Материал параграфа поможет вам:
понять смысл выражения «растворимость вещества»;
выяснить, от каких факторов зависит растворимость различных веществ в воде.
Растворимость. Характеризуя физические свойства любого вещества, обычно указывают, растворяется ли оно в воде, спирте, других растворителях.
Способность вещества образовывать с другим веществом раствор называют растворимостью.
Сульфатная и нитратная кислоты, этиловый спирт, ацетон смешиваются с водой в любых соотношениях с образованием раствора. Эти вещества имеют неограниченную
растворимость в воде. Однако для многих других веществ существует предел растворения.
Раствор, в котором в данных условиях вещество больше не растворяется, называют насыщенным (рис. 13), а тот, в котором еще можно растворить некоторую порцию вещества, — ненасыщенным.
Растворимость большинства веществ можно оценить количественно. Для этого указывают максимальную массу вещества, которая может раствориться в 100 г растворителя при определенной температуре1. Соответствующую физическую величину принято обозначать латинской буквой S (первая буква в латинском слове solvere — растворять).
Сведения о растворимости многих соединений в воде приведены в таблице, размещенной на форзаце II.
Веществ, абсолютно нерастворимых в воде, не существует. Если в серебряный сосуд налить воды, то чрезвычайно малое, незаметное количество металла со временем растворится. Полученная «серебряная» вода имеет антимикробные свойства и, в отличие от обычной воды, может храниться длительное время.
1 Для газа обычно указывают его максимальный объем, который растворяется в 100 г или 1 л растворителя при определенных температуре и давлении.
Способность вещества растворяться в воде зависит от его строения, т. е. от типа частиц, из которых состоит вещество, а также от внешних условий — температуры, давления.
Зависимость растворимости веществ от их строения. Многие ионные вещества хорошо растворяются в воде. Такое свойство имеют и вещества, состоящие, как и вода, из полярных молекул, в частности соединения галогенов с Гидрогеном — HF, НС1, HBr, HI. Вещества с неполярными молекулами, например азот N2, кислород 02, метан СН4, имеют незначительную растворимость в воде или не растворяются в ней. Со времен алхимиков существует правило: подобное растворяется в подобном. Это правило актуально и ныне, несмотря на многие исключения.
Зависимость растворимости веществ от температуры. Влияние температуры на растворимость вещества в большинстве случаев определяется его агрегатным состоянием.
Если в стакан налить холодной водопроводной воды и поставить его в теплое место, то спустя некоторое время на стенках сосуда появятся пузырьки воздуха, который был растворен в воде (рис. 14). В теплой воде растворимость газов меньше, и «лишний» воздух выделяется из нее.
Растворимость газов в воде с повышением температуры уменьшается.
Зависимость растворимости твердых веществ в воде от температуры обычно является противоположной.
Растворимость большинства твердых веществ в воде с повышением температуры возрастает.
Натрий гидроксид, магний нитрат, лимонная кислота, многие другие соединения лучше растворяются в горячей воде, чем в холодной. Например, в 1 л воды при температуре 20 °С растворяется приблизительно 2 кг сахара, а при температуре 80 °С — 3,6 кг.
Некоторые соединения, в частности кальций гидроксид Са(ОН)2, кальций сульфат CaS04, литий сульфат Li2S04, при нагревании уменьшают свою растворимость в воде.
Зависимость растворимости вещества от температуры часто представляют графически — в виде кривой растворимости (рис. 15).
Рис. 15.
Кривые растворимости некоторых солей в воде
На горизонтальной оси такого графика откладывают температуру, а на вертикальной — растворимость, т. е. максимальную массу вещества, которая растворяется при определенной температуре в 100 г воды. Точки на кривой растворимости отвечают составу насыщенных растворов, а участок под кривой — ненасыщенным растворам.
В соответствии с кривыми, представленными на рисунке 15, в 100 г воды при температуре 90 °С растворяется, например, 300 г натрий иодида, 120 г литий хлорида.
Воспользовавшись рисунком 15, определите растворимость калий нитрата в воде при температуре 60 °С.
Зависимость растворимости газов от давления. Если открыть бутылку с газированным напитком, то углекислый газ, растворенный в жидкости при повышенном давлении, начнет быстро выделяться из нее; жидкость вспенивается. Причина состоит в том, что раствор попадает в условия обычного давления, при котором растворимость газа меньше.
Растворимость газов в воде с повышением давления увеличивается.
