Хімія. Поглиблений рівень. Повторне видання. 9 клас. Бутенко

§ 8. Розчинність речовин у воді. Залежність розчинності від різних чинників

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 речовини, змішуючись з іншою речовиною, утворювати розчини, називають розчинністю.

За розчинністю у воді речовини можна розподілити за трьома групами (схема 9): практично нерозчинні (наприклад, аргентум(І) хлорид — 0,0015 г/л), малорозчинні (гіпс — 2 г/л) і добре розчинні (цукор — 2000 г/л).

Схема 9

За вмістом розчиненої речовини розрізняють ненасичені, насичені й пересичені розчини.

Розчин, у якому речовина більше не розчиняється за певної температури й постійного тиску, називають насиченим. Розчин, у якому ще може розчинитися речовина за даної температури, називають ненасиченим.

Наприклад, насичений розчин натрій хлориду за кімнатної температури утворюється розчиненням 36 г солі в 100 г води. Якщо додати ще деяку кількість натрій хлориду, то більше в розчині ця сіль не розчинятиметься, а перебуватиме на дні у вигляді осаду (рис. 19).

Рис. 19. Насичений розчин

Однак під час нагрівання водного розчину натрій хлориду 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 довільно виділятися розчинена речовина.

Якщо в пересичений розчин внести кристалик цієї речовини, то на його поверхні починається 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

Дотримуйтесь правил безпеки під час дослідів!

Приготування пересиченого розчину натрій етаноату

1. Подрібнюємо в порцеляновій ступці натрій етаноат дигідрат CH₃COONa • 2Н₂О до порошку. Вносимо його в пробірку на 3/4 її об’єму та додаємо дві краплі води.

2. Нагріваємо пробірку на водяній бані до повного розчинення солі, а потім охолоджуємо на повітрі.

3. Тремо скляною паличкою внутрішню поверхню пробірки: спостерігаємо кристалізацію солі з пересиченого розчину.

Кількісно розчинність характеризують коефіцієнтом розчинності — відношенням маси розчиненої речовини, яка міститься в її насиченому розчині за певної температури, до 100 г розчинника.

Коефіцієнт розчинності позначають k_s (де s — це початкова буква англійського слова solution — розчин).

Якщо розчинником є вода, можна записати так:

Густина води дорівнює 1 г/мл, тому 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 розчиняти натрій хлорид за температури 800 °С, то у 100 мл води розчиниться 38,4 г солі, отже, коефіцієнт розчинності натрій хлориду за температури 800 °С дорівнює 0,384.

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. 20). 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 залежність розчинності різних речовин від температури не однакова. Так, розчинність калій нітрату зі зростанням температури суттєво збільшується, а натрій хлориду — збільшується незначною мірою ((див. рис. 20 на с. 54), розчинність же кальцій гідроксиду взагалі зменшується (табл. 1).

Таблиця 1

Розчинність кальцій гідроксиду у воді за різних температур

Температура, °С	0	25	50	75	100
ks(Ca(OH)2), г/100 г Н2О	0,176	0,155	0,127	0,098	0,072

Рис. 20. Криві розчинності деяких солей у воді

Цей факт потрібно враховувати. Наприклад, під час приготування вапняної води — насиченого розчину кальцій гідроксиду, не треба нагрівати суміш твердого кальцій гідроксиду й води, оскільки розчинність речовини в гарячій воді менша. Як бачимо, кальцій гідроксид найкраще розчиняється за 0 °С.

Гази також розчиняються у воді. Якщо налити в склянку холодної води й поставити її в тепле місце, то за деякий час на стінках склянки з’являться бульбашки газу.

Розчинність газів із підвищенням температури, на відміну від твердих речовин, зменшується (рис. 21), оскільки при цьому зростає швидкість поступального руху молекул газу й відбувається їх випаровування. Під час кип’ятіння розчину розчинені гази майже повністю видаляються.

Рис. 21. Залежність розчинності деяких газів від температури

• Залежність від тиску. Розчинення твердих речовин і рідин практично не супроводжується зміною об’єму, тому тиск впливає лише на розчинність газуватих 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 живих організмів 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. Тому основні промислові зони риболовлі розташовані саме в холодних водах.

Таблиця 2

Розчинність кисню в 1 л води за тиску 101,3 кПа

Температура води, °С	0	15	25	40	50	60
Розчинність кисню, л	0,050	0,034	0,028	0,023	0,021	0,019

Для допитливих

Явище розчинення газів у рідині має велике значення у водолазній справі. Людей, які тривалий час перебували на значній глибині, повільно підіймають на поверхню. Кров людини, яка дихала повітрям під великим тиском, насичена азотом (кисень, що міститься в складі 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

Дотримуйтесь правил безпеки під час дослідів!

Еспериментуйте в присутності дорослих!

Як виростити кристал

1. Приготуйте насичений розчин кухонної солі NaCl. Нагрійте воду в невеликій каструлі. Коли вода стане гарячою, але ще не кипітиме, зменште вогонь і потрохи насипайте у воду сіль, постійно помішуючи, доки сіль не перестане розчинятися. Перелийте розчин у прозору ємність.

2. Прив’яжіть до одного кінця нитки якийсь маленький предмет — тягарець (гаєчку, намистинку), який буде центром кристалізації, а другий кінець закріпіть на олівці. Нитку вище тягарця змастіть вазеліном (щоб кристали на ній не росли), а сам тягарець занурте в насичений розчин повністю, але так, щоб він не торкався дна (рис. 22).

Рис. 22. Тягарець — центр кристалізації

3. За деякий час спостерігайте, як тягарець обростає кристалами солі. Що повільніше відбуватиметься охолодження, то утворюватимуться більші кристали. Для цього обгорніть рушником ємність з розчином і поставте ближче до батареї. Зазвичай процес кристалізації триває від кількох днів до кількох тижнів.

4. Корегуйте форму кристалів, зіскрібаючи ножем непотрібні нарости або змащуючи їх вазеліном для припинення росту.

5. Коли кристали набудуть потрібних розмірів та форми, дістаньте їх із розчину, висушіть і покрийте безбарвним лаком (рис. 23). Без такої обробки вже за кілька діб вони можуть зруйнуватися.

Рис. 23. Кристали натрій хлориду

Основні поняття. Розчинність. Коефіцієнт розчинності. Ненасичений, насичений і пересичений розчини. Криві розчинності.

Запитання та завдання

1. Що таке розчинність речовини?

2. Як підвищення температури впливає на розчинність у воді твердих, рідких і газуватих 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 із підвищенням тиску зростає:

• a) NaCl;
• б) H₂SO₄;
• в) SiO₂;
• г) СО₂?

5. Як кількісно характеризують розчинність твердих речовин у воді? Що таке коефіцієнт розчинності речовини? Як його позначають? Що таке криві розчинності?

6. Навіщо акваріумісти 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.

Скориставшись кривими розчинності (рис. 20), укажіть, який із розчинів є ненасиченим, насиченим, пересиченим.

*8. Придумайте завдання за кривою розчинності: а) визначення розчинності за певної температури; б) визначення температури за значенням розчинності.