Урок химии в 8 классе. «____»_____________ 20___ г.

Растворение. Растворимость веществ в воде.

Цель. Расширить и углубить представление учащихся о растворах и процессах растворения.

Образовательные задачи: определить, что такое раствор, рассмотреть процесс растворения - как физико - химический процесс; расширить представление о строении веществ и химических процессах, происходящих в растворах; рассмотреть основные виды растворов.

Развивающие задачи:Продолжать развитие речевых навыков, наблюдательности и умение делать выводы на основе лабораторной работы.

Воспитательные задачи: воспитывать мировоззрение у обучающихся через изучение процессов растворимости, так как растворимость веществ важная характеристика для приготовления растворов в быту, медицине и других важных отраслях промышленности и жизни человека.

Ход урока.

Что такое раствор? Как приготовить раствор?

Опыт №1. В стакан с водой поместить кристалл перманганата калия. Что наблюдаем? К какому явлению относится процесс растворения?

Опыт №2.Налить в пробирку 5 мл воды. Затем добавить 15 капель концентрированной серной кислоты (H2SO4конц.). Что наблюдаем? (Ответ: пробирка нагрелась, протекает экзотермическая реакция, значит, растворение химический процесс).

Опыт №3. В пробирку с нитратом натрия добавляем 5 мл воды. Что наблюдаем? (Ответ: пробирка стала холоднее, протекает эндотермическая реакция, значит растворение химический процесс).

Процесс растворения рассматривают как физико-химический процесс.

Стр. 211 заполнить таблицу.

Признаки сравнения	Физическая теория	Химическая теория.
Сторонники теории	Вант -Гофф, Аррениус, Оствальд	Менделеев.
Определение растворения	Процесс растворения является результатом диффузии, т.е. проникновения растворенного вещества в промежутки между молекулами воды	Химическое взаимодействие растворенного вещества с молекулами воды
Определение раствора	Однородные смеси, состоящие из двух или более однородных частей.	Однородная система, состоящая из частиц растворенного вещества, растворителя и продуктов их взаимодействия.

Растворимость твердых веществ в воде зависит:

Задание: наблюдение влияния температуры на растворимость веществ.
Порядок выполнения:
В пробирки №1 и №2 с сульфатом никеля прилейте воды (1/3 объема).
Пробирку с №1 нагрейте, соблюдая технику безопасности.
В какой из предложенных пробирок №1 или №2 процесс растворения протекает быстрее?
Сделайте вывод о влиянии температуры на растворимость веществ.

Рис.126 стр. 213

А) растворимость хлорида калия при 30 0С составляет 40 г

при 65 0 С составляет 50 г.

Б) растворимость сульфата калия при 40 0С составляет 10 г

при 800С составляет 20 г.

В) растворимость хлорида бария при 90 0С составляет 60 г

при 0 0 С составляет 30 г.

Задание: наблюдение влияния природы растворенного вещества на процесс растворения.
Порядок выполнения:
В 3 пробирки с веществами: хлорид кальция, гидроксид кальция, карбонат кальция, прилейте по 5 мл воды, закройте пробкой и хорошо встряхните для лучшего растворения вещества.
Какое из предложенных веществ хорошо растворяется в воде? Какое не растворяется?
таким образом, процесс растворения зависит от природы растворенного вещества:

Хорошо растворимые: (по три примера)

Малорастворимые:

Практически нерастворимые:

3) Задание: наблюдение влияния природы растворителя на процесс растворения веществ.
Порядок выполнения:
В 2 пробирки с медным купоросом прилейте в 5 мл спирта (№1) и 5 мл воды (№2),

закройте пробкой и хорошо встряхните для лучшего растворения вещества.
Какой из предложенных растворителей хорошо растворяет медный купорос?
Сделайте вывод о влиянии природы растворителя на процесс растворения и

способности веществ растворяться в разных растворителях.

Виды растворов:

Насыщенный раствор - это раствор, в котором приданной температуре вещество больше не растворяется.

Ненасыщенный - это раствор, в котором при данной температуре вещество может еще растворяться.

Пересыщенный - это раствор, в котором вещество может еще растворяться только при повышении температуры.

Как-то утром я проспал.
В школу быстро собирался:
Чай холодный наливал,
Сахар всыпал, помешал,
Но не сладким он остался.
Я ещё досыпал ложку,
Стал послаще он немножко.
Чай допил я до остатка,
А в остатке стало сладко,
Сахар ждал меня на дне!
Стал прикидывать в уме -
Отчего судьбы немилость?

Виновата - растворимость.

Выделите виды растворов в стихотворении. Что необходимо сделать, чтобы сахар полностью растворился в чае.

Физико - химическая теория растворов.

Растворенное вещество при растворении с водой образует гидраты.

Гидраты-это непрочные соединения веществ с водой, существующие в растворе.

При растворении происходит поглощение или выделение теплоты.

