§ 5. Розчинність речовин

Матеріал параграфа допоможе вам:

пояснити вираз «розчинність речовини»;
з’ясувати, від яких чинників залежить розчинність різних речовин у воді.

Розчинність. Характеризуючи фізичні властивості будь-якої речовини, зазвичай указують, чи розчиняється вона у воді, спирті, інших розчинниках.

Властивість речовини утворювати з іншою речовиною розчин називають розчинністю.

Сульфатна і нітратна кислоти, етиловий спирт, ацетон змішуються з водою в будь-яких співвідношеннях з утворенням розчину. Ці речовини мають необмежену розчинність у воді. Однак для багатьох інших речовин існує межа розчинення.

Розчин, у якому за певної температури (іноді — й певного тиску) речовина більше не розчиняється, називають насиченим (мал. 13), а той, у якому ще можна розчинити порцію речовини, — ненасиченим.

Мал. 13. Насичений водний розчин калій бромату КВrО₃ над кристалами солі

• Як би ви розрізнили насичений і ненасичений розчини?

Розчинність речовин можна оцінити кількісно. Для цього вказують максимальну масу речовини, яка може розчинитися в 100 г розчинника за певної температури¹. Відповідну фізичну величину позначають латинською літерою S (перша літера в латинському слові solvere — розчиняти).

¹ Для газу зазвичай указують його максимальний об’єм, який розчиняється в 100 г або 1 л розчинника за певних температури й тиску.

Відомості про розчинність деяких сполук у воді наведено в таблиці, розміщеній на форзаці II.

• Скориставшись таблицею розчинності, назвіть кислоту, всі солі якої є водорозчинними.

Здатність речовини розчинятися у воді залежить від будови речовини, тобто типу частинок, з яких вона складається, а також від зовнішніх умов — температури, тиску.

Залежність розчинності речовин від будови. Багато йонних речовин добре розчиняється у воді. Таку властивість мають і речовини, які, подібно до води, складаються з полярних молекул, зокрема сполуки галогенів з Гідрогеном — HF, НСl, НВr, НI. Речовини з неполярними молекулами, наприклад азот Ν₂, кисень О₂, метан СН₄, мають дуже малу розчинність у воді. Із часів алхіміків існує правило: подібне розчиняється в подібному. Його використовують і нині, хоч існують численні винятки.

Залежність розчинності речовин від температури. Вплив температури на розчинність речовини здебільшого визначається її агрегатним станом.

Якщо у склянку налити холодну воду і залишити її в теплому місці, то через деякий час на стінках посудини з’являться пухирці повітря, яке було розчинене у воді (мал. 14). У теплій воді розчинність газів менша, і «зайве» повітря виділяється з неї.

Мал. 14. Виділення бульбашок розчиненого повітря з нагрітої води

Розчинність газів у воді з підвищенням температури зменшується.

Залежність розчинності твердих речовин у воді від температури зазвичай є протилежною.

Розчинність більшості твердих речовин у воді з підвищенням температури зростає.

Натрій гідроксид, магній нітрат, лимонна кислота і багато інших сполук краще розчиняються в гарячій воді, ніж у холодній. Наприклад, в 1 л води за температури 20 °С розчиняється приблизно 2 кг цукру, а за температури 80 °С — 3,6 кг.

Розчинність деяких сполук, зокрема кальцій гідроксиду Са(ОН)₂, кальцій сульфату CaSO₄, літій сульфату Li₂SO₄, з підвищенням температури зменшується.

Залежність розчинності речовини від температури часто подають графічно — у вигляді кривої розчинності (мал. 15). На горизонтальній осі графіка позначають температуру, а на вертикальній — розчинність, тобто максимальну масу речовини, яка розчиняється за певної температури в 100 г води. Точки на кривій розчинності відповідають складу насичених розчинів, а ділянка під кривою — ненасиченим розчинам.

Мал. 15. Криві розчинності деяких солей у воді

Згідно з кривими, наведеними на малюнку 15, у 100 г води за температури 90 °С розчиняється, наприклад, 300 г натрій йодиду, 120 г літій хлориду.

• Скориставшись малюнком 15, визначте розчинність аргентум нітрату у воді за температури 30 °С.

Залежність розчинності газів від тиску. Якщо відкрити пляшку з газованим напоєм, то вуглекислий газ, який був розчинений у рідині за підвищеного тиску, швидко з неї виділятиметься; рідина спіниться. Це відбувається тому, що розчин потрапляє в умови звичайного тиску, за якого розчинність газу менша.

Розчинність газів у воді з підвищенням тиску збільшується.

