 16).
Мал. 16.
Вплив тиску на розчинність газу у воді
На розчинність у воді твердих і рідких речовин тиск не впливає.
ВИСНОВКИ
Здатність речовини утворювати з іншою речовиною розчин називають розчинністю.
Більшість речовин має обмежену розчинність у воді. Її виражають максимальною масою речовини, яка може розчинитися за певної температури (для газів — ще й за певного тиску) у 100 г води. Розчин, у якому міститься максимально можлива кількість розчиненої речовини, називають насиченим.
Розчинність більшості твердих речовин у воді з підвищенням температури зростає, а від тиску не залежить. Гази збільшують розчинність у воді зі зниженням температури й підвищенням тиску.
32. Що розуміють під розчинністю речовини? Від яких чинників залежить розчинність речовин у воді?
33. Після поступового додавання у воду кількох порцій розчинної кристалічної речовини і тривалого перемішування утворилася неоднорідна суміш. Що являє собою рідина над кристалами речовини? Як перетворити цю суміш на однорідну, тобто на розчин?
34. Запропонуйте експеримент, за допомогою якого можна розрізнити насичений і ненасичений розчини натрій хлориду.
35. З огляду на будову речовин оцініть здатність сірки, графіту, калій нітрату, гелію, гідроген броміду розчинятися у воді.
36. Визначте розчинність калій карбонату у воді за температури 70 °С, скориставшись кривою розчинності сполуки (мал. 15).
37. У 10 мл води при 20 °С розчинили 20 г аргентум нітрату. Який розчин було приготовлено — розбавлений чи концентрований, насичений чи ненасичений? Для відповіді скористайтеся кривою розчинності сполуки (мал. 15).
38. У 100 г води за нормальних умов розчиняється 2,8 мг азоту. Який максимальний об'єм газу можна розчинити за цих умов в 1 л води?
ДЛЯ ДОПИТЛИВИХ
Вода — найкращий розчинник для солей
Якщо до концентрованого водного розчину кухонної солі повільно додавати спирт, постійно перемішуючи рідину, то через деякий час побачимо появу дрібних кристаликів натрій хлориду, які осідатимуть на дно посудини. Ця сіль має меншу розчинність у водно-спиртових сумішах, ніж у воді, а в 100 г чистого спирту при 25 °С розчиняється лише 0,065 г натрій хлориду.
Подібне явище можна спостерігати для багатьох інших хлоридів, а також нітратів, сульфатів. Майже всі солі, які добре розчиняються у воді, мають дуже малу розчинність у спирті, а в бензині, гасі вони нерозчинні. Серед небагатьох винятків — меркурій(ІІ) хлорид HgCl2; розчинність цієї солі у спирті в кілька разів вища, ніж у воді за тієї самої температури.
ПОЗАУРОЧНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ
Вирощування кристалів мідного купоросу1
Приготуйте насичений розчин мідного купоросу. Для цього насипте в хімічну склянку приблизно 20 г цієї речовини і доливайте невеликими порціями, постійно перемішуючи, гарячу воду до розчинення кристалів. У разі потреби гарячий розчин профільтруйте. Накрийте посудину аркушем паперу і залиште розчин охолоджуватися до кімнатної температури.
Наступного дня ви побачите на дні посудини кристали; над ними буде насичений розчин. Дістаньте пластмасовим пінцетом кристал правильної форми, без дефектів, і покладіть його на папір. Злийте насичений розчин із кристалів, що залишилися, в іншу посудину та обережно покладіть на її дно відібраний кристал. Його можна підвісити на тонкій нитці (мал. 17). Посудину нічим не накривайте і залиште на кілька днів.
Вода поступово випаровуватиметься з насиченого розчину, на дні посудини утворяться нові кристали речовини й виросте той, який помістили в розчин. Видаляючи дрібні кристали й перевертаючи відібраний на різні грані для рівномірного росту (робіть це з інтерва-
лом у кілька днів), можна виростити красивий кристал завбільшки в кілька сантиметрів. Час від часу доливайте в посудину нові порції холодного насиченого розчину сполуки.
Якщо дрібні кристали з посудини не видаляти, утворяться друзи — групи кристалів, що зрослися один з одним (мал. 18).
Це матеріал з підручника Хімія 9 клас Попель, Крикля