Хімія. Повторне видання. 9 клас. Попель
Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.
§ 3. Утворення розчину
Матеріал параграфа допоможе вам:
- зрозуміти, що відбувається під час утворення розчину;
- пояснювати тепловий ефект розчинення речовини.
Утворення розчину. Процес утворення розчину є складним; крім фізичних явищ, він часто охоплює й хімічні.
Розглянемо, як відбувається розчинення у воді йонної речовини. Зануримо її кристал у воду. Молекули води одразу притягуються до кожного йона, розміщеного на поверхні кристала, своїми протилежно зарядженими частинами (мал. 7). Якщо сили такої взаємодії переважають над силами притягання між катіонами й аніонами в кристалі, то йони поступово відокремлюються один від одного і переходять у воду. Кристал розчиняється. У розчині, що утворюється, містяться йони розчиненої речовини, сполучені з молекулами води. Такі частинки називають гідратованими1.
1 Розчинення натрій хлориду у воді можна проілюструвати схемою NaCl + (m + n)H2O → Na+ • mH2O + Сl- • nН2О.
Мал. 7. Розчинення йонного кристала уводі
• Зобразіть у зошиті гідратовані катіон Барію і гідроксид-іон.
Розчинення молекулярних речовин у воді може відбуватися по-різному. Якщо молекули кисню, спирту чи цукру, потрапляючи у воду, не зазнають змін, то молекули хлороводню, сульфатної кислоти розпадаються на йони (§ 7). Розчинення у воді вуглекислого газу супроводжується хімічною реакцією — утворенням карбонатної кислоти. Щоправда, з водою реагує лише незначна частина карбон(ІV) оксиду.
Процес утворення водного розчину, який не супроводжується хімічною реакцією, можна поділити на три стадії:
1. Взаємодія частинок речовини і молекул води завдяки наявності в них електричних зарядів.
2. Руйнування хімічних зв’язків у речовині, відокремлення її частинок одна від одної під впливом молекул води.
3. Дифузія речовини і води, тобто проникнення частинок однієї речовини між частинками іншої (мал. 8).
Мал. 8. Дифузія забарвлених йонів МnО4- у воді під час розчинення калій перманганату
Якщо у воді розчиняється газ, другої стадії в цьому процесі немає.
Для того щоб тверда речовина розчинялася швидше, її подрібнюють, збільшуючи в такий спосіб поверхню контакту частинок речовини з розчинником. Крім того, розчинення здійснюють, перемішуючи, а іноді й нагріваючи суміш речовини і розчинника.
Тепловий ефект розчинення. Утворення розчину супроводжується виділенням або поглинанням теплоти.
Виникнення теплового ефекту під час розчинення можна пояснити так. Взаємодія частинок речовини і молекул води (перша стадія розчинення) відбувається з виділенням теплоти. Роз’єднання йонів або молекул речовини (друга стадія розчинення) потребує витрати енергії; у цьому разі теплота поглинається. Якщо на першій стадії розчинення виділяється більше теплоти, ніж поглинається на другій стадії, то розчин розігрівається, а якщо навпаки — розчин охолоджується.
Змішуючи етиловий спирт або сульфатну кислоту з водою, виявимо розігрівання розчину (у другому випадку — досить сильне). Причина полягає в тому, що на другій стадії розчинення цих речовин поглинається мало теплоти, оскільки молекули спирту або кислоти притягуються одна до одної дуже слабо.
Готуючи розбавлений розчин сульфатної кислоти, концентрований розчин кислоти наливають у воду, а не навпаки. Додають його повільно, невеликими порціями, постійно перемішуючи й охолоджуючи посудину проточною водою (мал. 9). Якщо ж наливати воду в концентровану кислоту, то утворюваний розчин може навіть закипіти, а бризки кислоти — потрапити на шкіру й спричинити сильні хімічні опіки.
Мал. 9. Приготування розбавленого розчину сульфатної кислоти
Іноді виявити тепловий ефект розчинення не вдається (наприклад, коли розчиняємо кухонну сіль у воді). Насправді він є, але незначний.
З метою зменшення відчуття болю в разі травми практикують охолодження частини тіла. Для цього часто використовують кріопакети. Це пакет із полімерною оболонкою, поділений на дві частини. В одній із них міститься амоній нітрат ΝΗ4ΝΟ3, а в другій — вода. Маса солі перевищує масу води. Щоб охолоджувальний засіб «запрацював», відкривають перетинку між його частинами. Сіль змішується з водою і починає розчинятися. Це супроводжується істотним зниженням температури (навіть трохи нижче за 0 °С).
ВИСНОВКИ
Утворення розчину — складний фізико-хімічний процес. Під час розчинення речовини відбувається електростатична взаємодія її молекул або йонів із молекулами води, відокремлення частинок речовини одна від одної та перехід їх у розчинник.
Роз’єднання молекул, йонів речовини супроводжується поглинанням теплоти, а в разі гідратації цих частинок теплота виділяється.
17. Опишіть явища, які відбуваються під час розчинення речовини у воді.
18. Чим різняться процеси розчинення цукру у воді та магнію в хлоридній кислоті?
19. Як можна досягти швидкого розчинення твердої речовини в рідкому розчиннику?
20. У якому випадку розчинення речовини відбувається:
- а) з виділенням теплоти;
- б) з поглинанням теплоти?
21. Чи залежить тепловий ефект розчинення речовини від її агрегатного стану? Відповідь аргументуйте.
22. Чому, на вашу думку, під час утворення водного розчину натрій нітрату температура рідини знижується, а в разі розчинення нітратної кислоти у воді — підвищується?