При повышении температуры растворимость веществ увеличивается.

Состав гидратов непостоянен в растворах и постоянен в кристаллогидратах.

Кристаллогидраты - соли, в состав которых входит вода.

Медный купорос CuSO4∙ 5H2O

Сода Na2CO3∙ 10H2O

Гипс CaSO4∙ 2H2O

Растворимость хлорида калия в воде при 60 0С равна 50г. Определите массовую долю соли в растворе, насыщенном при указанной температуре.

Определите растворимость сульфата калия при 80 0С. Определите массовую долю соли в растворе, насыщенном при указанной температуре.

161 г глауберовой соли растворили в 180 л воды. Определите массовую долю соли в полученном растворе.

Домашнее задание. Параграф 35

Сообщения.

Удивительные свойства воды;

Вода - самое ценное соединение;

Использование воды в промышленности;

Искусственное получение пресной воды;

Борьба за чистоту воды.

Презентация «Кристаллогидраты», «Растворы - свойства, применение».

В обычной неассоциированной жидкости, например в такой, как бензин, молекулы свободного скользят одна вокруг другой. В воде же они скорее катятся, чем скользят. Молекулы воды, как известно, соединены между собой водородными связями, поэтому прежде чем произойдет какое-либо смещение, нужно разорвать хотя бы одну из этих связей. Эта особенность и определяет вязкость воды.

Диэлектрической постоянной воды называется ее способность нейтрализовать притяжение, существующее между электрическими зарядами. Растворение твердых веществ в воде - сложный процесс, который обусловливается взаимодействием частиц растворенного вещества и частиц воды.

При изучении строения веществ с помощью рентгеновских лучей было установлено, что большинство твердых тел имеет кристаллическое строение, т. е. частицы вещества расположены в пространстве в определенном порядке. Частицы одних веществ расположены так, будто бы они находятся в углах крошечного куба, частицы других - в углах, центре и в середине сторон тетраэдра, призмы, пирамиды и пр. Каждая из этих форм является мельчайшей ячейкой более крупных кристаллов аналогичной формы. У одних веществ в узлах их кристаллической решетки находятся молекулы (у большинства органических соединений), у других (например, у неорганических солей) - ионы, т. е. частицы, состоящие из одного или нескольких атомов, имеющих положительные или отрицательные заряды. Силами, удерживающими ионы в определенном, ориентированном в пространстве порядке кристаллической решетки, являются силы электростатического притяжения разноименно заряженных ионов, составляющих кристаллическую решетку.

Если, например, растворить в воде хлористый натрий, то положительно заряженные ионы натрия и отрицательно заряженные ионы хлора будут отталкиваться друг от друга.

Это отталкивание происходит потому, что у воды высокая диэлектрическая постоянная, т. е. выше, чем у любой другой жидкости. Она уменьшает силу взаимного притяжения между противоположно заряженными ионами в 100 раз. Причину сильно нейтрализующего действия воды нужно искать в расположении ее молекул. Водородный атом в них не делит поровну свой электрон с тем атомом кислорода, к которому он прикреплен. Этот электрон всегда ближе к кислороду, чем к водороду. Поэтому водородные атомы заряжены положительно, а кислородные - отрицательно.

Когда какое-либо вещество, растворяясь, распадается на ионы, кислородные атомы притягиваются к положительным ионам, а водородные - к отрицательным. Молекулы воды, окружающие положительный ион, направляют к нему свои кислородные атомы, а молекулы, которые окружают отрицательный ион, устремляются к нему своими атомами водорода. Таким образом молекулы воды образуют как бы решетку, которая отделяет ионы друг от друга и нейтрализует их притяжение (рис. 12). Чтобы оторвать друг от друга ионы, находящиеся в кристаллической решетке, и перевести их в раствор, необходимо преодолеть силу притяжения этой решетки. При растворении солей такой силой является притяжение ионов решетки молекулами воды, характеризуемое так называемой энергией гидратации. Если при этом энергия гидратации по сравнению с энергией кристаллической решетки будет достаточно велика, то ионы будут отрываться от последней и перейдут в раствор.

Взаимосвязь между молекулами воды и ионами, оторванными от решетки, в растворе не только не ослабевает, а становится еще теснее.

Как уже отмечалось, в растворе ионы окружаются и разобщаются молекулами воды, которые, ориентируясь на них своими противоположными по заряду частями, образуют так называемую гидратную оболочку (рис. 13). Величина этой оболочки различна у разных ионов и зависит от заряда иона, его размера и, кроме того, от концентрации ионов в растворе.

В продолжение нескольких лет физико-химики изучали воду в основном как растворитель электролитов. В результате получено много сведений об электролитах, но очень мало о самой воде. Как ни странно, но только в последние годы появились работы, посвященные изучению отношения воды к веществам, которые в ней практически не растворяются.