Растворимость большинства газов в воде прямо пропорциональна давлению; соответствующий график является прямой линией. Если давление увеличить в несколько раз, то растворимость газа в воде увеличится во столько же раз (рис. 16).
На растворимость в воде твердых и жидких веществ давление не влияет.
выводы
Способность вещества образовывать с другим веществом раствор называют растворимостью.
Большинство веществ имеет ограниченную растворимость в воде. Ее выражают максимальной массой вещества, которая может раствориться при определенной температуре (для газов — еще и при определенном давлении) в 100 г воды. Раствор, в котором содержится максимально возможное количество растворенного вещества, называют насыщенным.
Растворимость большинства твердых веществ в воде с повышением температуры увеличивается и не зависит от давления. Газы увеличивают свою растворимость в воде с понижением температуры и повышением давления.
32. Что понимают под растворимостью вещества? От каких факторов зависит растворимость веществ в воде?
33. После постепенного добавления в воду нескольких порций растворимого кристаллического вещества и длительного перемешивания образовалась неоднородная смесь. Что представляет собой жидкость над кристаллами вещества? Как превратить эту смесь в однородную, т. е. в раствор?
34. Предложите эксперимент, с помощью которого можно различить насыщенный и ненасыщенный растворы натрий хлорида.
35. Учитывая строение веществ, оцените способность серы, графита, калий нитрата, гелия, гидроген бромида растворяться в воде.
36. Определите растворимость калий карбоната в воде при температуре 70 °С, воспользовавшись кривой растворимости соединения (рис. 15).
37. В 10 мл воды при 20 °С растворили 20 г аргентум нитрата. Какой раствор был приготовлен — разбавленный или концентрирован-
ный, насыщенный или ненасыщенный? Для ответа воспользуйтесь кривой растворимости соединения (рис. 15).
38. В 100 г воды при нормальных условиях растворяется 2,8 мг азота. Какой максимальный объем газа может раствориться в этих условиях в 1 л воды?
ДЛЯ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ
Вода — лучший растворитель для солей
Если к концентрированному водному раствору поваренной соли медленно добавлять спирт, постоянно перемешивая жидкость, то через некоторое время появятся мелкие кристаллики натрий хлорида, которые будут оседать на дно сосуда. Эта соль имеет меньшую растворимость в водно-спиртовых смесях, чем в воде, а в 100 г чистого спирта при 25 °С растворяется лишь 0,065 г натрий хлорида.
Аналогичное явление можно наблюдать для многих других хлоридов, а также нитратов, сульфатов. Почти все соли, хорошо растворимые в воде, имеют очень малую растворимость в спирте, а в бензине, керосине они нерастворимы. Среди немногих исключений — мерку-рий(М) хлорид HgCI2; растворимость этой соли в спирте в несколько раз выше, чем в воде при такой же температуре.
ВНЕУРОЧНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
Выращивание кристаллов медного купороса1
Приготовьте насыщенный раствор медного купороса. Для этого поместите в химический стакан приблизительно 20 г этого вещества и доливайте небольшими порциями при постоянном перемешивании горячую воду до растворения кристаллов. В случае необходимости горячий раствор профильтруйте. Накройте стакан листом бумаги и оставьте раствор охлаждаться до комнатной температуры.
На следующий день вы увидите на дне стакана кристаллы, а над ними будет насыщенный раствор. Достаньте пластмассовым пинцетом кристалл правильной формы, без дефектов, и положите его на бумагу. Слейте насыщенный раствор с оставшихся кристаллов в другой стакан и осторожно положите на дно отобранный кристалл (его
1 Можно также вырастить кристаллы алюмокалиевых квасцов KA1(S04)2 • 12Н20.
'можно подвесить на тонкой нити, рис. 17). Стакан ничем не накрывайте и оставьте на несколько дней.Вода будет постепенно испаряться из насыщенного раствора, на дне стакана появятся новые кристаллы вещества, и вырастет тот, который поместили в раствор. Удаляя мелкие кристаллы и переворачивая отобранный кристалл на разные грани для равномерного роста (делайте это с интервалом в несколько дней), можно вырастить красивый кристалл величиной в несколько сантиметров. Периодически доливайте в сосуд новые порции холодного насыщенного раствора соединения.
Если мелкие кристаллы из сосуда не удалять, образуются друзы — группы кристаллов, сросшихся друг с другом (рис. 18).
Это материал учебника Химия 9 класс Попель, Крикля