У цьому параграфі ви дізнаєтеся:
• що таке розчинність речовини;
• як впливає температура на розчинність твердих і рідких речовин;
• чому розчинність газів, на відміну від твердих речовин і рідин, зменшується з підвіщенням температури;
• як розчинність речовин залежить від тиску.
Розчинність речовин у воді. Здатність речовин розчинятися у воді або якомусь іншому розчиннику називають розчинністю.
Вода — найбільш універсальний розчинник.
Розчинність речовин не є безмежною. За розчинністю у воді речовини можна поділити на три групи (схема 9): практично нерозчинні (наприклад, аргентумЩ хлорид — 0,0015 г/л), малорозчинні (гіпс — 2 г/л) і добре розчинні (цукор — 2000 г/л).
Відповідно до кількості розчиненої речовини розчини можуть бути ненасичені, насичені й пересичені.
Розчин, у якому речовина більше не розчиняється за даної температури й постійного тиску, називають насиченим, а розчин, у якому ще може розчинитися додаткова кількість даної речовини, — ненасиченим.
Щоб приготувати насичений розчин, треба у воду за даної температури додавати, безперервно перемішуючи, речовину, поки не утвориться осад, тобто надлишок речовини залишиться нерозчиненим.
Наприклад, насичений розчин натрій хлориду (кухонної солі) за кімнатної температури утворюється в результаті розчинення в 100 г води 36 г солі. Якщо додати ще деяку кількість солі, то більше в цьому розчині вона не розчинятиметься, а перебуватиме на дні у вигляді осаду (рис. 15).
Схема 9
Однак під час нагрівання суміші солі з водою до 100 °С у 100 г води може розчинитися 39,8 г солі. У результаті охолодження цього розчину надлишок солі не завжди випадає в осад. Такі розчини називають пересиченими. Вони є дуже нестійкими, і з них може самовільно виділятися розчинена речовина.
Якщо в пересичений розчин внести кри^алік цієї речовини, то на його поверхні починається стрімка кристалізація: надлишкова кількість розчиненої речовини виділяється у вигляді кристалів. Унаслідок цього пересичений розчин перетворюється на насичений. Часто кристалізація починається навіть від легкого струшування пересиченого розчину.
Демонстраційний дослід
Приготування пересиченого розчину натрій етаноату
Розтирають у фарфоровій ступці натрій етаноат дигідрат CH3COONa • 2H2O до порошкоподібного стану. Наповнюють цим порошком пробірку на 3/4 її об’єму та додають дві краплини води. Закріплюють пробірку в штативі та нагрівають на водяній бані до повного розчинення солі. Виймають пробірку, закріплену в штативі, з водяної бані й охолоджують на повітрі. Труть скляною паличкою внутрішню стінку пробірки: спостерігають кристалізацію солі з пересиченого розчину.
Кількісно розчинність характеризують коефіцієнтом розчинності — відношенням маси розчиненої речовини, яка міститься в її насиченому розчині за даної температури, до 100 г розчинника.
Коефіцієнт розчинності позначають k (де s — це початкова буква англійського слова solution — розчин).
Якщо розчинником служить вода, можна записати так:
Через те що густина води дорівнює 1 г/мл, замість маси 100 г можна використовувати 100 мл.
Коефіцієнт розчинності найчастіше вимірюють у г/л.
Коли йдеться про розчинність речовини, завжди треба вказувати температуру. Наприклад, коефіцієнт розчинності натрій хлориду за температури 20 °С дорівнює 0,36. Це означає, що 36 г цієї солі розчиняються в 100 мл (100 г) води, утворюючи насичений розчин за температури 20 °С. Якщо ж за цих умов розчинити натрій хлорид масою 20 г, то такий розчин буде ненасиченим, оскільки в ньому за вказаної температури може розчинитися ще 16 г цієї речовини.
Розчинність газів визначають об’ємом газу, який може розчинитися в 1 л розчинника за певної температури.
Розчинність твердих речовин у воді часто визначають за температури 20 °С та об’єму води 100 мл.
Вплив різних чинників на процес розчинення. Розчинність у воді більшості речовин залежить від багатьох чинників.
• Залежність від температури. Розчинність більшості твердих і рідких речовин з підвищенням температури зростає.
Графічно залежність розчинності від температури виражають так званими кривими розчинності (рис. 16). За цими кривими можна визначити розчинність речовини за різних значень температури, вибравши певну точку. Наприклад, розчинність калій нітрату за температури 60 °С становить 120 г на 100 г води.
Але температурна залежність розчинності різних речовин не однакова. Так, розчинність калій хлориду з підвищенням температури зростає досить сильно, а натрій хлориду — незначною мірою, розчинність же кальцій гідроксиду взагалі знижується (табл. 1).
