Хімія. 9 клас. Березан

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

§ 5. Розчинність речовин, її залежність від різних чинників

Ознайомившись із матеріалом параграфа, ви:

зрозумієте, що таке розчинність речовин, від яких чинників вона залежить;
з'ясуєте, які бувають розчини;
навчитеся розв'язувати типові задачі на знаходження частки розчиненої речовини в розчині.

Одним з найкращих розчинників є вода. Вода здатна розчиняти багато речовин, що перебувають у різному агрегатному стані: газуватому, рідкому, твердому. Ми знаємо, що розчин — гомогенна (однорідна) суміш, що складається із двох або кількох речовин. Залежно від агрегатного стану розчиненої речовини й розчинника розчини поділяють на: рідкі, тверді (сплави) та газуваті.

Рідкі розчини утворюються внаслідок розчинення твердих, рідких чи газуватих речовин у рідкому дисперсійному середовищі (розчиннику).

Деякі речовини можуть розчинятися в спирті, ацетоні тощо.

Властивість речовини утворювати розчин з іншою речовиною називають розчинністю.

Є речовини, які змішуються з іншими речовинами в будь-яких пропорціях. Про них кажуть, що вони мають необмежену розчинність у даному розчиннику. Так, у воді може розчинитись будь-яка кількість етанолу, оцтової, сульфатної, нітратної кислот¹.

¹ Іноді буває важко визначити, яка з речовин є розчинником. Наприклад, кажуть про 70 %-й розчин спирту у воді, а не про 30 %-й розчин води в спирті; про розчинені у воді кислоти (незалежно від концентрації), а не про воду, розчинену в кислоті.

Більшість речовин має обмежену розчинність. Щоб перевірити обмеженість розчинності кухонної солі у воді, проведіть такий дослід. Візьміть склянку, об'єм якої 200 мл, налийте в неї 100 мл води. Додавайте невелику порцію (5-10 г) кухонної солі, щоразу перемішуючи розчин скляною паличкою. Після повного розчинення солі додавайте наступну порцію солі. У певний момент сіль, яку ви додали, не розчиниться, а залишиться в осаді, над яким утвориться насичений розчин.

Розчин, у якому за даних умов речовина більше не розчиняється в розчиннику, називають насиченим.

Про таку ситуацію кажуть, що настала динамічна рівновага (рівновага між частинками розчиненої й нерозчиненої речовин).

Якщо до насиченого розчину додати будь-яку кількість розчинника, то такий розчин стане ненасиченим.

Розчин, у якому за даних умов у розчиннику може розчинитися ще деяка кількість речовини, називають ненасиченим.

Інколи, характеризуючи розчин, ми вживаємо такі назви: концентрований розчин, розбавлений розчин.

Розчинність речовини S (від лат. solvere — розчиняти) — це здатність речовини розчинятись у розчиннику; визначається масою речовини, яка може розчинитись у 100 г розчинника, утворивши за даної температури насичений розчин.

Відомості про розчинність деяких речовин наведені в Таблиці розчинності кислот, основ і солей у воді за температури 20-25 °С (див. форзац):

якщо у 100 г води розчиняється понад 1 г речовини, таку речовину вважають розчинною (у Таблиці позначають літерою «р»);
якщо розчинність речовини від 0,001 г до 1 г, таку речовину вважають малорозчинною («м»);
якщо розчинність речовини є меншою, ніж 0,001 г, таку речовину вважають нерозчинною («н»).

У таблиці також указані речовини, які не існують або не утворюють розчин, а розкладаються водою. Вони позначені так: «—».

Рис. 5.1. Залежність розчинності деяких твердих речовин у воді від температури

Залежність розчинності речовин у воді від їх будови

Розчинність залежить від хімічної природи розчинної речовини і розчинника. Більшість речовин йонної будови (КСl, ВаI₂) добре розчиняється у воді. Також у воді добре розчиняються речовини з полярним ковалентним типом зв'язку (H₂SO₄, HNO₃). Речовини з неполярним ковалентним типом зв'язку (Н₂, О₂, РН₃) мають незначну розчинність або практично не розчиняються.

Залежність розчинності твердих речовин у воді від температури

Розчинність більшості речовин змінюється залежно від температури. Таку залежність часто подають у вигляді таблиць або графіків.

За кривими розчинності можна встановити:

1) розчинність речовин за різних температур;
2) масу речовини, яка випаде в осад під час зміни температури.

Зазвичай з підвищенням температури зростає й розчинність твердих речовин (пряма залежність). Але інколи розчинність практично не залежить від температури (NaCl), а іноді навіть зменшується (CaSO₄) (обернена залежність). Якщо залежність пряма, то під час зниження температури розчину випадає осад і навпаки. Часто, щоб швидше приготувати насичений розчин, його нагрівають.

