Підготовка до ЗНО з хімії

Розчинність визначається трьома факторами: природою розчинника, природою розчиненої речовини (агрегатний стан) і зовнішніми умовами (температура, а для газів і тиск).

Вплив природи розчинника і розчиненої речовини виражається правилом “подібне розчиняється в подібному”. Полярні та іонні сполуки добре розчиняються в полярних розчинниках (вода, спирти, ДМФА), а неполярні (прості речовини, вуглеводні) – у неполярних (вуглеводні, тетрахлорметан). Так, галогеноводні (полярні молекули) добре розчинні у воді (полярний розчинник), але погано розчинні у бензені (неполярний розчинник). З іншого боку, у воді не розчиняються галогенпохідні вуглеводнів (тетрахлорметан, дихлоретан), які добре розчинні у бензені.

Вплив температури. Зі зростанням температури, розчинність більшості речовин зростає, а при зниженні – зменшується. Часто тверді речовини розчиняють при нагріванні, а потім при охолодженні розчину частина їх викристалізовується. Такий метод використовують для очистки речовин і називають кристалізацією.

Якщо гарячий насичений розчин обережно охолоджувати, то розчинена речовина може не кристалізуватись. Утворюється пересичений розчин. Пересичені розчини нестійкі і навіть при незначному струшуванні починається спонтанна кристалізація. Теж саме спостерігається при внесенні кристалика речовини (“затравки”) у її пересичений розчин, або терті скляною паличкою до стінок посудини, що веде до утворення центрів кристалізації. Легко утворюють пересичені розчини кристалогідрати натрій тіосульфату Na₂S₂O₃∙5H₂O, натрій тетраборату (бура) Na₂B₄O₇∙10H₂O, натрій сульфату Na₂SO₄∙10H₂O.

Існують речовини, розчинність яких зі зростанням температури зменшується. Це, зокрема, кальцій гідроксид Са(ОН)₂, кальцій сульфат CaSO₄. Залежність розчинності речовин від температури зображається кривими розчинності (рис. 11.2).

За кривими розчинності можна знайти коефіцієнт розчинності і масу кристалів, що утворюються при охолодженні розчину в певному інтервалі температур.

Рис.11.2. Залежність розчинності деяких солей від температури.

Як і для твердих тіл, розчинність рідин у рідинах зі зростанням температури зростає. Температура, вище або нижче якої речовини необмежено розчинні одна в одній, називається критичною. Так, для системи вода – фенол критичною є температура 66,4 ⁰С, нижче якої вони обмежено розчинні один в одному, а вище – необмежено.

Розчинність газів у рідинах зі зростанням температури зменшується. Гази, що не утворюють сполук з розчинником, погано розчиняються у ньому (табл. 11.1). Як видно з табл. 11.1, гази, що не утворюють сполук з водою (азот N₂, кисень O₂) дуже мало у ній розчинні. Якщо ж процес розчинення супроводжується утворенням хімічної сполуки (H₂CO₃, HCl + HClO, NH₃∙H₂O), то розчинність помітно зростає.

Таблиця 11.1

Розчинність деяких газів у воді при різних температурах

Газ		Температура, 0С
		0	20	40	60
не взаємодіють з водою	N2	0,024	0,016	0,012	0,01
	O2	0,049	0,031	0,023	0,019
взаємодіють з водою	CO2	1,713	0,878	0,530	0,360
	Cl2	4,60	2,30	1,48	1,24
	HCl	525	440	390	340
	NH3	1176	702	405	214

 

Вплив тиску спостерігається лише на розчинність газів і непомітний при розчиненні рідин чи твердих речовин. Зі зростанням тиску розчинність газів збільшується. Кількісно це описується законом Генрі: при сталій температурі розчинність газу Х в рідині прямо пропорційна його парціальному тиску:

С_Х = К_Хр_Х

де С_Х – концентрація газу в насиченому розчині, моль/л;

К_Х – стала Генрі для газу Х, моль∙л^–1∙Па^–1;

р_Х – парціальний тиск газу Х на розчином, Па.

Закон Генрі справедливий лише для газів, що не взаємодіють з розчинником.

Взаємний вплив розчинених речовин. Якщо у деякому розчиннику вже розчинені певні речовини, то інші речовини в ньому розчиняються гірше. Найсильніше на це впливають електроліти, що пояснюється сольватацією іонів, яка в свою чергу веде до зменшення концентрації вільних молекул розчинника. Та частина молекул розчинника, яка зв’язана з іонами електроліту, не є розчинником для інших речовин.

Кількісно розчинність твердих речовин характеризується коефіцієнтом розчинності k_s – відношення маси речовини m_B  у насиченому при даній температурі розчині до маси розчинника m_S:

Розчинність S – максимальна маса речовини m_B, г, яка може розчинитись у 100 г розчинника за даних умов:

За здатністю до розчинення розрізняють легкорозчинні (більше 10 г речовини на 100 г води), малорозчинні (0,01 – 1 г), важкорозчинні (до 0,01 г) (табл. 11.2). Абсолютно нерозчинних речовин не існує.

Таблиця 11.2

Розчинність речовин

	Розчинність при 20 0С	Кількісні параметри	Приклад
Речовини	добре розчинні	> 10 г речовини в 100 г Н2О	35,8 г натрій хлориду NaCl в 1 л Н2О
	малорозчинні	від 10–3 г до 10 г речовини в 100 г Н2О	0,17 г кальцій гідроксиду Са(ОН)2 в 1 л Н2О
	практично нерозчинні	< 10–3 г речовини в 100 г Н2О	2,3∙10–4 г барій сульфату BaSO4 в 1 л Н2О