Наблюдалось немало поразительных явлений. Например, однажды труба, по которой шел природный газ при t = 19°С, оказалась забитой, мокрым снегом с водой. Стало ясным, что дело здесь не в температуре, а в других свойствах воды. Возник ряд вопросов: почему вода замерзла при столь высокой температуре, как вода могла соединиться с веществами, которые в ней нерастворимы.

Эта тайна еще не была раскрыта, когда обнаружилось, что даже такие благородные газы, как аргон и ксенон, которые не вступают ни в какие химические реакции, могут связываться с водой, образуя некоторое подобие соединений.

Рис. 13. Разъединение ионов Na + и С1 - полярными молекулами воды, образующими вокруг них гидратную оболочку.

Интересные результаты по растворимости в воде метана были получены в Иллинойсе. Молекулы метана не образуют ионов в воде и не воспринимают водородных связей; притяжение между ними и молекулами воды очень слабое. Однако метан все же, хотя и плохо, растворяется в воде, и его диссоциированные молекулы образуют с ней соединения - гидраты, в которых несколько молекул воды присоединены к одной молекуле метана. При этой реакции высвобождается в 10 раз больше тепла, чем при растворении метана в гексане (метан растворяется в гексане лучше, чем в воде).

Факт растворения метана в воде представляет большой интерес. Ведь по объему молекула метана вдвое больше молекулы воды. Чтобы метан растворился в воде, между ее молекулами должны образоваться довольно большие «дырки». Для этого требуется значительная затрата энергии, большая чем для испарения воды (примерно 10 000 калорий на каждый моль). Откуда же появляется столько энергии? Силы притяжения между молекулами метана и воды слишком слабы, они не могут дать столько энергии. Поэтому существует другая возможность: структура поды изменяется в присутствии метана. Предположим, что молекула растворенного метана окружена оболочкой из 10-20 молекул воды. При образовании таких ассоциаций молекул выделяется теплота. В пространстве, занятом молекулой метана, исчезают силы взаимного притяжения между молекулами воды, а значит, и внутреннее давление. В таких условиях, как мы видели, вода замерзает при температуре выше нуля.

Вот почему молекулы, находящиеся в промежутке между метаном и водой, могут кристаллизоваться, что и произошло в описанном выше случае. Замороженные гидраты могут поглощаться раствором и выделяться из него. Эта теория известна как теория айсбергов. Практически, как показывают исследования, все непроводящие вещества, которые подвергались испытанию, образуют устойчивые кристаллические гидраты. В то же время у электролитов такая тенденция выражена слабо. Все это ведет к совершенно новому пониманию растворимости.

Считалось, что растворение электролитов происходит в результате действия сил притяжения. Теперь же доказано, что растворение неэлектролитов происходит не благодаря силам притяжения между этими веществами и водой, а в результате недостаточного притяжения между ними. Вещества, не распадающиеся на ионы, соединяются с водой, так как они устраняют внутреннее давление и тем самым способствуют появлению кристаллических образований.

Чтобы лучше понять образование таких гидратов, целесообразно рассмотреть их молекулярную структуру.

Доказано, что образующиеся гидраты имеют кубическую структуру (решетку) в отличие от гексагональной структуры льда. Дальнейшие работы исследователей показали что гидрат может иметь две кубические решетки: в одной из них промежутки между молекулами равны 12, в другой - 17 А. В меньшей решетке 46 молекул воды, в большей 136. Дырки молекул газа в меньшей решетке имеют 12-14 граней, а в большей - 12-16, к тому же они разнятся по своим размерам и заполняются молекулами различной величины, причем могут быть заполнены не все дырки. Такая модель с большой степенью точности объясняет действительное строение гидратов.

Роль таких гидратов в жизненных процессах трудно переоценить. Эти процессы происходят в основном в промежутках между молекулами воды и протеина. Вода при этом имеет сильную тенденцию к кристаллизации, так как в протеиновой молекуле содержится много неионных, или неполярных, групп. Всякий такой гидрат образуется при меньшей плотности, чем лед, поэтому его образование может вести к значительному разрушительному расширению.

Итак, вода - это своеобразное и сложное вещество с определенными и разнообразными химическими свойствами. Она имеет стройную и в то же время меняющуюся физическую структуру.

Развитие всей живой и в значительной части неживой природы неразрывно связано с характерными особенностями воды.

Растворы играют очень важную роль в природе, науке и технике. Вода, столь широко распространённая в природе, всегда содержит растворённые вещества. В пресной воде рек и озёр их мало, в то время как в морской воде содержится около 3,5% растворённых солей.

В первичном океане (во время появления жизни на Земле) массовая доля солей, по предположениям, была низка, около 1%.

