Hodina chémie v 8. ročníku. "____" _____________ 20___

Rozpustenie. Rozpustnosť látok vo vode.

Cieľ. Rozšíriť a prehĺbiť u študentov chápanie riešení a procesov rozpúšťania.

Edukačné úlohy: určiť, čo je to roztok, považovať proces rozpúšťania - za fyzikálno-chemický proces; rozšíriť chápanie štruktúry látok a chemických procesov vyskytujúcich sa v roztokoch; zvážiť hlavné typy riešení.

Vývinové úlohy: Pokračovať v rozvoji rečových schopností, pozorovania a schopnosti vyvodzovať závery na základe laboratórnych prác.

Vzdelávacie úlohy: vzdelávať študentov svetonázor prostredníctvom štúdia procesov rozpustnosti, keďže rozpustnosť látok je dôležitou charakteristikou pre prípravu roztokov v každodennom živote, medicíne a iných dôležitých odvetviach a ľudskom živote.

Počas vyučovania.

čo je riešenie? Ako pripraviť roztok?

Skúsenosť číslo 1. Vložte kryštál manganistanu draselného do pohára vody. čo vidíme? Aký je proces rozpúšťania?

Pokus č. 2. Do skúmavky nalejte 5 ml vody. Potom pridajte 15 kvapiek koncentrovanej kyseliny sírovej (konc. H2SO4). čo vidíme? (Odpoveď: skúmavka sa zahriala, prebieha exotermická reakcia, čo znamená, že rozpúšťanie je chemický proces).

Skúsenosť číslo 3. Pridajte 5 ml vody do skúmavky s dusičnanom sodným. čo vidíme? (Odpoveď: skúmavka sa ochladila, prebieha endotermická reakcia, čo znamená, že rozpúšťanie je chemický proces).

Proces rozpúšťania sa považuje za fyzikálno-chemický proces.

Stránka 211 doplňte tabuľku.

Známky porovnávania	Fyzikálna teória	Chemická teória.
Zástancovia teórie	Van't Hoff, Arrhenius, Ostwald	Mendelejev.
Definícia rozpustenia	Proces rozpúšťania je výsledkom difúzie, t.j. prienik rozpustenej látky do priestorov medzi molekulami vody	Chemická interakcia rozpustenej látky s molekulami vody
Definícia riešenia	Homogénne zmesi pozostávajúce z dvoch alebo viacerých homogénnych častí.	Homogénny systém pozostávajúci z častíc rozpustenej látky, rozpúšťadla a produktov ich interakcie.

Rozpustnosť pevných látok vo vode závisí od:

Úloha: pozorovanie vplyvu teploty na rozpustnosť látok.
Poradie vykonania:
Nalejte vodu do skúmaviek č. 1 a č. 2 so síranom nikelnatým (1/3 objemu).
Zahrejte skúmavku s č. 1, dodržujte bezpečnostné opatrenia.
V ktorej z navrhnutých skúmaviek č. 1 alebo č. 2 prebieha proces rozpúšťania rýchlejšie?
Popíšte vplyv teploty na rozpustnosť látok.

Obr. 126 strana 213

A) rozpustnosť chloridu draselného pri 30 0C je 40 g

pri 65 0 S je 50 g.

B) rozpustnosť síran draselný pri 40 °C je 10 g

pri 800C je 20 r.

C) rozpustnosť chloridu bárnatého pri 90 °C je 60 g

pri 0 0 S je 30 g.

Úloha: pozorovanie vplyvu charakteru rozpustenej látky na proces rozpúšťania.
Poradie vykonania:
Do 3 skúmaviek s látkami: chlorid vápenatý, hydroxid vápenatý, uhličitan vápenatý pridajte po 5 ml vody, uzatvorte zátkou a dobre pretrepte, aby sa látka lepšie rozpustila.
Ktorá z nasledujúcich látok sa dobre rozpúšťa vo vode? Ktorý sa nerozpúšťa?
proces rozpúšťania teda závisí od povahy rozpustenej látky:

Vysoko rozpustný: (každý tri príklady)

Mierne rozpustné:

Prakticky nerozpustné:

3) Úloha: pozorovanie vplyvu charakteru rozpúšťadla na proces rozpúšťania látok.
Poradie vykonania:
Nalejte do 2 skúmaviek so síranom meďnatým v 5 ml alkoholu (č. 1) a 5 ml vody (č. 2),

zazátkujte a dobre pretrepte, aby sa látka lepšie rozpustila.
Ktoré z navrhovaných rozpúšťadiel dobre rozpúšťa síran meďnatý?
Urobte záver o vplyve povahy rozpúšťadla na proces rozpúšťania a

schopnosť látok rozpúšťať sa v rôznych rozpúšťadlách.

Typy riešení:

Nasýtený roztok je roztok, v ktorom sa pri danej teplote už látka nerozpúšťa.

Nenasýtený je roztok, v ktorom sa látka môže ešte pri danej teplote rozpustiť.

Presýtený je roztok, v ktorom sa látka ešte môže rozpustiť len pri zvýšení teploty.

Jedno ráno som zaspal.
Rýchlo som išiel do školy:
Zaliaty studeným čajom
Cukor naliaty, zabránený,
Ale nebol sladký.
Pridal som ďalšiu lyžicu
Stal sa trochu sladším.
Dopil som čaj až do konca
A zvyšok bol sladký
Na dne ma čakal cukor!
V duchu som začal premýšľať -
Prečo osud hanobí?

Na vine je rozpustnosť.

Zvýraznite typy riešení v básni. Čo je potrebné urobiť, aby sa cukor v čaji úplne rozpustil.

Fyzikálno-chemická teória roztokov.

Rozpustená látka po rozpustení s vodou vytvára hydráty.

Hydráty sú krehké zlúčeniny látok s vodou, ktoré existujú v roztoku.

Pri rozpustení sa teplo absorbuje alebo uvoľňuje.

