Количественной мерой растворимости является концентрация насыщенного раствора.
Обычно растворимость выражают массой вещества, образующей насыщенный раствор в 100г воды или другого растворителя. Эта величина называется коэффициентом растворимости. Например, коэффициент растворимости хлорида натрия при 200С составляет 36,3. Данные по растворимости веществ приводятся в справочных таблицах.
Растворимость твердых веществ.
Из твердых веществ в оде хорошо растворяются многие соли, гидроксиды щелочных металлов, органические углеводы (сахара) и аминокислоты.
Обычно вещество считается растворимым (р), если величина коэффициента растворимости превышает 1. при коэффициенте растворимости от 1 до 0,01 вещество мало растворимо (мр). Порция ¼ чайной ложки вещества с такой растворимостью в стакане воды растворяется не полностью. При коэффициенте растворимости менее 0,01 вещество практически нерастворимо (н).
Растворимость большинства твердых веществ увеличивается при повышении температуры. Растворимость хлорида калия довольно быстро увеличивается при повышении температуры, в то время как растворимость хлорида натрия остается почти постоянной. Растворимость сульфата натрия до температуры 340С увеличивается, а затем начинает уменьшаться. Это объясняется тем, что до 340С раствор насыщается сульфатом натрия в виде кристаллогидрата Na2SO4 10H2O, а выше этой температуры кристаллогидрат превращается в Na2SO4 H2O. Строго говоря, здесь мы имеем дело с растворимостью двух разных кристаллических веществ, растворимость одного из которых увеличивается при нагревании, а другого – уменьшается. Это дополнительный аргумент, подтверждающий, что кристаллогидраты – это индивидуальные вещества, отличные от безводных солей.
В процессе приготовления растворов можно наблюдать как разогревание их, так и охлаждение.
Если приготовление раствора сопровождается понижением температуры («теплота поглощается»), то растворимость вещества увеличивается при повышении температуры.
Растворение веществ при нагревании и последующей кристаллизации при охлаждении являются одним из широко распространенных методов очистки. Фильтрованием горячего раствора вещество очищают от нерастворимых примесей. Растворимые примеси распределяются между кристаллами вещества и раствором, причем содержание их в кристаллах обычно уменьшается.
Кроме ненасыщенных и насыщенных растворов нередко наблюдается образование перенасыщенных растворов. Очень хорошо растворим ацетат натрия CH3COONa. При 550С его 50%-й раствор является насыщенным, но охлаждение его в спокойном состоянии (без перемешивания и встряхивания) не приводит к выделению кристаллов. Раствор стал перенасыщенным. Выделению кристаллов препятствует отсутствие первичных центров кристаллизации. Внесение в перенасыщенный раствор единственного кристаллика индивидуального вещества вызывает моментальное выделение из раствора всего избытка вещества.
Растворимость жидкостей.
Любую из жидкостей можно рассматривать в качестве растворителя. Поэтому часто используют понятие взаимной растворимости жидкостей. Можно, например, говорить о растворимости эфира С2Н5ОС2Н5 в воде и о растворимости воды в эфире. В результате интенсивного перемешивания этих веществ в закрытом сосуде образуются два слоя жидкости: верхний – раствор воды в эфире, и нижний - раствор эфира в воде. Граница между этими бесцветными жидкостями заметна благодаря различию в коэффициентах преломления световых лучей. Количественно растворимость в данном случае выражается так: 1,2% воды в эфире и 6,0% эфира в воде при 200С.
Известны жидкости с ничтожной взаимной растворимостью, например,
ртуть и вода, вода и бензол. Но есть и жидкости с неограниченной растворимостью: вода и спирт С2Н5ОН, вода и серная кислота. В смеси двух жидкостей растворителем считается та из них, молекул которой больше.
По отношению к твердым веществам растворы жидкостей можно рассматривать в качестве смешанных растворителей.
Растворимость газов.
Все газы могут растворяться в жидкостях. Примерами растворов газов являются газированная вода, шампанское, аптечный нашатырный спирт, воды всех водоемов и дождевая вода, желудочный сок.