«Именно в этом растворе впервые развились живые организмы, и из этого раствора они получили ионы и молекулы, необходимые для их роста и жизни... С течением времени живые организмы развивались и изменялись, что позволило им покинуть водную среду и перейти на сушу и затем подняться в воздух. Они приобрели эту способность, сохранив в своих организмах водный раствор в виде жидкостей, содержащих необходимый запас ионов и молекул» - вот так оценивает роль растворов в возникновении и развитии жизни на Земле известный американский химик, лауреат Нобелевской премии Лайнус Полинг. Внутри нас, в каждой нашей клеточке - напоминание о первичном океане, в котором зародилась жизнь, - водном растворе, обеспечивающем саму жизнь.

В каждом живом организме бесконечно течёт по сосудам - артериям, венам и капиллярам - волшебный раствор, составляющий основу крови, массовая доля солей в нём такая же, как в первичном океане, - 0,9%. Сложные физико-химические процессы, происходящие в организмах человека и животных, также протекают в растворах. Усвоение пищи связано с переводом питательных веществ в раствор. Природные водные растворы участвуют в процессах почвообразования и снабжают растения питательными веществами. Многие технологические процессы в химической и других отраслях промышленности, например получение соды, удобрений, кислот, металлов, бумаги, протекают в растворах. Изучение свойств растворов занимает очень важное место в современной науке. Так что же такое раствор?

Отличие раствора от других смесей в том, что частицы составных частей распределяются в нём равномерно, и в любом микрообъёме такой смеси состав одинаков.

Поэтому под растворами понимали однородные смеси, состоящие из двух или более однородных частей. Это представление исходило из физической теории растворов.

Сторонники физической теории растворов, которую развивали Вант-Гофф, Аррениус и Оствальд, считали, что процесс растворения является результатом диффузии, т. е. проникновения растворённого вещества в промежутки между молекулами воды.

В противоположность представлениям физической теории растворов Д. И. Менделеев и сторонники химической теории растворов доказывали, что растворение является результатом химического взаимодействия растворённого вещества с молекулами воды. Поэтому правильнее (точнее) определять раствор как однородную систему, состоящую из частиц растворённого вещества, растворителя и продуктов их взаимодействия.

В результате химического взаимодействия растворённого вещества с водой образуются соединения - гидраты. О химическом взаимодействии говорят такие признаки химических реакций, как тепловые явления при растворении. Например, вспомните, что растворение серной кислоты в воде протекает с выделением такого большого количества теплоты, что раствор может закипеть, а потому льют кислоту в воду (а не наоборот).

Растворение других веществ, например хлорида натрия, нитрата аммония, сопровождается поглощением теплоты.

М. В. Ломоносов установил, что растворы замерзают при более низкой температуре, чем растворитель. В 1764 г. он писал: «Морозы солёного рассолу не могут в лёд превратить удобно, как одолевают пресного».

Гидраты - это непрочные соединения веществ с водой, существующие в растворе. Косвенным доказательством гидратации является существование твёрдых кристаллогидратов - солей, в состав которых входит вода. Её в этом случае называют кристаллизационной. Например, к кристаллогидратам относится хорошо известная соль голубого цвета - медный купорос CuSО 4 5Н 2 О. Безводный сульфат меди (II) - кристаллы белого цвета. Изменение цвета сульфата меди (II) на голубой при растворении его в воде и существование голубых кристаллов медного купороса является ещё одним доказательством гидратной теории Д. И. Менделеева.

В настоящее время принята теория, которая объединяет обе точки зрения, - физико-химическая теория растворов. Её предсказывал ещё в 1906 г. Д. И. Менделеев в своём замечательном учебнике «Основы химии»: «Две указанные стороны растворения и гипотезы, до сих пор приложенные к рассмотрению растворов, хотя имеют отчасти различные исходные точки, но без всякого сомнения, по всей вероятности, приведут к общей теории растворов, потому что одни общие законы управляют как физическими, так и химическими явлениями».

Растворимость веществ в воде зависит от температуры. Как правило, растворимость твёрдых веществ в воде увеличивается с повышением температуры (рис. 126), а растворимость газов - уменьшается, поэтому воду можно почти полностью освободить от растворённых в ней газов кипячением.

Рис. 126.
Растворимость веществ в зависимости от температуры

Если растворять в воде хлорид калия КСl, применяющийся как удобрение, то при комнатной температуре (20 °С) может раствориться только 34,4 г соли в 100 г воды; сколько бы ни перемешивали раствор с остатком нерастворившейся соли, больше соли не растворится - раствор будет насыщен этой солью при данной температуре.

Если же при этой температуре в 100 г воды растворить хлорида калия меньше чем 34,4 г, то раствор будет ненасыщенным.

Из некоторых веществ сравнительно легко получить пересыщенные растворы. К ним относятся, например, кристаллогидраты - глауберова соль (Na 2 SO 4 10Н 2 O) и медный купорос (CuSO 4 5Н 2 O).