So stúpajúcou teplotou sa zvyšuje rozpustnosť látok.

Zloženie hydrátov nie je konštantné v roztokoch a je konštantné v kryštalických hydrátoch.

Kryštalické hydráty sú soli obsahujúce vodu.

Síran meďnatý CuSO4∙ 5H2O

Soda Na2CO3∙ 10H2O

Sadra CaSO4∙2H2O

Rozpustnosť chloridu draselného vo vode pri 60 °C je 50 g. Určte hmotnostný zlomok soli v roztoku nasýtenom pri určenej teplote.

Stanovte rozpustnosť síranu draselného pri 80 °C. Určte hmotnostný zlomok soli v roztoku nasýtenom pri určenej teplote.

161 g Glauberovej soli sa rozpustilo v 180 litroch vody. Určte hmotnostný zlomok soli vo výslednom roztoku.

Domáca úloha. § 35

Správy.

Úžasné vlastnosti vody;

Voda je najcennejšia zlúčenina;

Použitie vody v priemysle;

Umelé získavanie sladkej vody;

Boj o čistú vodu.

Prezentácia "Kryštál hydratuje", "Riešenia - vlastnosti, aplikácia".

V bežnej neasociovanej kvapaline, ako je napríklad benzín, voľné molekuly kĺžu jedna po druhej. Vo vode sa skôr váľajú ako šmýkajú. Molekuly vody, ako viete, sú prepojené vodíkovými väzbami, takže predtým, ako dôjde k akémukoľvek posunutiu, musí byť aspoň jedna z týchto väzieb prerušená. Táto vlastnosť určuje viskozitu vody.

Dielektrická konštanta vody je jej schopnosť neutralizovať príťažlivosť, ktorá existuje medzi elektrickými nábojmi. Rozpúšťanie pevných látok vo vode je zložitý proces, ktorý je určený interakciou častíc rozpustenej látky a častíc vody.

Pri štúdiu štruktúry látok pomocou röntgenového žiarenia sa zistilo, že väčšina pevných látok má kryštalickú štruktúru, to znamená, že častice látky sú usporiadané v priestore v určitom poradí. Častice niektorých látok sú umiestnené tak, ako keby boli v rohoch malej kocky, častice iných - v rohoch, strede a strede strán štvorstenu, hranola, pyramídy atď. Každá z týchto foriem je najmenšia bunka väčších kryštálov podobného tvaru. Niektoré látky majú molekuly v uzloch svojej kryštálovej mriežky (pre väčšinu organických zlúčenín), zatiaľ čo iné (napríklad anorganické soli) majú ióny, to znamená častice pozostávajúce z jedného alebo viacerých atómov s kladným alebo záporným nábojom. Sily, ktoré držia ióny v určitom, priestorovo orientovanom poradí kryštálovej mriežky, sú sily elektrostatickej príťažlivosti opačne nabitých iónov, ktoré tvoria kryštálovú mriežku.

Ak je napríklad chlorid sodný rozpustený vo vode, kladne nabité ióny sodíka a záporne nabité chloridové ióny sa budú navzájom odpudzovať.

K tomuto odpudzovaniu dochádza, pretože voda má vysokú dielektrickú konštantu, t.j. vyššiu ako ktorákoľvek iná kvapalina. Znižuje silu vzájomnej príťažlivosti medzi opačne nabitými iónmi 100-krát. Príčinu silne neutralizujúceho účinku vody treba hľadať v usporiadaní jej molekúl. Atóm vodíka v nich nezdieľa svoj elektrón rovnako ako atóm kyslíka, ku ktorému je pripojený. Tento elektrón je vždy bližšie ku kyslíku ako k vodíku. Preto sú atómy vodíka nabité kladne, zatiaľ čo atómy kyslíka sú nabité záporne.

Keď sa látka, ktorá sa rozpúšťa, rozpadne na ióny, atómy kyslíka sú priťahované kladnými iónmi a atómy vodíka zápornými. Molekuly vody obklopujúce kladný ión posielajú svoje atómy kyslíka smerom k nemu a molekuly, ktoré obklopujú záporný ión, posielajú svoje atómy vodíka smerom k nemu. Molekuly vody tak vytvárajú akoby mriežku, ktorá oddeľuje ióny od seba a neutralizuje ich príťažlivosť (obr. 12). Aby sa ióny v kryštálovej mriežke od seba oddelili a preniesli do roztoku, je potrebné prekonať príťažlivú silu tejto mriežky. Pri rozpúšťaní solí je takou silou priťahovanie mriežkových iónov molekulami vody, charakterizované takzvanou hydratačnou energiou. Ak je v tomto prípade energia hydratácie dostatočne veľká v porovnaní s energiou kryštálovej mriežky, ióny sa od nej oddelia a prejdú do roztoku.

Vzťah medzi molekulami vody a iónmi oddelenými od mriežky v roztoku nielenže neoslabuje, ale ešte viac sa zbližuje.

Ako už bolo uvedené, v roztoku sú ióny obklopené a oddelené molekulami vody, ktoré, keď sa na ne zamerajú svojimi protiľahlými časťami, vytvárajú takzvaný hydratačný obal (obr. 13). Veľkosť tohto obalu je pre rôzne ióny rôzna a závisí od náboja iónu, jeho veľkosti a navyše od koncentrácie iónov v roztoku.

Fyzikální chemici niekoľko rokov skúmali vodu hlavne ako rozpúšťadlo elektrolytov. V dôsledku toho sa získalo veľa informácií o elektrolytoch, ale veľmi málo o vode samotnej. Napodiv, ale až v posledných rokoch sa objavili práce venované štúdiu vzťahu vody k látkam, ktoré sú v nej prakticky nerozpustné.

Bolo pozorovaných veľa úžasných vecí. Raz sa napríklad ukázalo, že potrubie, ktorým prúdil zemný plyn pri t = 19 °C, bolo upchaté mokrým snehom a vodou. Ukázalo sa, že tu nejde o teplotu, ale o iné vlastnosti vody. Vzniklo množstvo otázok: prečo voda zamrzla pri takej vysokej teplote, ako sa mohla voda spájať s látkami, ktoré sú v nej nerozpustné.

