Підручник з Хімії. 9 клас. Григорович - Нова програма

§ 6. Розчинність речовин, її залежність від різних чинників

Розчинність речовин

Здатність речовини розчинятися у воді називають розчинністю. За розчинністю речовини умовно поділяють на добре розчинні, малорозчинні й практично нерозчинні (схема 3).

Схема 3. Класифікація речовин за розчинністю у воді

Якщо в розчині в результаті хімічної реакції утворюється речовина малорозчинна або практично нерозчинна у воді, то вона випадає у вигляді осаду — розчин втрачає прозорість, стає мутним.

Розчинність деяких неорганічних речовин наведено в таблиці розчинності кислот, солей і гідроксидів у воді (див. форзац 2).

Межі розчинності речовин

Переважна більшість речовин обмежено розчинні в різних розчинниках. Кількісно їхню розчинність виражають числом, яке показує найбільшу масу речовини, що може розчинитися в 100 г розчинника за певних умов. Цю величину називають коефіцієнтом розчинності, або просто розчинністю. Наприклад, у 100 г води за 20 °С можна розчинити не більше 32 г KNO₃, 36 г NaCl, 0,25 г CaSO₄ і лише 0,007 г CaCO₃. Ці дані можна знайти в довідниках.

Зверніть увагу: кальцій карбонат, який вважають практично нерозчинним, насправді незначною мірою переходить у розчин. Абсолютно нерозчинних речовин не існує.

Деякі рідини, наприклад етиловий спирт, гліцерол, ацетон, сульфатна, нітратна й оцтова кислоти, необмежено розчинні у воді — їх можна змішувати з водою в будь-яких співвідношеннях (мал. 6.1). Бензин, гас, олія, хлороформ і багато інших рідин розчинні у воді незначною мірою, тому їх вважають практично нерозчинними. Якщо таку рідину, наприклад рослинну олію, вилити у воду й збовтати (мал. 6.2, а), то через певний час утворяться два окремих шари — верхній (олія) і нижній (вода) (мал. 6.2, б). Про такі рідини говорять, що вони не змішуються.

Мал. 6.1. Спирт із водою утворює розчин — однорідну суміш

Мал. 6.2. Емульсія олії у воді не стійка: після струшування (а) через певний час рідини розшаровуються (б)

Гази також значно відрізняються за розчинністю. Найбільш розчинними у воді є гідроген хлорид HCl і амоніак NH₃. За температури 0 °С й атмосферного тиску в 1 л води можна розчинити 500 л гідроген хлориду і 1200 л амоніаку!

Розчинність інших газів у воді значно нижча. Так, за цих самих умов в 1 л води розчиняється лише 1,7 л вуглекислого газу, 50 мл кисню, 23 мл азоту та 21,5 мл водню. Найменш розчинним газом є гелій — 9,7 мл в 1 л води.

Залежність розчинності речовин від температури

Розчинність речовин залежить від температури. Для більшості твердих речовин з підвищенням температури вона помітно збільшується. Кухонна сіль майже однаково розчиняється у холодній і гарячій воді, а вапно й гіпс краще розчинні в холодній воді.

За підвищення температури розчинність:

• твердих і рідких речовин збільшується;

• газуватих речовин зменшується.

Експериментально встановлено, що за температури 0 °С у 100 г води може розчинитися не більше 13 г калійної селітри KNO₃, за 40 °С — 64 г, а за 100 °С — 244 г. Залежність розчинності від температури відображають на кривих розчинності (мал. 6.3).

Мал. 6.3. Залежність розчинності деяких твердих речовин від температури: а — у більшості твердих речовин розчинність збільшується; б — у деяких залежність складна

Розчинність газуватих речовин, навпаки, із підвищенням температури зменшується (мал. 6.4). Якщо холодну водопровідну воду нагрівати, не доводячи до кипіння, то на дні й стінках посудини утворяться бульбашки повітря, яке було розчинене у воді та почало з неї виділятися.

Мал. 6.4. Залежність розчинності деяких газів від температури

Залежність розчинності речовин від тиску

На відміну від рідин і твердих речовин, розчинність газів залежить також від тиску: гази значно краще розчиняються за підвищення тиску. Вам, напевно,доводилося відкривати пляшку з газованою водою. Під час виготовлення газованих напоїв воду насичують вуглекислим газом за підвищеного тиску, а пляшку герметично закривають. У разі відкриття пляшки тиск у ній знижується до атмосферного, розчинність вуглекислого газу різко зменшується і надлишковий вуглекислий газ починає бурхливо виділятися.

За підвищення тиску розчинність:

• твердих та рідких речовин практично не змінюється;

• газуватих речовин збільшується.