Процессы растворения твердого и газообразного веществ в жидкости различны. Поверхность индивидуального твердого вещества, соприкасающаяся с жидкостью, имеет определенные свойства, обусловленные строением молекул вещества и его кристаллической структурой. Изменяться может только площадь поверхности соприкосновения между веществом и растворителем. От этого зависит скорость растворения, но величина растворимости твердого вещества при данной температуре постоянна. Газообразное вещество характеризуется переменой концентрацией, зависящей от давления газа.
Этим обусловлена зависимость растворимости от давления газа. При откупоривании бутылки с газообразным напитком происходит вспенивание – газ выделяется из раствора. В момент разгерметизации падает давление, и в растворе возникает избыток газа. Раствор становится перенасыщенным. Итак, растворимость газа уменьшается с понижением давления. Наиболее часто приходится иметь дело с растворением не индивидуальных газов, а газовых смесей. Более подробные исследования показывают, что растворимость газа, содержащегося в газовой смеси, зависит не от общего давления газов, а от парциального давления именно данного газа.
По закону Генри –Дальтона.
Растворимость газа в жидкости пропорциональна парциальному давлению газа над поверхностью жидкости:
si = kipi
где ki – коэффициенты растворимости газов в смеси, выраженные в
моль/(л кПа) или в г/(л кПа). Коэффициенты растворимости зависят от температуры.
В газообразном веществе молекулы свободны. И их способность растворяться определяется взаимодействием с молекулами растворителя. При растворении газа температура всегда повышается, так как молекулы газа передают свою кинетическую энергию молекулам растворителя. Из этого следует, что при повышении температуры растворимость газа уменьшается.
Налейте вечером в стакан холодную водопроводную воду. Утром увидите на стенках стакана пузырьки воздуха. Кипячением воды можно удалить из нее все растворенные газы. Пробулькиванием (барботированием) через жидкость индивидуального газа можно получить насыщенный раствор этого газа при соответствующем давлении и температуре с одновременным удалением всех других газов, если они были растворены.
Удобным способом выражения растворимости газа является объемный коэффициент растворимости, kv, являющийся отношением объема раство-ренного газа к объему взятой жидкости:
V(г)
kv = V(ж)
Объемный коэффициент растворимости данного газа зависит от температу-ры. При повышении температуры он уменьшается. По величине kv газы можно разделить на мало растворимые (kv<<1), средне растворимые ( kv =1) и хорошо растворимые ( kv >>1).
Практическая часть.
Задачи.
1. Масса 70%-ной уксусной кислоты, необходима для приготовления 150 г столового уксуса с массовой долей 3,5%, равна _______г.
2. Масса йода, содержащегося в 50 пузырьках ( по 10 мл каждый) иодной настойки (3%-ный спиртовой раствор), равна ________г.
3. Массовая доля сахара в бокале с чаем емкостью 350 мл, в которой положили одну столовую ложку сахара, равна ________%. В столовую ложку помещается приблизительно 25 г сахара.
4. Для осветления волос требуется свежеприготовленный 30%-ный раствор перекиси водорода, который в домашних условиях можно приготовить из таблеток гидропирита, выпускаемых массой по 5 г. для получения нужного раствора в стакане воды объемом 250 мл необходимо растворить __________ таблеток.
5. К раствору, содержащему 25 г хлорида бария, прилили 100 г 14,2%-ного раствора сульфата натрия. Сколько осадка (г) при этом образовалось?
6. К раствору, содержащему 138 г карбоната калия, прилили 10 г 15%-ного раствора серной кислоты. При этом выделилось ________ л (н.у.) газа.
7. к 12 г стирола прилили 200 г 8%-ного раствора брома в четыреххлористом углероде. Сколько дибромэтилбензола (г) получилось?
8. Образец меди массой 3,2 г растворили в 30 г 63%-ной азотной кислоты. Какой объем (л) оксида азота(IV) (н.у.) при этом образовался?
9. Углекислый газ объемом 44,8 л (н.у.) пропустили через 1000 г 4%-ного раствора гидроксида натрия. Какое количество соли (моль) образовалось в растворе?
10. В стакан с 500 г 3,4%-ного раствора нитрата серебра поместили 32 г цинковых опилок. Сколько металлического осадка (г) будет в стакане после окончания реакции?
11. К 575 г 20%-ного раствора поваренной соли добавили 115 г воды. Рассчитайте массу воды в полученном растворе.
12. Вычислите массу воды, которую надо выпарить из 1 кг 3%-ного раствора сульфата меди для получения 5%-ного раствора.