Táto záhada ešte nebola vyriešená, keď sa zistilo, že aj také vzácne plyny ako argón a xenón, ktoré nevstupujú do žiadnych chemických reakcií, sa môžu viazať s vodou a vytvárať zdanie zlúčenín.

Ryža. 13. Separácia iónov Na + a C1 - polárnymi molekulami vody tvoriacimi okolo nich hydratačný obal.

Zaujímavé výsledky týkajúce sa rozpustnosti metánu vo vode boli získané v Illinois. Molekuly metánu netvoria vo vode ióny a neprijímajú vodíkové väzby; príťažlivosť medzi nimi a molekulami vody je veľmi slabá. Metán je však stále, aj keď slabo, rozpustný vo vode a jeho disociované molekuly s ním vytvárajú zlúčeniny – hydráty, v ktorých je na jednu molekulu metánu naviazaných niekoľko molekúl vody. Pri tejto reakcii sa uvoľňuje 10-krát viac tepla ako pri rozpustení metánu v hexáne (metán sa v hexáne rozpúšťa lepšie ako vo vode).

Skutočnosť, že sa metán rozpúšťa vo vode, je veľmi zaujímavá. Molekula metánu je dvakrát väčšia ako molekula vody. Aby sa metán rozpustil vo vode, musia medzi jeho molekulami vzniknúť pomerne veľké „diery“. To si vyžaduje značné výdavky na energiu, viac ako na odparovanie vody (asi 10 000 kalórií na mól). Odkiaľ pochádza toľko energie? Príťažlivé sily medzi molekulami metánu a vody sú príliš slabé, nedokážu poskytnúť toľko energie. Preto je tu ešte jedna možnosť: štruktúra ohniska sa mení v prítomnosti metánu. Predpokladajme, že molekula rozpusteného metánu je obklopená plášťom 10-20 molekúl vody. Počas vytvárania takýchto asociácií molekúl sa uvoľňuje teplo. V priestore, ktorý zaberá molekula metánu, miznú sily vzájomnej príťažlivosti medzi molekulami vody, a tým aj vnútorný tlak. Za takýchto podmienok, ako sme videli, voda zamŕza pri teplotách nad nulou.

To je dôvod, prečo môžu molekuly medzi metánom a vodou kryštalizovať, čo sa stalo vo vyššie opísanom prípade. Zmrazené hydráty môžu byť absorbované a uvoľnené z roztoku. Táto teória je známa ako teória ľadovca. V praxi štúdie ukazujú, že všetky nevodivé látky, ktoré boli testované, tvoria stabilné kryštalické hydráty. Zároveň je tento trend slabo vyjadrený v elektrolytoch. To všetko vedie k úplne novému chápaniu rozpustnosti.

Verilo sa, že k rozpúšťaniu elektrolytov dochádza v dôsledku pôsobenia príťažlivých síl. Teraz sa dokázalo, že k rozpúšťaniu neelektrolytov nedochádza v dôsledku príťažlivých síl medzi týmito látkami a vodou, ale v dôsledku nedostatočnej príťažlivosti medzi nimi. Látky, ktoré sa nerozkladajú na ióny, sa spájajú s vodou, pretože eliminujú vnútorný tlak a tým prispievajú k vzniku kryštalických útvarov.

Na lepšie pochopenie tvorby takýchto hydrátov je užitočné zvážiť ich molekulárnu štruktúru.

Je dokázané, že výsledné hydráty majú kubickú štruktúru (mriežku) na rozdiel od hexagonálnej štruktúry ľadu. Ďalšia práca výskumníkov ukázala, že hydrát môže mať dve kubické mriežky: v jednej z nich sú medzery medzi molekulami 12, v druhej 17 A. V menšej mriežke je 46 molekúl vody, vo väčšej 136. otvory molekúl plynu v menšej mriežke majú 12-14 plôch a vo väčšej - 12-16, navyše sa líšia veľkosťou a sú vyplnené molekulami rôznych veľkostí a nie všetky otvory je možné vyplniť. Takýto model vysvetľuje skutočnú štruktúru hydrátov s vysokou mierou presnosti.

Úlohu takýchto hydrátov v životných procesoch nemožno preceňovať. Tieto procesy prebiehajú hlavne v priestoroch medzi molekulami vody a bielkovín. V tomto prípade má voda silnú tendenciu kryštalizovať, pretože molekula proteínu obsahuje veľa neiónových alebo nepolárnych skupín. Každý takýto hydrát sa tvorí s nižšou hustotou ako ľad, takže jeho tvorba môže viesť k značnej deštruktívnej expanzii.

Voda je teda zvláštna a komplexná látka s určitými a rôznorodými chemickými vlastnosťami. Má štíhlu a zároveň meniacu sa fyzickú štruktúru.

Vývoj všetkej živej a prevažne neživej prírody je nerozlučne spätý s charakteristickými vlastnosťami vody.

Riešenia zohrávajú veľmi dôležitú úlohu v prírode, vede a technike. Voda, tak rozšírená v prírode, vždy obsahuje rozpustené látky. V sladkej vode riek a jazier je ich málo, kým morská voda obsahuje asi 3,5 % rozpustených solí.

V prvotnom oceáne (v čase vzniku života na Zemi) mal byť hmotnostný podiel solí nízky, asi 1%.