Пересыщенные растворы готовят так. Приготавливают насыщенный раствор соли при высокой температуре, например при температуре кипения. Избыток соли отфильтровывают, накрывают колбу с горячим фильтратом ватой и осторожно, избегая сотрясений, медленно охлаждают при комнатной температуре. Приготовленный таким образом раствор, предохраняемый от толчков и попадания пыли, может храниться довольно долго. Но стоит только в такой пересыщенный раствор внести стеклянную палочку, на кончике которой имеется несколько крупинок этой соли, как немедленно начнётся её кристаллизация из раствора (рис. 127).

Рис. 127.
Мгновенная кристаллизация вещества из пересыщенного раствора

Глауберова соль широко используется в качестве сырья на химических заводах. Добывают её зимой в заливе Кара-Богаз-Гол, который сравнительно изолирован от Каспийского моря. Летом из-за высокой скорости испарения воды залив заполняется сильно концентрированным раствором соли. Зимой, в связи с понижением температуры, растворимость её уменьшается и соль кристаллизуется, что и лежит в основе её добычи. Летом кристаллы соли растворяются, и добыча её прекращается.

В самом солёном из морей мира - Мёртвом море - концентрация солей так велика, что на любом помещённом в воду этого моря предмете нарастают причудливые кристаллы (рис. 128).

Рис. 128.
В воде Мёртвого моря из растворённых в ней солей вырастают красивые причудливые кристаллы

При работе с веществами важно знать их растворимость в воде. Вещество считают хорошо растворимым, если при комнатной температуре в 100 г воды растворяется больше 1 г этого вещества. Если при таких условиях растворяется меньше 1 г вещества в 100 г воды, то такое вещество считается малорастворимым. К практически нерастворимым веществам относятся такие, растворимость которых меньше 0,01 г в 100 г воды (табл. 9).

Таблица 9
Растворимость некоторых солей в воде при 20 °С

Совершенно нерастворимых веществ в природе не существует. Например, даже атомы серебра чуть-чуть переходят в раствор из изделий, помещённых в воду. Как известно, раствор серебра в воде убивает микробов.

Ключевые слова и словосочетания

1. Растворы.
2. Физическая и химическая теории растворов.
3. Тепловые явления при растворении.
4. Гидраты и кристаллогидраты; кристаллизационная вода.
5. Насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные растворы.
6. Хорошо растворимые, малорастворимые и практически нерастворимые вещества.

Работа с компьютером

1. Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал урока и выполните предложенные задания.
2. Найдите в Интернете электронные адреса, которые могут служить дополнительными источниками, раскрывающими содержание ключевых слов и словосочетаний параграфа. Предложите учителю свою помощь в подготовке нового урока - сделайте сообщение по ключевым словам и словосочетаниям следующего параграфа.

Вопросы и задания

1. Почему в горячем чае кусочек сахара растворяется быстрее, чем в холодном?
2. Приведите примеры хорошо растворимых, малорастворимых и практически нерастворимых в воде веществ различных классов, пользуясь таблицей растворимости.
3. Почему аквариумы нельзя заполнять быстро охлаждённой прокипячённой водой (она должна постоять несколько дней)?
4. Почему ранки, промытые водой, в которую были помещены серебряные изделия, заживают быстрее?
5. Пользуясь рисунком 126, определите массовую долю хлорида калия, содержащегося в насыщенном растворе при 20 °С.
6. Может ли разбавленный раствор быть одновременно и насыщенным?
7. К 500 г насыщенного при 20 °С раствора сульфата магния (см. рис. 126) прилили достаточный для проведения реакции объём раствора хлорида бария. Найдите массу выпавшего осадка.

Растворимость — это свойство вещества образовывать с различными растворителями гомогенные смеси. Как мы уже упоминали, количество растворяемого вещества, необходимое для получения насыщенного раствора и определяет этого вещества. В связи с этим растворимость имеет ту же меру, что и состав, например, массовая доля растворенного вещества в его насыщенном растворе или количество растворенного вещества в его насыщенном растворе.

Все вещества с точки зрения его растворимости можно классифицировать на:

• Хорошо растворимые – в 100 г воды способно раствориться более 10 г. вещества.
• Малорастворимые — в 100 г воды способно раствориться менее 1 г. вещества.
• Нерастворимые — в 100 г воды способно раствориться менее 0,01 г. вещества.

Известно, что если полярность растворяемого вещества схожа с полярностью растворителя, то оно скорее всего растворится. Если же полярности разные, то с большой долей вероятности раствора не получится. Почему же так происходит?

Полярный растворитель – полярное растворяемое вещество.

Для примера опишем раствор поваренной соли в воде. Как мы уже знаем, молекулы воды имеют полярную природу с частичным положительным зарядом на каждом атоме водорода и частичным отрицательным – на атоме кислорода. А твердые ионные вещества, вроде хлорида натрия, содержат катионы и анионы. Поэтому, когда поваренную соль помещают в воду, частичный положительный заряд на атомах водорода молекул воды притягивается отрицательно заряженным ионом хлора в NaCl. Аналогично, частичный отрицательный заряд на атомах кислорода молекул воды притягивается положительно заряженным ионом натрия в NaCl. И, поскольку притяжение молекул воды для ионов натрия и хлора сильнее взаимодействия, удерживающего их вместе, соль растворяется.

