Хімія. Повторне видання. 9 клас. Савчин

§ 7. Розчинність речовин, її залежність від різних чинників. Насичені й ненасичені, концентровані й розведені розчини

Вивчивши матеріал параграфа, ви зможете:

• формулювати визначення поняття «розчинність»;
• знати класифікацію речовин за розчинністю; чинники, що впливають на розчинність речовин;
• пояснювати вплив різних чинників на розчинність речовин;
• уміти визначати розчинні, малорозчинні й нерозчинні речовини за таблицею розчинності; розчинність речовин за кривою розчинності за різних температур;
• характеризувати насичені, ненасичені, концентровані й розведені розчини; розчинність твердих речовин, рідин і газів залежно від впливу температури, тиску, природи речовини й розчинника, агрегатного стану.

Розчинність речовин. Важливість розчинів у живій і неживій природі важко переоцінити. За їхньою участю відбувається обмін речовин в організмах людини, тварин і рослин. Їх широко застосовують у різних галузях промисловості, техніці, у хімічних лабораторіях, сільському господарстві й побуті.

Вивчаючи хімію в попередніх класах, ви виконували лабораторні досліди та практичні роботи з використанням розчинів неорганічних речовин. Тому важливо знати, що таке розчинність і як вона залежить від різних чинників.

Розчинність — це властивість речовин розчинятися у воді або будь-якому іншому розчиннику.

Вода є універсальним розчинником завдяки будові та здатності утворювати водневі зв’язки не тільки між своїми молекулами, а й з молекулами інших речовин.

У воді розчиняються речовини, що перебувають у різних агрегатних станах: твердому (рис. 20), рідкому й газоподібному.

Рис. 20. Розчинення кристалів калій перманганату у воді

За розчинністю у воді речовини поділяють на розчинні, малорозчинні й нерозчинні (рис. 21). Такий поділ ґрунтується на тому, яка маса речовини розчиняється в певному розчиннику. Наприклад, якщо у воді масою 100 г розчиняється понад 1 г речовини, то вважають, що це розчинна речовина; якщо ж розчиняється менше ніж 1 г — малорозчинна, а якщо менше 0,01 г — нерозчинна.

Рис. 21. Схема класифікації речовин за розчинністю у воді

Отже, сформулюємо уточнене визначення розчинності.

Розчинність — це маса розчиненої речовини, яка за певних умов (температури, тиску) може розчинитися в розчиннику масою 100 г.

До твердих розчинних у воді речовин належать такі солі, як хлориди й нітрати. З інших розчинними є всі солі Натрію, Калію та амонію, наведені в таблиці розчинності кислот, основ, амфотерних гідроксидів і солей у воді (див. додаток 1, с. 223). Розчинними у воді є луги.

Однак у певній масі води (чи іншого розчинника) може розчинятися не безмежна маса речовини, а певна її порція. Так, експериментально встановлено, що у воді масою 100 г за кімнатної температури (приблизно 20 °С) може розчинитися натрій хлорид масою не більше ніж 36 г. За такої ж температури калій нітрату розчиниться 35 г і приблизно така ж порція калій хлориду.

У воді можуть розчинятися рідини. Деякі з них розчиняються в будь-яких пропорціях (наприклад, сульфатна, нітратна й оцтова кислоти, етанол).

Здатність розчинятися у воді виявляють і газоподібні речовини. Їх розчинність є дуже різною. Вам уже відомо, що такі безоксигенові кислоти, як хлоридна й сульфідна, отримують розчиненням у воді відповідно гідроген хлориду й гідроген сульфіду. Розчинним є амоніак, розчинність якого за температури +20 °С і тиску 101,3 кПа досить висока: 700 об’ємів амоніаку розчиняється в 1 об’ємі води.

До малорозчинних речовин належать гідроксиди Кальцію та Магнію, арґентум(І) сульфат, гази кисень, азот і карбон(ІІ) оксид.

• Наведіть приклади нерозчинних речовин, користуючись таблицею розчинності кислот, основ, амфотерних гідроксидів і солей у воді (див. додаток 1).

Необхідно зазначити, що абсолютно нерозчинних речовин немає. Навіть метали золото та срібло мають здатність у дуже незначних кількостях розчинятися у воді. Катіони Ауруму й Арґентуму, потрапляючи у воду, спричиняють її бактерицидну дію.

Чинники, що впливають на розчинність речовин. Ви вже переконалися, що розчинність речовин є дуже різною. Вона залежить від багатьох чинників, а саме: природи розчиненої речовини й самого розчинника, температури, тиску (для газів), агрегатного стану розчиненої речовини. Вивчаючи розчинність речовин, дослідники виявили певні закономірності.

1. Залежність розчинності речовин від їхньої природи та природи розчинника, тобто від хімічної будови й виду зв’язку

Речовини з ковалентним полярним зв’язком добре розчиняються в речовинах, подібних до себе. Наприклад, розчинення амоніаку у воді. Так само розчиняються йонні сполуки, тобто вони добре розчинні в полярних розчинниках. Зокрема, натрій гідроксид і натрій хлорид розчиняються у воді чи іншому полярному розчиннику. Для неполярних сполук характерно розчинятися в неполярних розчинниках. Прикладом є розчинення рідкого азоту в рідкому кисні. Отже, сформулюємо правило: подібне розчиняється в подібному.

2. Залежність розчинності речовин від температури

Щоб з’ясувати, як температура впливає на розчинність речовин, виконаємо дослід.