„Práve v tomto roztoku sa prvýkrát vyvinuli živé organizmy a z tohto roztoku dostali ióny a molekuly potrebné pre svoj rast a život... Časom sa živé organizmy vyvíjali a menili, čo im umožnilo opustiť vodné prostredie a pohybovať sa pristáť a potom sa vzniesť do vzduchu. Túto schopnosť získali tak, že vo svojich organizmoch zachovali vodný roztok vo forme kvapalín obsahujúcich potrebnú zásobu iónov a molekúl, “takto hodnotí úlohu roztokov pri vzniku a vývoji slávny americký chemik, nositeľ Nobelovej ceny Linus Pauling. života na Zemi. V našom vnútri, v každej našej bunke, je spomienka na primárny oceán, v ktorom vznikol život, vodný roztok, ktorý poskytuje život samotný.

V každom živom organizme nekonečne prúdi cievami - tepnami, žilami a kapilárami - magický roztok, ktorý tvorí základ krvi, hmotnostný podiel solí v ňom je rovnaký ako v primárnom oceáne - 0,9%. V roztokoch sa vyskytujú aj zložité fyzikálno-chemické procesy prebiehajúce v organizmoch človeka a zvierat. Asimilácia potravy je spojená s prenosom živín do roztoku. Prírodné vodné roztoky sa podieľajú na procesoch tvorby pôdy a zásobujú rastliny živinami. Mnohé technologické procesy v chemickom a inom priemysle, ako je výroba sódy, hnojív, kyselín, kovov, papiera, prebiehajú v roztokoch. Štúdium vlastností roztokov zaujíma v modernej vede veľmi dôležité miesto. Aké je teda riešenie?

Rozdiel medzi roztokom a inými zmesami je v tom, že častice jednotlivých zložiek sú v ňom rozložené rovnomerne a zloženie je rovnaké v akomkoľvek mikroobjeme takejto zmesi.

Preto boli roztoky chápané ako homogénne zmesi pozostávajúce z dvoch alebo viacerých homogénnych častí. Táto myšlienka bola založená na fyzikálnej teórii riešení.

Priaznivci fyzikálnej teórie roztokov, ktorú vyvinuli van't Hoff, Arrhenius a Ostwald, verili, že proces rozpúšťania je výsledkom difúzie, t. j. prieniku rozpustenej látky do medzier medzi molekulami vody.

Na rozdiel od myšlienok fyzikálnej teórie roztokov D. I. Mendelejev a zástancovia chemickej teórie roztokov tvrdili, že rozpúšťanie je výsledkom chemickej interakcie rozpustenej látky s molekulami vody. Preto je správnejšie (presnejšie) definovať roztok ako homogénny systém pozostávajúci z častíc rozpustenej látky, rozpúšťadla a produktov ich interakcie.

V dôsledku chemickej interakcie rozpustenej látky s vodou vznikajú zlúčeniny - hydráty. Chemická interakcia je indikovaná takými znakmi chemických reakcií, ako sú tepelné javy počas rozpúšťania. Pamätajte napríklad, že rozpúšťanie kyseliny sírovej vo vode prebieha s uvoľňovaním takého veľkého množstva tepla, že roztok môže vrieť, a preto sa kyselina naleje do vody (a nie naopak).

Rozpúšťanie iných látok, ako je chlorid sodný, dusičnan amónny, je sprevádzané absorpciou tepla.

M. V. Lomonosov zistil, že roztoky mrznú pri nižšej teplote ako rozpúšťadlo. V roku 1764 napísal: „Mrazy slanej soľanky sa nemôžu pohodlne zmeniť na ľad, pretože prekonajú čerstvé.“

Hydráty sú krehké zlúčeniny látok s vodou, ktoré existujú v roztoku. Nepriamym dôkazom hydratácie je existencia pevných kryštalických hydrátov – solí, medzi ktoré patrí voda. V tomto prípade sa to nazýva kryštalizácia. Ku kryštalickým hydrátom patrí napríklad známa modrá soľ síran meďnatý CuSO 4 5H 2 O. Bezvodý síran meďnatý sú biele kryštály. Zmena farby síranu meďnatého (II) na modrú pri jeho rozpustení vo vode a existencia modrých kryštálov síranu meďnatého je ďalším dôkazom hydrátovej teórie D. I. Mendelejeva.

V súčasnosti bola prijatá teória, ktorá spája oba pohľady – fyzikálno-chemická teória roztokov. Predpovedal to už v roku 1906 D. I. Mendelejev vo svojej úžasnej učebnici „Základy chémie“: s najväčšou pravdepodobnosťou povedie k všeobecnej teórii riešení, pretože rovnaké všeobecné zákony riadia fyzikálne aj chemické javy.

Rozpustnosť látok vo vode závisí od teploty. S narastajúcou teplotou sa spravidla zvyšuje rozpustnosť tuhých látok vo vode (obr. 126), rozpustnosť plynov klesá, takže voda sa varom môže takmer úplne zbaviť v nej rozpustených plynov.

Ryža. 126.
Rozpustnosť látok v závislosti od teploty

Ak sa chlorid draselný KCl, ktorý sa používa ako hnojivo, rozpustí vo vode, potom pri izbovej teplote (20 °C) možno v 100 g vody rozpustiť iba 34,4 g soli; bez ohľadu na to, ako veľmi sa roztok zmieša so zvyškom nerozpustenej soli, už sa soľ nerozpustí - roztok sa pri danej teplote nasýti touto soľou.

Ak sa pri tejto teplote rozpustí v 100 g vody menej ako 34,4 g chloridu draselného, ​​potom bude roztok nenasýtený.

Z niektorých látok je pomerne ľahké získať presýtené roztoky. Patria sem napríklad kryštalické hydráty - Glauberova soľ (Na 2 SO 4 10H 2 O) a síran meďnatý (CuSO 4 5H 2 O).

Presýtené roztoky sa pripravia nasledovne. Pripravte nasýtený roztok soli pri vysokej teplote, napríklad pri bode varu. Prebytočná soľ sa odfiltruje, banka s horúcim filtrátom sa prikryje vatou a opatrne, bez pretrepávania, sa pomaly ochladí na teplotu miestnosti. Takto pripravený roztok chránený pred nárazmi a prachom je možné skladovať pomerne dlho. Ale akonáhle sa do takéhoto presýteného roztoku zavedie sklenená tyčinka, na ktorej špičke je niekoľko zŕn tejto soli, okamžite sa začne jej kryštalizácia z roztoku (obr. 127).