Неполярный растворитель – неполярное растворяемое вещество.

Попробуем растворить кусочек тетрабромида углерода в тетрахлориде углерода. В твердом состоянии молекулы тетрабромида углерода удерживаются вместе благодаря очень слабому дисперсионному взаимодействию. При помещению его в тетрахлорид углерода его молекулы будут располагаться более хаотично, т.е. увеличивается энтропия системы и соединение растворится.

Равновесия при растворении

Рассмотрим раствор малорастворимого соединения. Для того, чтобы между твердым веществом и его раствором установилось равновесие, раствор должен быть насыщенным и соприкасаться с нерастворившейся частью твердого вещества.

Например, пусть равновесие установилось в насыщенном растворе хлорида серебра:

AgCl(тв)=Ag + (водн.) + Cl — (водн.)

Рассматриваемое соединение является ионным и в растворенном виде присутствует в виде ионов. Нам уже известно, что в гетерогенных реакциях концентрация твердого вещества остается постоянной, что позволяет включить ее в константу равновесия. Поэтому выражение для будет выглядеть следующим образом:

K = [ Cl — ]

Такая константа называется произведением растворимости ПР , при условии, что концентрации выражаются в моль/л.

ПР = [ Cl — ]

Произведение растворимости равно произведению молярных концентраций ионов, участвующих в равновесии, в степенях, равных соответствующим стехиометрическим коэффициентам в уравнении равновесия.
Следует отличать понятие растворимости и произведения растворимости. Растворимость вещества может меняться при добавлении в раствор еще какого-либо вещества, а произведение растворимости не зависит от присутствия в растворе дополнительных веществ. Хотя эти две величины взаимосвязаны, что позволяет зная одну величину, вычислить другую.

Зависимость растворимости от температуры и давления

Вода играет важную роль в нашей жизни, она способна растворять большое количество веществ, что имеет большое значение для нас. Поэтому основное внимание уделим именно водным растворам.

Растворимость газов повышается при росте давления газа над растворителем, а растворимость твердых и жидких веществ зависит от давления несущественно.

Уильям Генри впервые пришел к выводу, что количество газа, которое растворяется при постоянной температуре в заданном объеме жидкости, прямо пропорциональна его давлению . Данное утверждение известно как закон Генри и выражается оно следующим соотношением:

С = k·P ,

где С – растворимость газа в жидкой фазе

Р – давление газа над раствором

k – постоянная Генри

На следующем рисунке приведены кривые зависимости растворимости некоторых газов в воде от температуры при постоянном давлении газа над раствором (1 атм)

Как видно, растворимость газов уменьшается с ростом температуры, в отличие от большинства ионных соединений, растворимость которых растет с увеличением температуры.

Влияние температуры на растворимость зависит от изменения энтальпии, которое происходит при процессе растворения. При протекании эндотермического процесса происходит увеличение растворимости с ростом температуры. Это следует из уже известного нам : если изменить одно из условий, при котором система находится в состоянии равновесия – концентрацию, давление или температуру, - то равновесие сместится в направлении той реакции, которая противодействует этому изменению.

Представим, что мы имеем дело с раствором, находящимся в равновесии с частично растворившимся веществом. И этот процесс является эндотермическим, т.е. идет с поглощением теплоты из вне, тогда:

Вещество + растворитель + теплота = раствор

Согласно принципу Ле – Шателье, при эндотермическом процессе, равновесие смещается в направлении, способствующее уменьшению поступления теплоты, т.е. вправо. Таким образом, растворимость увеличивается. Если же процесс экзотермический , то повышение температуры приводит к уменьшению растворимости.

зависимость растворимости ионных соединеий от Температуры

Известно, что существуют растворы жидкостей в жидкостях . Некоторые из них могут растворяться друг в друге в неограниченных количествах, как вода и этиловый спирт, а другие — растворяются лишь частично. Так, если попробовать растворить четыреххлористый углерод в воде, то при этом образуются два слоя: верхний — насыщенный раствор воды в четыреххлористом углероде и нижний - насыщенный раствор четыреххлористого углерода в воде. При повышении температуры, в основном, взаимная растворимость таких жидкостей увеличивается. Это происходит до тех пор, пока не будет достигнута критическая температура, при которой обе жидкости смешиваются в любых пропорциях. От давления растворимость жидкостей практически не зависит.