Залежність розчинності газоподібних речовин у воді від температури

Коли температура розчину зростає, розчинність газів зменшується. Це явище можна спостерігати під час нагрівання звичайної водопровідної води у прозорій скляній пробірці (колбі). Вода завжди містить якусь кількість розчинених газів повітря. Щойно ви внесете пробірку, наповнену холодною водою, у полум'я пальника, на її внутрішніх стінках почнуть з'являтись дрібні бульбашки повітря (1). За подальшого нагрівання на поверхні води збереться невеличка бульбашка (2).

Рис. 5.2. Утворення бульбашок повітря під час нагрівання води

Оскільки зважування газів — це доволі складна процедура, їх кількість зазвичай виражають не через масу, а через об'єм, обчислений за нормальних умов (н. у.), тобто за температури 0 °С і тиску 1 атм. Розчинність газів виражають у літрах газу на літр води. Розчинність різних газів відрізняється:

Таблиця 5.1. Розчинності деяких газів у воді (л/л води)

температура, °С	кисень O₂	азот N₂	водень Н₂	вуглекислий газ CO₂
0	0,0492	0,0235	0,0215	1,713
20	0,031	0,0154	0,0182	0,878

Як видно з таблиці, гази повітря, за винятком вуглекислого газу, мають доволі низьку розчинність у воді.

Залежність розчинності газоподібних речовин у воді від тиску

Коли тиск зростає, розчинність газів збільшується і навпаки. Мабуть, кожен спостерігав активне виділення вуглекислого газу після відкривання пляшки газованого напою. Це відбувається через різке зниження тиску в пляшці (до атмосферного). На заводі воду насичують газом (розчиняють) під тиском, створюючи сильно- і слабогазовані напої.

Рис. 5.3. Залежність розчинності деяких газів у воді від температури

Для тих, хто хоче знати хімію глибше

За кімнатної температури у 100 г води розчиняється 36 г кухонної солі, а за температури кипіння — 39,8 г. Якщо такий насичений розчин охолодити, то надлишок солі (3,8 г) не завжди випадає в осад. Іноді утворюється доволі нестабільний пересичений розчин. Якщо його: 1) струсити (перемішати), то почнеться швидке випадіння осаду на дно; 2) кинути в нього кристалик солі, то відбудеться кристалізація (ріст кристалу).

Задача. 100 мл води наситили калій нітратом за температури 60 °С. А потім розчин охолодили до 30 °С. Обчисліть масу солі, що випаде в осад.

Відповідь: під час охолодження насиченого розчину калій нітрату від 60 °С до 30 °С випаде в осад 65 г солі.

Підсумки

1. Властивість речовини утворювати розчин з іншою речовиною називають розчинністю.
2. Більшість речовин має обмежену розчинність.
3. Розчинність виражають через максимальну масу речовини, яка може розчинитись у 100 г води за певної температури.
4. Розчин, у якому за даних умов речовина більше не розчиняється в розчиннику, називають насиченим.
5. Розчинність більшості твердих речовин з підвищенням температури зростає.
6. Розчинність більшості газів з підвищенням температури зменшується, а з підвищенням тиску — зростає.

Контрольні запитання

1. Що таке розчинність?
2. Наведіть приклади речовин, які мають необмежену розчинність у воді.
3. Як експериментально довести, що речовина має обмежену розчинність?
4. Як з насиченого розчину отримати ненасичений?
5. Як підвищити розчинність газу у воді?
6. Укажіть кілька способів, за допомогою яких можна з ненасиченого розчину калій сульфату одержати насичений розчин.

Для тих, хто хоче знати хімію глибше

1. Користуючись кривими розчинності (рис. 5.1), встановіть:

а) за якої температури в 100 г води можна розчинити 90 г кальцій хлориду до утворення насиченого розчину;
б) масу калій хлориду, яку можна розчинити в 100 г води за температури 10 °С до утворення насиченого розчину.

2. Користуючись кривими розчинності (рис. 5.1), порівняйте розчинність натрій нітрату та калій нітрату за температури 30 °С.

3. Розчинність натрій хлориду за температури 80 °С становить 40 г на 100 г води. Яку масу солі можна розчинити в 400 г води за тієї ж температури?

4. Користуючись таблицею 5.1, обчисліть масу азоту, яку можна розчинити в 2 л води за температури 20 °С і тиску 1 атм.

5. Розчинність натрій броміду за температури 20 °С становить 90,5 г на 100 г води. Яку масу солі можна розчинити у 190 мл води за тієї ж температури?

6. Встановіть розчинність К₂Сr₂О₇ за температури: а) 20 °С; б) 60 °С; в) 90 °С.

7*. Розчинність калій нітрату за температури 80 °С становить 160 г, за температури 48 °С — 80 г. Яка маса калій нітрату викристалізується з 200 г насиченого за температури 80 °С розчину, якщо його охолодити до 48 °С?

8*. У воді об'ємом 200 мл розчиняли калій нітрат за температури 40 °С до отримання насиченого розчину (див. рис. 5.1). Потім розчин охолодили до 20 °С. Яка маса солі викристалізувалась?

Зміст