Ryža. 127.
Okamžitá kryštalizácia látky z presýteného roztoku

Glauberova soľ je široko používaná ako surovina v chemických závodoch. V zime sa ťaží v zálive Kara-Bogaz-Gol, ktorý je pomerne izolovaný od Kaspického mora. V lete je kvôli vysokej rýchlosti vyparovania vody záliv naplnený vysoko koncentrovaným soľným roztokom. V zime vplyvom poklesu teploty klesá jeho rozpustnosť a soľ kryštalizuje, čo je základom jeho extrakcie. V lete sa kryštály soli rozpustia a jeho extrakcia sa zastaví.

V najslanejšom mori sveta – v Mŕtvom mori – je koncentrácia solí taká vysoká, že na akomkoľvek predmete umiestnenom vo vode tohto mora vyrastajú bizarné kryštály (obr. 128).

Ryža. 128.
Vo vode Mŕtveho mora rastú nádherné bizarné kryštály zo solí rozpustených v nej.

Pri práci s látkami je dôležité poznať ich rozpustnosť vo vode. Látka sa považuje za vysoko rozpustnú, ak sa v 100 g vody pri izbovej teplote rozpustí viac ako 1 g tejto látky. Ak sa za takýchto podmienok rozpustí menej ako 1 g látky v 100 g vody, potom sa takáto látka považuje za slabo rozpustnú. Medzi prakticky nerozpustné látky patria tie, ktorých rozpustnosť je nižšia ako 0,01 g v 100 g vody (tabuľka 9).

Tabuľka 9
Rozpustnosť niektorých solí vo vode pri 20 °C

Úplne nerozpustné látky v prírode neexistujú. Napríklad aj atómy striebra mierne prechádzajú do roztoku z produktov umiestnených vo vode. Ako viete, roztok striebra vo vode zabíja mikróby.

Kľúčové slová a frázy

1. Riešenia.
2. Fyzikálna a chemická teória roztokov.
3. Tepelné javy pri rozpúšťaní.
4. Hydráty a kryštalické hydráty; kryštalizačná voda.
5. Nasýtené, nenasýtené a presýtené roztoky.
6. Vysoko rozpustné, málo rozpustné a prakticky nerozpustné látky.

Práca s počítačom

1. Pozrite si elektronickú prihlášku. Preštudujte si látku lekcie a dokončite navrhované úlohy.
2. Vyhľadajte na internete e-mailové adresy, ktoré môžu slúžiť ako dodatočné zdroje, ktoré odhalia obsah kľúčových slov a fráz v odseku. Ponúknite učiteľovi svoju pomoc pri príprave novej hodiny – urobte správu o kľúčových slovách a frázach v nasledujúcom odseku.

Otázky a úlohy

1. Prečo sa kúsok cukru rozpustí v horúcom čaji rýchlejšie ako v studenom?
2. Uveďte príklady vysoko rozpustných, slabo rozpustných a prakticky nerozpustných látok vo vode rôznych tried pomocou tabuľky rozpustnosti.
3. Prečo sa akvária nedajú naplniť rýchlo vychladnutou prevarenou vodou (musí stáť niekoľko dní)?
4. Prečo sa rany umyté vodou, do ktorej boli vložené strieborné predmety, hoja rýchlejšie?
5. Pomocou obrázku 126 určite hmotnostný zlomok chloridu draselného obsiahnutého v nasýtenom roztoku pri 20 °C.
6. Môže byť súčasne nasýtený aj zriedený roztok?
7. K 500 g roztoku síranu horečnatého nasýteného pri 20 °C (pozri obr. 126) sa pridal objem roztoku chloridu bárnatého dostatočný na reakciu. Nájdite hmotnosť zrazeniny.

Rozpustnosť je vlastnosť látky vytvárať homogénne zmesi s rôznymi rozpúšťadlami. Ako sme už uviedli, množstvo rozpustenej látky potrebné na získanie nasýteného roztoku určuje túto látku. V tomto ohľade má rozpustnosť rovnakú mieru ako zloženie, napríklad hmotnostný zlomok rozpustenej látky v jej nasýtenom roztoku alebo množstvo rozpustenej látky v jej nasýtenom roztoku.

Všetky látky z hľadiska ich rozpustnosti možno klasifikovať do:

• Vysoko rozpustné - v 100 g vody sa môže rozpustiť viac ako 10 g látky.
• Málo rozpustný – v 100 g vody sa môže rozpustiť menej ako 1 g látky.
• Nerozpustné – v 100 g vody sa môže rozpustiť menej ako 0,01 g látky.

Je známe, že ak polarita rozpustená látka je podobná polarite rozpúšťadla, je pravdepodobnejšie, že sa rozpustí. Ak sú polarity odlišné, potom s vysokou pravdepodobnosťou riešenie nebude fungovať. Prečo sa to deje?

polárne rozpúšťadlo je polárna rozpustená látka.

Vezmime si ako príklad roztok kuchynskej soli vo vode. Ako už vieme, molekuly vody sú polárneho charakteru s čiastočným kladným nábojom na každom atóme vodíka a čiastočným záporným nábojom na atóme kyslíka. A iónové pevné látky, ako chlorid sodný, obsahujú katióny a anióny. Takže keď sa kuchynská soľ vloží do vody, čiastočný kladný náboj na atómoch vodíka molekúl vody sa pritiahne k záporne nabitému chloridovému iónu v NaCl. Podobne je čiastočný záporný náboj na atómoch kyslíka molekúl vody priťahovaný kladne nabitým iónom sodíka v NaCl. A keďže príťažlivosť molekúl vody pre ióny sodíka a chlóru je silnejšia ako interakcia, ktorá ich drží pohromade, soľ sa rozpúšťa.

