Хімія. 9 клас. Савчин

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

§ 6. РОЗЧИН ТА ЙОГО КОМПОНЕНТИ. РОЗЧИНЕННЯ ЯК ФІЗИКО-ХІМІЧНИЙ ПРОЦЕС

Опанувавши матеріал параграфа, ви зможете:

формулювати визначення понять «розчин», «розчинник», «розчинена речовина», «гідрати», «гідратація»;
визначати склад розчину;
наводити приклади істинних розчинів і розчинників;
розуміти суть процесу розчинення, його фізичну та хімічну природу;
пояснювати склад розчину; процес розчинення речовин як фізико-хімічне явище; залежність розчинності від площі поверхні зіткнення розчиненої речовини та хімічної природи розчинника й розчиненої речовини;
висловлювати судження про значення розчинів у природі та житті людини.

Розчини в житті людини. Упродовж життя людина постійно використовує розчини багатьох речовин у всіх галузях своєї діяльності. Найчастіше для виготовлення розчинів як розчинник застосовують воду. Однак природна вода, яка заповнює впадини земної поверхні, теж існує у вигляді розчинів багатьох речовин, що входять до складу ґрунтів, гірських порід, ґрунтових вод тощо.

Загальновідомо, що морська вода дуже солона на смак. Це свідчить про те, що вона є розчином багатьох солей.

Організм людини приблизно на 75 % складається з води, тому без її надходження він дуже швидко виснажується й людина вмирає. Основними розчинами, що містяться в людському організмі, є плазма крові та лімфа, яка на 90 % складається з води.

Рослини засвоюють поживні речовини з розчинів, що надходять із ґрунту. Клітинний сік рослин нагромаджується у вакуолях і складається з води, у якій розчинені різні солі, а саме: калій, натрій і ферум хлориди, калій і натрій нітрати, магній сульфат та інші речовини. У клітинному соку в розчиненому стані наявні глюкоза, фруктоза й органічні речовини, зокрема кислоти й розчинні білки.

З використанням розчинів тісно пов'язане приготування їжі, виготовлення лікарських препаратів, виробництво лаків, фарб, пластмас, синтетичних волокон, обробка дерев для захисту від шкідників, захист від комах, удобрювання сільгоспугідь.

Виготовляти істинні розчини вам доводиться під час підсолоджування чаю, підсолювання перших страв, засолювання огірків, томатів, кабачків та інших овочів, варіння компотів тощо.

• Пригадайте з курсів природознавства та фізики явище дифузії.

Розчини. Спостерігати процес утворення розчину можна за допомогою явища дифузії, якщо використати забарвлені розчинні у воді сполуки. Наприклад, проведемо демонстраційний дослід розчинення мідного купоросу.

Дослід 1. У хімічну склянку об'ємом 500 мл наллємо воду. Насиплемо невелику кількість мідного купоросу CuSO₄ · 5H₂O (сіль синього кольору) у марлевий мішечок і прив'яжемо його до вмонтованої в штатив палички так, щоб сіль опустилася у воду. Спостерігайте, що відбувається в склянці (рис. 14).

Рис. 14. Розчинення мідного купоросу

Отже, навколо мішечка утворюється кружечок прозорого розчину синього кольору, який поступово збільшується, поширюється врізнобіч.

Явище дифузії дуже ефектно демонструє дослід, зображений на рисунку 15. Пояснимо докладніше. Якщо опустити марлевий рулон одним кінцем у розчин амоній дихромату (оранжевого забарвлення), а другий кінець рулону помістити в порожню склянку й так само занурити інший марлевий рулон у розчин купрум(ІІ) сульфату (синього забарвлення), то марля поступово просочиться розчинами й у середній склянці збиреться рідина, яка матиме зелене забарвлення.

Рис. 15. Явище дифузії в рідинах

• Поясніть, звідки й чому з'явилося зелене забарвлення розчину в склянці, що розміщена посередині.

Що ж таке розчин та який його склад?

Розчин — це гомогенна (однорідна) система, що складається з двох або більше компонентів.

До складу будь-якого розчину входять розчинник і розчинена речовина — компоненти розчину. Схематично склад розчину показано на рисунку 16.

Рис. 16. Схема складу розчину, його компоненти

Розчинник — це компонент розчину, який перебуває в такому самому агрегатному стані, що й розчин. Найчастіше розчинниками є рідини: вода, спирт, бензин, бензен.

Розчинена речовина може бути газом, рідиною або твердою речовиною. Сам розчин може перебувати в будь-якому агрегатному стані.

Залежно від того, які речовини — атомні, молекулярні чи йонні — розчинені в розчиннику, між молекулами розчинника рівномірно можуть розміщуватися атоми, молекули (рис. 17, а) або йони (рис. 17, б).

Рис. 17. Розчини: а — сахарози (цукру) у воді; б — натрій хлориду (кухонної солі) у воді

• Наведіть приклади розчинів, у яких розчинено речовини в різних агрегатних станах.

Необхідно зазначити, що є розчини, у яких розчинені не одна, а кілька речовин (морська та мінеральні води, фруктові напої, маринади тощо).

Фізико-хімічна суть процесу розчинення. З'ясуємо, у чому полягає суть процесу розчинення. Ви вже спостерігали, як розчиняється у воді кухонна сіль і цукор, тому відразу скажете, що це відбувається внаслідок дифузії. Тобто частинки розчинюваної речовини, зіткнувшись із молекулами води або іншого розчинника, поширюються між ними. Одночасно зменшується маса речовин, які розчиняються. Це свідчить про те, що кристали речовин руйнуються й переходять у розчин. На рисунку 17 зображено, що кристали цукру (сахарози) і кухонної солі (натрій хлориду) руйнуються й молекули та йони хаотично рухаються між молекулами розчинника.