Таблиця 1
Розчинність гашеного вапна у воді за різних температур
Цей факт потрібно враховувати. Наприклад, готуючи вапняну воду — насичений розчин кальцій гідроксиду, не треба нагрівати суміш твердого Са(ОН)2 і води, оскільки в гарячому розчині цієї речовини буде менше. Як бачимо, гашене вапно найкраще розчиняється за 0 °С.
Гази також розчиняються у воді. Розчинність газів у воді можна легко виявити, якщо налити в склянку холодної води й поставити в тепле місце. За деякий час на стінках склянки з’являться бульбашки газу.
Розчинність газів з підвищенням температури, на відміну від твердих тіл, зменшується (рис. 17), оскільки при цьому зростає швидкість поступального руху молекул газу й відбувається їх випаровування. Під час кип’ятіння розчину розчинені гази майже повністю видаляються.
Рис. 17. Залежність розчинності деяких газів від температури
• Залежність від тиску. Розчинення твердих і рідких речовин практично не супроводжується зміною об’єму, тому тиск впливає лише на розчинність газоподібних речовин.
Розчинність газів у рідких розчинниках, зокрема у воді, з підвищенням тиску зростає. На цьому ґрунтується один зі способів одержання газованої води. Це розчин (5-10 г/л) вуглекислого газу у воді. Газ у такій воді розчиняють за підвищеного тиску.
У природі велике значення має розчинність кисню у воді, від неї залежить розвиток і підтримка життя у водоймах. Із таблиці 2 видно, що в холодній воді кисень розчиняється краще. Ось чому в холодних водах океану підводне життя багатше, ніж у теплих. Через це основні промислові зони риболовлі розташовані саме в холодних водах.
Таблиця 2
Розчинність кисню в 1 л води за тиску 101,3 кПа
Для допитливих
Явище розчинення газів у рідині має велике значення у водолазній справі. Людей, які тривалий час перебували на значній глибині, категорично не можна швидко піднімати на поверхню.
Кров людини, яка дихала повітрям під великим тиском, насичена азотом (кисень, що входить до складу повітря, не слід брати до уваги, оскільки він швидко сполучається з кров’ю хімічно). У разі підйому з великою швидкістю азот виділяється з крові у вигляді бульбашок, які можуть закупорити кровоносні судини. Це вкрай небезпечно.
Експериментуємо вдома
Як виростити кристал
Приготуйте за кімнатної температури насичений розчин кухонної солі. Для цього налийте в склянку 50 мл води, висипте
2-3 чайні ложки солі (приблизно 40 г солі на 100 г H2O) і перемішайте. Якщо за півгодини розчин залишиться насиченим, профільтруйте крізь марлю, складену вдвоє. Половину розчину вилийте в склянку ємністю 100 мл. Потім поставте її в півлітрову скляну банку, наполовину заповнену сумішшю снігу або товченого льоду з кухонною сіллю у співвідношенні 3 частини снігу на 1 частину солі для досягнення температури -21 °С. Закрийте банку пластмасовою кришкою та поставте в морозильну камеру холодильника. За чотири години дістаньте банку з холодильника, відкрийте банку, вийміть склянку. Спостерігайте розміри та форму кристалів.
Другу половину насиченого розчину NaCl вилийте в ополоник з дерев’яною або пластмасовою ручкою. Обережно нагрійте ополоник з розчином на невеликому вогні, щоб випарувалася вода. Коли вода випариться, порівняйте розміри та форму отриманих кристалів NaCl.
Який з методів одержання кристалів — охолодження насиченого розчину чи його випарювання — дозволяє отримати кристали більшого розміру?
Основні поняття. Розчинність. Коефіцієнт розчинності. Ненаси-чений, насичений і пересичений розчини. Криві розчинності.
Запитання та завдання
%• II
1. Що таке розчинність речовини?
2. Як підвищення температури впливає на розчинність у воді твердих, рідких і газоподібних речовин?
3. Який розчин називають: а) ненасиченим; б) насиченим; в) пересиченим? Який з указаних розчинів є найбільш: а) стабільним; б) нестабільним? Як визначити насичений розчин?
4. Розчинність у воді якої з речовин з підвищенням тиску зростає:
а) NaCl; в) NaOH;
б) H2SO4; г) CO2?
5. Як кількісно характеризують розчинність твердих речовин у воді? Що таке коефіцієнт розчинності речовини? Як його позначають? Що таке криві розчинності?
6. Навіщо акваріумісти часто пропускають повітря крізь воду в акваріумі?
7. У 100 г води розчинено:
а) 120 г купрум(ІІ) сульфату за 78 °С;
б) 160 г калій нітрату за 60 °С;
в) 80 г купрум(ІІ)сульфату за 70 °С.
Користуючись кривими розчинності (рис. 16), укажіть, у яких випадках розчин буде ненасиченим, насиченим, пересиченим.
8. Придумайте завдання за кривою розчинності: а) знаходження розчинності за даної температури; б) визначення температури за значенням розчинності.
Це матеріал з підручника Хімія 9 клас Бутенко (поглиблений рівень)