При вводе в смесь, состоящую из двух несмешивающихся между собой жидкостей, вещества, которое может растворяться в любой из этих двух жидкостей, то его распределение между этими жидкостями будет пропорционально растворимости в каждой из них. Т.е. согласно закону распределения вещество, способное растворяться в двух несмешивающихся растворителях, распределяется между ними так, что отношение его концентраций в этих растворителях при постоянной температуре остается постоянным, независимо от общего количества растворенного вещества:

С 1 /С 2 = К,

где С 1 и С 2 – концентрации вещества в двух жидкостях

К – коэффициент распределения.

Категории ,

Способность данного вещества растворяться в данном растворителе называется растворимостью.

С количественной стороны растворимость твердого вещества характеризует коэффициент растворимости или просто растворимость - это максимальное количество вещества, которое способно раствориться в 100 г или 1000 г воды при данных условиях с образованием насыщенного раствора.

Так как большинство твердых веществ при растворении в воде поглощают энергию, то в соответствии с принципом Ле-Шателье, растворимость многих твердых веществ увеличивается с повышением температуры.

Растворимость газов в жидкости характеризует коэффициент абсорбции - максимальный объем газа, который может раствориться при н.у. в одном объеме растворителя. При растворении газов выделяется тепло, поэтому с повышением температуры растворимость их понижается (например, растворимость NH 3 при 0°С равна 1100 дм 3 /1 дм 3 воды, а при 25°С - 700 дм 3 /1 дм 3 воды). Зависимость растворимости газов от давления подчиняется закону Генри: масса растворенного газа при неизменной температуре прямо пропорциональна давлению.

Выражение количественного состава растворов

Наряду с температурой и давлением основным параметром состояния раствора является концентрация в нем растворенного вещества.

Концентрацией раствора называется содержание растворенного вещества в определенной массе или в определенном объеме раствора или растворителя. Концентрацию раствора можно выражать по-разному. В химической практике наиболее употребительны следующие способы выражения концентраций:

а) массовая доля растворенного вещества показывает число граммов (единиц массы) растворенного вещества, содержащееся в 100 г (единиц массы) раствора (ω, %)

б) мольно-объемная концентрация, или молярность , показывает число молей (количество) растворенного вещества, содержащихся в 1 дм 3 раствора (с или М, моль/дм 3)

в) эквивалентная концентрация, или нормальность , показывает число эквивалентов растворенного вещества, содержащихся в 1 дм 3 раствора (с э или н, моль/дм 3)

г) мольно-массовая концентрация, или моляльность , показывает число молей растворенного вещества, содержащихся в 1000 г растворителя (с m , моль / 1000 г)

д) титром раствора называется число граммов растворенного вещества в 1 см 3 раствора (Т, г/см 3)

T = m р.в. /V.

Кроме того состав раствора выражается через безразмерные относительные величины -доли. Объемная доля - отношение объема растворенного вещества к объему раствора; массовая доля - отношение массы растворенного вещества к объему раствора; мольная доля отношение количества растворенного вещества (число молей) к суммарному количеству всех компонентов раствора. Наиболее употребительной величиной является мольная доля (N) – отношение количества растворенного вещества (ν 1) к суммарному количеству всех компонентов раствора, то есть ν 1 + ν 2 (где ν 2 –количество растворителя)

N р.в. = ν 1 /(ν 1 + ν 2) = m р.в. /М р.в. /(m р.в. /М р.в + m р-ля. /М р-ля).

Разбавленные растворы неэлектролитов и их свойства

При образовании растворов характер взаимодействия компонентов определяется их химической природой, что затрудняет выявление общих закономерностей. Поэтому удобно прибегнуть к некоторой идеализированной модели раствора, так называемому идеальному раствору. Раствор, образование которого не связано с изменением объема и тепловым эффектом, называют идеальным раствором. Однако, большинство растворов не обладает в полной мере свойствами идеальности и общие закономерности могут быть описаны на примерах так называемых разбавленных растворов, то есть растворов, в которых содержание растворенного вещества очень мало по сравнению с содержанием растворителя и взаимодействием молекул растворенного вещества с растворителем можно пренебречь. Растворы обладают коллигативными свойствами - это свойства растворов, зависящие от числа частиц растворенного вещества. К коллигативным свойствам растворов относят:

осмотическое давление;

давление насыщенного пара. Закон Рауля;

повышение температуры кипения;

понижениетемпературы замерзания.

Осмос. Осмотическое давление.

Пусть имеется сосуд, разделенный полупроницаемой перегородкой (пунктир на рисунке) на две части, заполненные до одинакового уровня О-О. В левой части помещается растворитель, в правой - раствор

растворитель раствор

К понятию явления осмоса

Вследствие различия концентраций растворителя по обе стороны перегородки растворитель самопроизвольно (в соответствии с принципом Ле-Шателье) проникает через полупроницаемую перегородку в раствор, разбавляя его. Движущей силой преимущественной диффузии растворителя в раствор является разность свободных энергий чистого растворителя и растворителя в растворе. При разбавлении раствора за счет самопроизвольной диффузии растворителя объем раствора увеличивается и уровень перемещается из положения О в положение II. Односторонняя диффузия определенного сорта частиц в растворе через полупроницаемую перегородку называется осмосом.