Nepolárne rozpúšťadlo je nepolárna rozpustená látka.

Skúsme rozpustiť kúsok bromidu uhličitého v tetrachlórmetáne. V pevnom stave sú molekuly bromidu uhličitého držané pohromade veľmi slabou disperznou interakciou. Pri umiestnení do tetrachlórmetánu budú jeho molekuly usporiadané náhodnejšie, t.j. entropia systému sa zvyšuje a zlúčenina sa rozpúšťa.

Rovnováha pri rozpúšťaní

Zvážte roztok zle rozpustnej zlúčeniny. Aby sa vytvorila rovnováha medzi tuhou látkou a jej roztokom, musí byť roztok nasýtený a v kontakte s nerozpustenou časťou tuhej látky.

Nech sa rovnováha ustanoví napríklad v nasýtenom roztoku chloridu strieborného:

AgCl (tv) \u003d Ag + (aq.) + Cl - (aq.)

Príslušná zlúčenina je iónová a je prítomná v rozpustenej forme ako ióny. Už vieme, že pri heterogénnych reakciách zostáva koncentrácia tuhej látky konštantná, čo nám umožňuje zahrnúť ju do rovnovážnej konštanty. Takže výraz pre bude vyzerať takto:

K = [ Cl - ]

Takáto konštanta je tzv produkt rozpustnosti PR za predpokladu, že koncentrácie sú vyjadrené v mol/l.

PR \u003d [ Cl - ]

Produkt rozpustnosti sa rovná súčinu molárnych koncentrácií iónov zúčastňujúcich sa na rovnováhe v mocninách zodpovedajúcich zodpovedajúcim stechiometrickým koeficientom v rovnovážnej rovnici.
Je potrebné rozlišovať medzi pojmom rozpustnosť a súčinom rozpustnosti. Rozpustnosť látky sa môže zmeniť, keď sa do roztoku pridá iná látka a produkt rozpustnosti nezávisí od prítomnosti ďalších látok v roztoku. Aj keď sú tieto dve hodnoty vzájomne prepojené, čo umožňuje poznať jednu hodnotu na výpočet druhej.

Rozpustnosť ako funkcia teploty a tlaku

Voda hrá v našom živote dôležitú úlohu, je schopná rozpúšťať veľké množstvo látok, čo má pre nás veľký význam. Preto sa zameriame na vodné roztoky.

Rozpustnosť plynov sa zvyšuje s stúpajúci tlak plyn nad rozpúšťadlom a rozpustnosť pevných a kvapalných látok závisí od tlaku nevýznamne.

William Henry najprv dospel k záveru, že množstvo plynu, ktoré sa rozpúšťa pri konštantnej teplote v danom objeme kvapaliny, je priamo úmerné jej tlaku. Toto vyhlásenie je známe ako Henryho zákon a vyjadruje sa takto:

C \u003d k P,

kde C je rozpustnosť plynu v kvapalnej fáze

P - tlak plynu nad roztokom

k je Henryho konštanta

Nasledujúci obrázok ukazuje krivky rozpustnosti niektorých plynov vo vode teplota pri konštantnom tlaku plynu nad roztokom (1 atm)

Ako vidno, rozpustnosť plynov so zvyšujúcou sa teplotou klesá, na rozdiel od väčšiny iónových zlúčenín, ktorých rozpustnosť so stúpajúcou teplotou stúpa.

Vplyv teploty na rozpustnosť závisí od zmeny entalpie, ku ktorej dochádza počas procesu rozpúšťania. Keď dôjde k endotermickému procesu, rozpustnosť sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou. Vyplýva to z toho, čo už vieme : ak zmeníte jednu z podmienok, za ktorých je systém v rovnováhe – koncentráciu, tlak alebo teplotu – potom sa rovnováha posunie v smere reakcie, ktorá pôsobí proti tejto zmene.

Predstavte si, že máme do činenia s roztokom v rovnováhe s čiastočne rozpustenou látkou. A tento proces je endotermický, t.j. ide o absorpciu tepla zvonku, potom:

Látka + rozpúšťadlo + teplo = roztok

Podľa princíp Le Chatelier, pri endotermický procesu sa rovnováha posúva v smere, ktorý znižuje príkon tepla, t.j. doprava. Tým sa zvyšuje rozpustnosť. Ak proces exotermický, potom zvýšenie teploty vedie k zníženiu rozpustnosti.

závislosť rozpustnosti iónových zlúčenín od teploty

Je známe, že existujú roztoky kvapalín v kvapalinách. Niektoré z nich sa môžu navzájom rozpúšťať v neobmedzenom množstve, ako je voda a etylalkohol, zatiaľ čo iné sa môžu rozpustiť len čiastočne. Ak sa teda pokúsite rozpustiť tetrachlórmetán vo vode, vytvoria sa dve vrstvy: horná vrstva je nasýtený roztok vody v tetrachlórmetáne a spodná vrstva je nasýtený roztok tetrachlórmetánu vo vode. So stúpajúcou teplotou sa vo všeobecnosti vzájomná rozpustnosť takýchto kvapalín zvyšuje. To sa deje, kým sa nedosiahne kritická teplota, pri ktorej sa obe kvapaliny zmiešajú v ľubovoľných pomeroch. Rozpustnosť kvapalín je prakticky nezávislá od tlaku.

Keď sa látka, ktorá sa môže rozpustiť v ktorejkoľvek z týchto dvoch kvapalín, zavedie do zmesi pozostávajúcej z dvoch nemiešateľných kvapalín, jej distribúcia medzi týmito kvapalinami bude úmerná rozpustnosti v každej z nich. Tie. podľa distribučný zákon látka, ktorá sa môže rozpustiť v dvoch nemiešateľných rozpúšťadlách, je medzi nimi rozdelená tak, že pomer jej koncentrácií v týchto rozpúšťadlách pri konštantnej teplote zostáva konštantný bez ohľadu na celkové množstvo rozpustenej látky:

C 1 / C 2 \u003d K,

kde C 1 a C 2 sú koncentrácie látky v dvoch kvapalinách

K je distribučný koeficient.