Ще алхіміки сформулювали один з головних принципів, що визначає розчинність речовин: подібне розчиняється в подібному. Ґрунтуючись на цьому принципі, можна пояснити, чому деякі речовини розчиняються в одному розчиннику й не розчиняються в іншому. Речовин, що розчинялися б абсолютно в усіх розчинниках, не існує. Так, полярні речовини добре розчиняються в полярних розчинниках (вода, етиловий спирт тощо), гірше розчиняються в малополярних (ацетон тощо) і майже не розчиняються в неполярних (бензен, петролейний ефір тощо). Наприклад, цукор добре розчиняється у воді й узагалі не розчиняється в бензені. І навпаки, неполярні речовини добре розчиняються в неполярних розчинниках і погано — у полярних. Наприклад, сірка не розчиняється (і навіть не змочується) у воді, але добре розчиняється в бензені.

Під час азійського походу військо Александра Македонського навесні 326 р. до н. е. дійшло до берегів річки Інд. Але, вступивши на територію Індії, солдати почали дуже хворіти на кишкові інфекції, що навіть змусило Александра відступити. Утім, помітили, що солдати хворіли значно частіше, ніж воєначальники, хоча в походах усі жили в однакових умовах. Тільки через 2000 років виявили причину, чому так сталося: рядові воїни пили з олов'яних келихів, а в начальників були срібні. А срібло, хоча й у мізерній кількості, розчиняється у воді, надаючи їй бактерицидних властивостей (у такій воді гинуть бактерії). Від XIX ст. до відкриття антибіотиків таку воду використовували для промивання ран.

Ключова ідея

Деякі речовини необмежено розчиняються у воді, але в більшості речовин розчинність обмежена. За цією характеристикою виділяють розчинні, малорозчинні та практично нерозчинні речовини.

Контрольні запитання

60. Наведіть приклади розчинних і нерозчинних у воді кислот.

61. Наведіть приклади нерозчинних, малорозчинних та розчинних солей.

62. Які ви знаєте рідини й гази, що добре розчиняються у воді?

63. Наведіть приклади речовин, розчинність яких у разі нагрівання: а) збільшується; б) зменшується; в) майже не змінюється.

Завдання для засвоєння матеріалу

64. Чому акваріуми не можна наповнювати кип'яченою водою?

65. У воду випадково потрапив бензин. Як його можна виокремити від води? Чи буде вода мати запах бензину, якщо розділення проводити шляхом: а) відстоювання; б) дистиляції?

66. Які з наведених газів — кисень, гідроген хлорид, азот, амоніак, гелій — можна збирати: а) над водою; б) тільки витісненням повітря? Чому?

67. За кривою розчинності (мал. 6.3) визначте, яку масу солі можна розчинити в 1 кг води: а) аргентум(І) нітрату за 0 °С; б) натрій нітрату за 20 °С; в) купрум(ІІ) сульфату за 30 °С; г) плюмбум(ІІ) хлориду за 100 °С; д) калій нітрату за 10 °С та 50 °С.

68. За кривою розчинності (мал. 6.3) визначте: а) сіль, розчинність якої найменша серед наведених; б) сіль, розчинність якої найбільша за 0 °С та 20 °С; в) сіль, розчинність якої найбільше залежить від температури; г) сіль, розчинність якої найменше залежить від температури.

69. За малюнком 6.3 порівняйте розчинність купрум(ІІ) сульфату та натрій хлориду за температур 20 °С та 80 °С.

70. У воді за 80 °С розчинили максимальну кількість натрій нітрату. Розчин остудили до кімнатної температури. Що спостерігатиметься?

71. Під час виготовлення сильногазованої води в одній пляшці води об'ємом 1 л розчиняють близько 1600 мл вуглекислого газу. У такій відкритій пляшці в розчиненому стані лишається близько 880 мл вуглекислого газу. Який об'єм вуглекислого газу виділиться в разі відкриття пляшки сильногазованої води об'ємом 1 л. Більше чи менше газу виділиться, якщо пляшку заздалегідь охолодити? А якщо пляшка зберігалася в теплому місці (на сонці)?

72. У лабораторії перед заняттям з хімічних властивостей вуглекислого газу приготували вапняну воду. Для цього у воді масою 150 г розчинили максимально можливу кількість кальцій гідроксиду. Обчисліть, яку максимальну масу осаду можна добути під час пропускання вуглекислого газу крізь приготований розчин. Для розрахунків скористайтеся інформацією з малюнка 6.3, якщо температура в лабораторії була 20 °С.

73. За кімнатної температури у воді об'ємом 1 л максимально розчиняється 6,3 · 10^-3 моль барій флуориду. Обчисліть масу такої кількості речовини барій флуориду. Якою речовиною (розчинною, малорозчинною чи практично нерозчинною) є барій флуорид?

74. За інформацією параграфа визначте, якими речовинами (розчинними, малорозчинними чи практично нерозчинними) є: а) амоніак; б) вуглекислий газ; в) кисень. Відповідь поясніть.

75. За мал. 6.3 визначте, на скільки більше (за масою) калій нітрату можна максимально розчинити у 100 г води за температури 60 °С, ніж за 30 °С.

76. Запропонуйте план експерименту для визначення розчинності речовини у воді. Які вимірювання ви маєте зробити для досягнення мети? Які чинники впливатимуть на точність експерименту?