Количественно охарактеризовать осмотические свойства раствора (по отношению к чистому растворителю) можно, введя понятие об осмотическом давлении . Последнее представляет собой меру стремления растворителя к переходу сквозь полупроницаемую перегородку в данный раствор. Оно равно тому дополнительному давлению, которое необходимо приложить к раствору, чтобы осмос прекратился (действие давления сводится к увеличению выхода молекул растворителя из раствора).

Растворы, характеризующиеся одинаковым осмотическим давлением, называются изотоническими. В биологии растворы с осмотическим давлением, большим, чем у внутриклеточного содержимого, называются гипертоническими , с меньшим – гипотоническими . Один и тот же раствор для одного типа клеток гипертонический, для другого – изотонический, для третьего – гипотонический.

Свойствами полупроницаемости обладает большинство тканей организмов. Поэтому осмотические явления имеют громадное значение для жизнедеятельности животных и растительных организмов. Процессы усвоения пищи, обмена веществ и т.д. тесно связаны с различной проницаемостью тканей для воды и тех или иных растворенных веществ. Явления осмоса объясняют некоторые вопросы, связанные с отношением организма к среде. Например, ими обусловлено то, что пресноводные рыбы не могут жить в морской воде, а морские в речной.

Вант-Гофф показал, что осмотическое давление в растворе неэлектролита пропорционально молярной концентрации растворенного вещества

Р осм = с R Т,

где Р осм - осмотическое давление, кПа; с - молярная концентрация, моль/дм 3 ; R - газовая постоянная, равная 8,314 Дж/моль∙К; Т - температура, К.

Это выражение по форме аналогично уравнению Менделеева-Клапейрона для идеальных газов, однако эти уравнения описывают разные процессы. Осмотическое давление возникает в растворе при проникновении в него дополнительного количества растворителя через полупроницаемую перегородку. Это давление - сила, препятствующая дальнейшему выравниванию концентраций.

Вант-Гофф сформулировал закон осмотического давления : осмотическое давление равно тому давлению, которое производило бы растворенное вещество, если бы оно в виде идеального газа занимало тот же объем, который занимает раствор, при той же температуре.

Давление насыщенного пара. Закон Рауля.

Рассмотрим разбавленный раствор нелетучего (твердого) вещества А в летучем жидком растворителе В. При этом общее давление насыщенного пара над раствором определяется парциальным давлением пара растворителя, поскольку давлением пара растворенного вещества можно пренебречь.

Рауль показал, что давление насыщенного пара растворителя над раствором Р меньше, чем над чистым растворителем Р°. Разность Р° - Р = Р называется абсолютным понижением давления пара над раствором. Эта величина, отнесенная к давлению пара чистого растворителя, то есть (Р°-Р)/Р° =Р/Р°,называется относительным понижением давления пара.

Согласно закону Рауля, относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором равно молярной доле растворенного нелетучего вещества

(Р°-Р)/Р° = N = ν 1 /(ν 1 + ν 2) = m р.в. /М р.в. /(m р.в. /М р.в + m р-ля. /М р-ля) = X A

где X A - мольная доля растворенного вещества. А так как ν 1 = m р.в. /М р.в, то используя этот закон можно определить мольную массу растворенного вещества.

Следствие закона Рауля. Понижение давления пара над раствором нелетучего вещества, например в воде, можно пояснить с привлечением принципа смещения равновесия Ле-Шателье. Действительно, при увеличении концентрации нелетучего компонента в растворе равновесие в системе вода - насыщенный пар сдвигается в сторону конденсации части пара (реакция системы на уменьшение концентрации воды при растворении вещества), что и вызывает уменьшение давления пара.

Понижение давления пара над раствором по сравнению с чистым растворителем вызывает повышение температуры кипения и понижение температуры замерзания растворов по сравнению с чистым растворителем (t). Эти величины пропорциональны моляльной концентрации растворенного вещества - неэлектролита, то есть:

t = К∙с т = К∙т∙1000/М∙а,

где с m - моляльная концентрация раствора; а - масса растворителя. Коэффициент пропорциональности К , в случае повышения температуры кипения, называется эбуллиоскопической константой для данного растворителя (Е ), а для понижения температуры замерзания - криоскопической константой (К ). Эти константы, численно различные для одного и того же растворителя, характеризуют повышение температуры кипения и понижение температуры замерзания одномоляльного раствора, т.е. при растворении 1 моль нелетучего неэлектролита в 1000 г растворителя. Поэтому их часто называют моляльным повышением температуры кипения и моляльным понижением температуры замерзания раствора.

Крископическая и эбуллиоскопическая постоянные не зависят от концентрации и природы растворенного вещества, а зависят лишь от природы растворителя и характеризуются размерностью кг∙град/моль.