Kategórie ,

Schopnosť danej látky rozpúšťať sa v danom rozpúšťadle je tzv rozpustnosť.

Po kvantitatívnej stránke rozpustnosť tuhej látky charakterizuje koeficient rozpustnosti alebo jednoducho rozpustnosť - ide o maximálne množstvo látky, ktoré sa môže za daných podmienok rozpustiť v 100 g alebo 1000 g vody za vzniku nasýteného roztoku.

Keďže väčšina pevných látok po rozpustení vo vode absorbuje energiu, podľa Le Chatelierovho princípu sa rozpustnosť mnohých pevných látok zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou.

Rozpustnosť plynov v kvapaline charakterizuje absorpčný koeficient- maximálny objem plynu, ktorý sa môže rozpustiť pri n.o. v jednom objeme rozpúšťadla. Pri rozpúšťaní plynov sa uvoľňuje teplo, preto so zvyšujúcou sa teplotou ich rozpustnosť klesá (napríklad rozpustnosť NH 3 pri 0 °C je 1100 dm 3 / 1 dm 3 vody a pri 25 °C - 700 dm 3/1 dm 3 vody). Závislosť rozpustnosti plynov od tlaku sa riadi Henryho zákonom: hmotnosť rozpusteného plynu pri konštantnej teplote je priamo úmerná tlaku.

Vyjadrenie kvantitatívneho zloženia roztokov

Spolu s teplotou a tlakom je hlavným parametrom stavu roztoku koncentrácia rozpustenej látky v ňom.

koncentrácia roztoku nazývaný obsah rozpustenej látky v určitej hmotnosti alebo v určitom objeme roztoku alebo rozpúšťadla. Koncentráciu roztoku možno vyjadriť rôznymi spôsobmi. V chemickej praxi sa najčastejšie používajú tieto metódy vyjadrenia koncentrácií:

a) hmotnostný zlomok rozpustenej látky ukazuje počet gramov (jednotiek hmotnosti) rozpustenej látky obsiahnutej v 100 g (jednotiek hmotnosti) roztoku (ω, %)

b) molárna objemová koncentrácia alebo molarita , ukazuje počet mólov (množstvo) rozpustenej látky obsiahnutej v 1 dm 3 roztoku (s alebo M, mol / dm 3)

v) ekvivalentná koncentrácia alebo normálnosť , ukazuje počet ekvivalentov rozpustenej látky obsiahnutých v 1 dm 3 roztoku (s e alebo n, mol / dm 3)

G) koncentrácia molárnej hmotnosti alebo molalita , ukazuje počet mólov rozpustenej látky obsiahnutej v 1000 g rozpúšťadla (s m , mol / 1000 g)

e) titra roztok je počet gramov rozpustenej látky v 1 cm 3 roztoku (T, g / cm 3)

T = m r.v. /V.

Okrem toho je zloženie roztoku vyjadrené v bezrozmerných relatívnych hodnotách - zlomkoch. Objemový zlomok - pomer objemu rozpustenej látky k objemu roztoku; hmotnostný zlomok - pomer hmotnosti rozpustenej látky k objemu roztoku; molárny zlomok je pomer množstva rozpustenej látky (počet mólov) k celkovému množstvu všetkých zložiek roztoku. Najčastejšie používanou hodnotou je molárny zlomok (N) - pomer množstva rozpustenej látky (ν 1) k celkovému množstvu všetkých zložiek roztoku, teda ν 1 + ν 2 (kde ν 2 je množstvo rozpúšťadla)

N r.v. \u003d ν 1 / (ν 1 + ν 2) \u003d m r.v. /M r.v. / (m r.v. / M r.v + m r-la. / M r-la).

Zriedené roztoky neelektrolytov a ich vlastnosti

Pri tvorbe roztokov je povaha interakcie zložiek určená ich chemickou povahou, čo sťažuje identifikáciu všeobecných vzorcov. Preto je vhodné uchýliť sa k nejakému idealizovanému modelu riešenia, takzvanému ideálnemu riešeniu. Roztok, ktorého tvorba nie je spojená so zmenou objemu a tepelným účinkom, sa nazýva ideálne riešenie. Väčšina roztokov však nemá úplne vlastnosti ideality a všeobecné vzorce možno opísať pomocou príkladov takzvaných zriedených roztokov, teda roztokov, v ktorých je obsah rozpustenej látky veľmi malý v porovnaní s obsahom rozpúšťadla a interakciu molekúl rozpustenej látky s rozpúšťadlom možno zanedbať. Riešenia majú oligatívne vlastnosti sú vlastnosti roztokov, ktoré závisia od počtu častíc rozpustenej látky. Koligatívne vlastnosti roztokov zahŕňajú:

osmotický tlak;

tlak nasýtenej pary. Raoultov zákon;

zvýšenie teploty varu;

pokles teploty mrazu.

Osmóza. osmotický tlak.

Nech je nádoba rozdelená polopriepustnou prepážkou (na obrázku bodkovaná čiara) na dve časti vyplnené do rovnakej úrovne O-O. Rozpúšťadlo sa umiestni na ľavú stranu, roztok sa umiestni na pravú stranu.

roztok rozpúšťadla

K pojmu fenomén osmózy

V dôsledku rozdielu v koncentráciách rozpúšťadla na oboch stranách prepážky rozpúšťadlo samovoľne (v súlade s Le Chatelierovým princípom) preniká cez semipermeabilnú prepážku do roztoku a riedi ho. Hnacou silou preferenčnej difúzie rozpúšťadla do roztoku je rozdiel medzi voľnými energiami čistého rozpúšťadla a rozpúšťadla v roztoku. Pri zriedení roztoku v dôsledku spontánnej difúzie rozpúšťadla sa objem roztoku zväčší a hladina sa posunie z polohy O do polohy II. Jednostranná difúzia určitého druhu častíc v roztoku cez polopriepustnú prepážku sa nazýva osmóza.