Дослід 2. З'ясуємо, що може пришвидшити розчинення речовин. Для цього візьмемо дві хімічні склянки й наллємо однакові об'єми води. У першу склянку покладемо грудочку цукру, у другу — таку саму грудочку, яку попередньо подрібнемо, щоб утворився цукор-пісок. Спостерігайте, як розчиняється цукор в обох склянках.

Отже, у склянці з подрібненим цукром розчинення відбувається значно швидше. Робимо висновок, що руйнування кристалів цукру залежить від площі поверхні зіткнення розчинника та розчинюваної речовини. Що більша площа поверхні зіткнення, то швидше відбувається дифузія. Збільшити площу поверхні зіткнення можна, якщо розчин перемішати.

Дослідники процесів розчинення, зокрема шведський фізико-хімік С. Арреніус, вважали, що між розчинником і розчиненою речовиною немає жодної взаємодії, тобто розчинення характеризували як фізичний процес. Однак Д. Менделєєв, вивчаючи процес розчинення речовин, запропонував хімічну теорію розчинів. За цією теорією, розчин розглядають не як механічну суміш розчинника й розчиненої речовини, а як хімічну взаємодію між ними.

Під час розчинення речовин спостерігають два процеси: 1) руйнування структури розчинюваної речовини до молекул чи йонів; 2) взаємодію утворених частинок із частинками розчинника (якщо це вода — з молекулами води). Взаємодію частинок речовини з молекулами води називають гідратацією. Продуктами гідратації є гідратовані йони або молекули.

Розглянемо, як відбувається розчинення речовин з різною кристалічною структурою на прикладі найпоширеніших харчових продуктів — цукру (сахарози) і кухонної солі (натрій хлориду).

Цукор (сахароза) є речовиною молекулярної будови. Його молекули містять у своєму складі атоми із зарядами δ⁺ і δ^-, що й зумовлює притягування молекул води протилежними полюсами. Між молекулами цукру та полярними молекулами води утворюються водневі зв'язки. Навколо однієї молекули цукру концентруються декілька молекул води, які сполучаються між собою. Унаслідок такої взаємодії та руху молекул води молекули цукру відокремлюються від кристалів. Отже, відбувається руйнування структури кристала. Другий процес пов'язаний з утворенням гідратованих молекул цукру та рівномірним поширенням і розподілом їх між молекулами розчинника (води).

Розчинення йонних сполук (натрій хлориду) теж характеризується руйнуванням структури кристала й утворенням гідратованих йонів. Дипольні молекули води притягуються до йонів різними полюсами: до позитивно зарядженого йона Натрію — негативним, а до негативно зарядженого йона Хлору — позитивним. Унаслідок взаємного притягання зв'язки між йонами в кристалі руйнуються і йони переходять у розчин. У результаті в розчині утворюються гідратовані катіони Натрію й аніони Хлору (рис. 18).

Рис. 18. Схема процесу розчинення кристалів натрій хлориду у воді

Зважаючи на те, що під час розчинення утворюються гідратовані молекули або йони, розчин містить не тільки розчинник і розчинену речовину, а й продукти їхньої взаємодії. Тому схему складу розчину, подану на рисунку 16 (с. 33), необхідно змінити так, як зображено на рисунку 19.

Рис. 19. Схема складу розчину

Оскільки під час розчинення речовин відбувається не тільки механічне поширення структурних частинок розчиненої речовини між молекулами розчинника (дифузія), а й взаємодія між ними, що підтверджує процес гідратації з утворенням гідратованих молекул або йонів, то доведено (Д. Менделєєв), що розчинення — це фізико-хімічний процес.

Тому правильним буде доповнене визначення поняття «розчин».

Розчин — це однорідна (гомогенна) система, що складається з двох або більше компонентів і продуктів їхньої взаємодії.

Підтвердженням фізико-хімічної теорії розчинів є теплові явища, що відбуваються під час розчинення.

ПІДСУМОВУЄМО ВИВЧЕНЕ

• Розчини мають велике практичне значення та відіграють важливу роль у житті людини, у природі, різних галузях народного господарства й побуті.

• Складовими частинами розчину є розчинник і розчинена речовина. Розчинник — компонент розчину, який перебуває в такому самому агрегатному стані, що й розчин. Розчинена речовина може бути газом, рідиною або твердою речовиною.

• Розчин може перебувати в будь-якому агрегатному стані.

• Розчинення речовин супроводжується такими процесами: 1) руйнуванням структури розчинюваної речовини до молекул або йонів; 2) взаємодією утворених частинок із частинками розчинника.

• Взаємодію частинок речовини з молекулами води під час утворення водного розчину називають гідратацією. Продуктами гідратації є гідратовані молекули або йони.

• Під час розчинення у воді речовин з ковалентним полярним зв'язком (або полярними групами атомів) між їхніми молекулами й молекулами води утворюються водневі зв'язки.

• Розчин — однорідна (гомогенна) система, що складається з двох або більше компонентів і продуктів їхньої взаємодії.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

1. Сформулюйте визначення понять «розчин», «розчинник», «розчинена речовина».
2. Охарактеризуйте суть процесу розчинення.
3. Наведіть приклади істинних розчинів, які використовують у різних галузях народного господарства.
4. Доповніть висловлювання так, щоб вони стали завершеними.

Розчин — це гомогенна система, що складається ... .

Компонентами розчину є ... і ... .

Розчинником називають ... .

Гідратація — взаємодія частинок речовини з молекулами ... .