Розчинність більшості газів у воді прямо пропорційна тиску; відповідний графік є прямою лінією. Якщо тиск збільшити в декілька разів, то розчинність газу у воді збільшиться в стільки ж разів (мал. 16).

Мал. 16. Вплив тиску на розчинність газу у воді

На розчинність у воді твердих і рідких речовин тиск не впливає.

ВИСНОВКИ

Здатність речовини утворювати з іншою речовиною розчин називають розчинністю.

Більшість речовин має обмежену розчинність у воді. Мірою цієї властивості є максимальна маса речовини, яка може розчинитися за певної температури (для газів — ще й за певного тиску) у 100 г води. Розчин, у якому міститься максимально можлива кількість розчиненої речовини, називають насиченим.

Розчинність більшості твердих речовин у воді з підвищенням температури зростає, а від тиску не залежить. Гази збільшують розчинність у воді зі зниженням температури й підвищенням тиску.

29. Як ви розумієте вираз «розчинність речовини»? Від яких чинників залежить розчинність речовин у воді?

30. Після поступового додавання у воду кількох порцій розчинної кристалічної речовини і тривалого перемішування утворилася неоднорідна суміш. Чим є рідина над кристалами речовини? Як перетворити цю суміш на однорідну, тобто на розчин?

31. З огляду на будову речовин оцініть здатність сірки, графіту, натрій нітрату, гелію, гідроген броміду розчинятися у воді.

32. Визначте розчинність калій карбонату у воді за температури 70 °С, скориставшись кривою розчинності сполуки (мал. 15).

33. У 10 мл води за температури 20 °С розчинили 20 г аргентум нітрату. Який розчин було приготовлено — розбавлений чи концентрований, насичений чи ненасичений? Для відповіді скористайтеся кривою розчинності сполуки (мал. 15).

34. У 100 г води за нормальних умов розчиняється 2,8 мг азоту. Який максимальний об’єм газу розчиниться за цих умов в 1 л води?

35. За кривою розчинності калій нітрату (мал. 15) визначте:

а) мінімальну масу води, в якій розчиниться 20 г солі за 70 °С;
б) максимальну масу солі, яку можна розчинити у 80 г води за 50 °С;
в) масову частку солі в її насиченому розчині за 60 °С.

ДЛЯ ДОПИТЛИВИХ

Вода — найкращий розчинник для солей

Якщо до концентрованого водного розчину кухонної солі повільно додавати етиловий спирт, то через деякий час у рідині з’являться дрібні кристалики натрій хлориду, які осідатимуть на дно посудини. Розчинність цієї солі у водно-спиртових сумішах менша, ніж у воді, а в 100 г чистого спирту за температури 25 °С розчиняється лише 0,065 г натрій хлориду.

Аналогічні результати отримаємо в дослідах із розчинами багатьох інших хлоридів, а також нітратів, сульфатів. Майже всі солі, які добре розчиняються у воді, мають дуже малу розчинність в етиловому спирті, а в бензині, гасі вони нерозчинні. Серед винятків — меркурій(ІІ) хлорид HgCl₂; розчинність цієї солі у спирті в кілька разів вища, ніж у воді за тієї самої температури.

НА ДОЗВІЛЛІ

Вирощування кристалів мідного купоросу¹

Приготуйте насичений розчин мідного купоросу. Для цього помістіть у склянку приблизно 20 г цієї речовини і доливайте невеликими порціями, постійно перемішуючи, гарячу воду до розчинення всіх кристалів. У разі потреби гарячий розчин профільтруйте. Накрийте посудину аркушем паперу і залиште розчин охолоджуватися до кімнатної температури.

¹ Можна також вирощувати кристали алюмокалієвого галуну KAl(SO₄)₂• 12Н₂О, інших речовин.

Наступного дня ви побачите на дні посудини кристали; над ними буде насичений розчин. Дістаньте пластмасовим пінцетом кристал правильної форми, без дефектів, і покладіть його на папір. Насичений розчин із кристалів, які залишилися, обережно злийте в іншу посудину, а відібраний кристал покладіть на її дно. Його також можна підвісити на тонкій нитці (мал. 17). Посудину нічим не накривайте і залиште на кілька днів. Вода поступово випаровуватиметься з насиченого розчину, на дні посудини утворяться нові кристали речовини й виросте той, який помістили в розчин. Видаляючи дрібні кристали й перевертаючи відібраний на різні грані для рівномірного росту (робіть це з інтервалом у кілька днів), можна виростити красивий кристал завбільшки в кілька сантиметрів. Час від часу доливайте в посудину нові порції холодного насиченого розчину сполуки.