Дослід. Покладемо у дві склянки по однаковій грудочці цукру. Наллємо в першу склянку холодну, а в другу — гарячу воду масою по 150 г. Спостерігаємо, що відбувається в склянках. У першій склянці цукор розчиняється повільно, а в другій, із гарячою водою, — значно швидше. Отже, з підвищенням температури розчинність твердих речовин у воді збільшується.

Розчин, у якому за певної температури й тиску розчинена речовина більше не розчиняється, називають насиченим.

Залежність розчинності твердих речовин від температури відображають криві розчинності (рис. 22). Так, із підвищенням температури розчинність деяких солей збільшується (КСlО₃, KNO₃, Pb(NO₃)₂). Однак є солі, розчинність яких збільшується несуттєво (КСl, NaCl) або зменшується (Cr₂(SO₄)₃).

Рис. 22. Криві розчинності

• Сформулюйте самостійно визначення ненасиченого розчину.

Зрозуміло, що в ненасиченому розчині речовини менше, ніж у насиченому, тож у ньому можна розчинити додаткову порцію речовини. Доливши розчинник у насичений розчин, легко отримаємо ненасичений розчин.

За підвищеної температури в певній масі розчинника можна розчинити більшу порцію речовини. Під час повільного охолодження такого розчину утворюється пересичений розчин, який є дуже нестійким: за незначного струшування або додавання кристалика солі надлишок розчиненої речовини у вигляді кристалів осідає на дні.

3. Залежність розчинності від агрегатного стану розчиненої речовини

У воді розчиняються не тільки тверді речовини, а й рідини та гази. Наприклад, чимало рідин (етанол, оцтова кислота, гліцерол) добре розчиняються у воді й змішуються з нею в будь-яких пропорціях.

Тиск на розчинність рідин не впливає.

4. Залежність розчинності газів від температури й тиску

Розчинність газів залежить від температури, тиску та хімічної природи самого газу. Розчинення газів у воді супроводжується виділенням тепла, тому з підвищенням температури їх розчинність зменшується, а зі зниженням — збільшується. Вам уже відомо, що за кімнатної температури у воді добре розчиняються такі гази, як гідроген хлорид, амоніак тощо.

Тиск на розчинність газів впливає істотно: з підвищенням тиску розчинність газів збільшується.

Кількісний склад розчину. Кількісний склад розчину виражають різними способами. Вам уже відомий один із них — це масова частка розчиненої речовини ω (омега). Є й інші способи, але їх в курсі хімії основної школи не вивчають.

• Пригадайте, що називають масовою часткою речовини в розчині та як її обчислюють.

Залежно від вмісту розчиненої речовини розрізняють концентровані й розведені розчини.

Концентрований розчин — це розчин, у якому міститься багато розчиненої речовини, що перевищує вміст розчинника. Для розведеного розчину характерний малий вміст розчиненої речовини, тобто в ньому міститься більше розчинника. Залежно від того, розчинна чи малорозчинна речовина, концентровані розчини розчиненої речовини можуть бути ненасиченими, а розведені розчини малорозчинної речовини — насиченими.

ПІДСУМОВУЄМО ВИВЧЕНЕ

• Розчинність — маса розчиненої речовини, яка за певних умов (температури, тиску) може розчинитися в розчиннику масою 100 г.

• За розчинністю у воді речовини поділяють на розчинні, малорозчинні, нерозчинні. Визначити, якою з них є певна речовина, можна за таблицею розчинності кислот, основ, амфотерних гідроксидів і солей у воді (див. додаток 1).

• Розчинність залежить від таких чинників: природи розчиненої речовини й розчинника, температури, тиску (для газів), агрегатного стану розчиненої речовини.

• Розчинність твердих речовин збільшується з підвищенням температури.

• Тиск на розчинність рідин не впливає.

• Розчинність газів зменшується з підвищенням температури й збільшується з підвищенням тиску.

• Насичений розчин — розчин, у якому за певної температури й тиску розчинена речовина більше не розчиняється. Якщо ж у розчині розчиняється додаткова порція речовини, то такий розчин є ненасиченим.

• За вмістом розчиненої речовини розрізняють концентровані й розведені розчини.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

1. Виокремте з поданого переліку формули розчинних, малорозчинних і нерозчинних речовин: KOH, HgІ₂, Мg₃(РО₄)₂, AgNO₃, Fe(OH)₃, К₂СО₃, АgСl, ВаСО₃, H₂SO₄, CaSO₃, H₂SiO₃, Cu(OH)₂, Na₂SO₄, Ba(OH)₂, користуючись таблицею розчинності кислот, основ, амфотерних гідроксидів і солей у воді (див. додаток 1).

2. Визначте, як збільшується розчинність калій нітрату з підвищенням температури на кожні 10 °С в діапазоні (0-50) °С, користуючись відповідною кривою розчинності (рис. 22, с. 35).

3. Поясніть розчинення речовин залежно від: 1) природи розчинника й розчиненої речовини; 2) температури — для твердих речовин; 3) температури й тиску — для газів; 4) температури й тиску — для рідин.

4. Обчисліть масу розчиненої речовини та масу води, що містяться в розчині масою 250 г із масовою часткою натрій нітрату 20 %.

5. До розчину масою 120 г із масовою часткою калій гідроксиду 0,2 долили розчин масою 80 г із масовою часткою цього ж лугу 10 %. Обчисліть масову частку речовин в утвореному розчині.