Je možné kvantitatívne charakterizovať osmotické vlastnosti roztoku (vzhľadom na čisté rozpúšťadlo) zavedením konceptu osmotický tlak. Ten je mierou tendencie rozpúšťadla prechádzať cez polopriepustnú prepážku do daného roztoku. Rovná sa dodatočnému tlaku, ktorý sa musí aplikovať na roztok, aby sa osmóza zastavila (účinok tlaku sa zníži na zvýšenie uvoľňovania molekúl rozpúšťadla z roztoku).

Roztoky s rovnakým osmotickým tlakom sa nazývajú izotonický. V biológii sa nazývajú roztoky s osmotickým tlakom väčším ako vnútrobunkový obsah hypertenzná, s menej hypotonický. Rovnaký roztok je hypertonický pre jeden typ buniek, izotonický pre iný a hypotonický pre tretí.

Väčšina tkanív organizmov má vlastnosti semipermeability. Preto majú osmotické javy veľký význam pre životne dôležitú činnosť živočíšnych a rastlinných organizmov. Procesy trávenia, metabolizmu atď. úzko súvisia s rozdielnou priepustnosťou tkanív pre vodu a určité rozpustené látky. Fenomény osmózy vysvetľujú niektoré problémy súvisiace so vzťahom organizmu k životnému prostrediu. Sú napríklad spôsobené tým, že sladkovodné ryby nemôžu žiť v morskej vode a morské ryby v riečnej vode.

Van't Hoff ukázal, že osmotický tlak v neelektrolytovom roztoku je úmerný molárnej koncentrácii rozpustenej látky

R osm = sRT,

kde R osm - osmotický tlak, kPa; c - molárna koncentrácia, mol / dm 3; R je plynová konštanta rovná 8,314 J/mol∙K; T - teplota, K.

Tento výraz je podobný vo forme Mendelejevovej-Clapeyronovej rovnici pre ideálne plyny, ale tieto rovnice opisujú rôzne procesy. Osmotický tlak vzniká v roztoku, keď do neho prenikne ďalšie množstvo rozpúšťadla cez polopriepustnú prepážku. Tento tlak je silou, ktorá bráni ďalšiemu vyrovnávaniu koncentrácií.

formuloval van't Hoff zákon osmotického tlaku: osmotický tlak sa rovná tlaku, ktorý by vytvorila rozpustená látka, ak by vo forme ideálneho plynu zaberala rovnaký objem, aký zaberá roztok pri rovnakej teplote.

Tlak nasýtenej pary. Raulov zákon.

Uvažujme zriedený roztok neprchavej (tuhej) látky A v prchavom kvapalnom rozpúšťadle B. V tomto prípade je celkový tlak nasýtených pár nad roztokom určený parciálnym tlakom pár rozpúšťadla, pretože tlak pár rozpustenú látku možno zanedbať.

Raoult ukázal, že tlak nasýtených pár rozpúšťadla nad roztokom P je menší ako tlak nad čistým rozpúšťadlom P°. Rozdiel Р° - Р = Р sa nazýva absolútny pokles tlaku pár nad roztokom. Táto hodnota, ktorá sa vzťahuje na tlak pár čistého rozpúšťadla, to znamená (P ° -P) / P ° \u003d  P / P °, sa nazýva relatívny pokles tlaku pár.

Podľa Raoultovho zákona sa relatívny pokles tlaku nasýtených pár rozpúšťadla nad roztokom rovná molárnemu zlomku rozpustenej neprchavej látky.

(P ° -P) / P ° \u003d N \u003d ν 1 / (ν 1 + ν 2) \u003d m r.v. /M r.v. / (m r.v. / M r.v. + m r-la. / M r-la) \u003d X A

kde X A je molárny zlomok rozpustenej látky. A keďže ν 1 = m r.v. /M r.v, potom pomocou tohto zákona môžete určiť molárnu hmotnosť rozpustenej látky.

Dôsledok Raoultovho zákona. Pokles tlaku pár nad roztokom neprchavej látky, napríklad vo vode, možno vysvetliť pomocou Le Chatelierovho princípu posunu rovnováhy. So zvyšujúcou sa koncentráciou neprchavej zložky v roztoku sa totiž rovnováha v systéme pary nasýtenej vodou posúva smerom ku kondenzácii časti pary (reakcia systému na zníženie koncentrácie vody keď je látka rozpustená), čo spôsobuje zníženie tlaku pár.

Pokles tlaku pár nad roztokom v porovnaní s čistým rozpúšťadlom spôsobuje zvýšenie teploty varu a zníženie teploty tuhnutia roztokov v porovnaní s čistým rozpúšťadlom (t). Tieto hodnoty sú úmerné molárnej koncentrácii rozpustenej látky - neelektrolytu, to znamená:

t= K∙s t = K∙t∙1000/M∙a,

kde c m je molárna koncentrácia roztoku; a je hmotnosť rozpúšťadla. Faktor proporcionality Komu , v prípade zvýšenia bodu varu, je tzv ebulioskopická konštanta pre dané rozpúšťadlo (E ), a na zníženie bodu mrazu - kryoskopická konštanta(Komu ). Tieto konštanty, ktoré sú číselne odlišné pre to isté rozpúšťadlo, charakterizujú zvýšenie teploty varu a zníženie teploty tuhnutia 1-molárneho roztoku, t.j. pri rozpustení 1 mol neprchavého neelektrolytu v 1000 g rozpúšťadla. Preto sa často označujú ako molárne zvýšenie teploty varu a molárne zníženie teploty tuhnutia roztoku.

Kriskopické a ebulioskopické konštanty nezávisia od koncentrácie a povahy rozpustenej látky, ale závisia iba od povahy rozpúšťadla a sú charakterizované rozmerom kg∙deg/mol.