25. Механізм процесу розчинення твердих речовин у воді. Залежність розчинності твердих речовин і газів від температури.

РОЗЧИННІСТЬ РЕЧОВИНИ

 

Під час утворення механічної суміші взаємодії між речовинами — компонентами суміші відсутні, тому речовини фізично можуть змішуватися у будь-яких кількісних співвідношеннях.

Утворення хімічної сполуки в результаті хімічної реакції відповідно до закону сталості складу вимагає певних співвідношень речовин, що вступають у реакцію.

Розчинення є фізико-хімічним процесом взаємодії речовин, що мають і фізичні, і хімічні ознаки, тому при утворенні розчинів речовини можуть взаємодіяти у змінних, але обмежених відношеннях. Ці обмеження визначаються властивостями компонентів розчину.

Розчин, що перебуває у рівновазі з речовиною, яка розчиняється, називається насиченим. Рівновага має місце, коли в контакті з розчином знаходиться розчинена речовина, наприклад, у вигляді осаду. Концентрація речовини в насиченому розчині є властивістю речовини, що називається її розчинністю.

Розчинність залежить, звичайно, не тільки від природи речовини, що розчиняється, але і від розчинника, адже будь-яка взаємодія — це взаємне відношення один до одного учасників процесу.

Існують речовини з необмеженою взаємною розчинністю. Так, змішуються у будь-яких співвідношеннях із водою сульфатна й оцтова кислоти, етиловий спирт. Для цих речовин, мабуть, говорити про розчинність немає потреби, тому що вони не утворюють насичених розчинів.

Розчинність газів в рідинах залежить від тиску і температури. Крім того, необхідно враховувати хімічну природу газу і можливість утворення хімічних сполук при взаємодії газу з розчинником. За однакових умов (температурі і тиску) розчинності у воді азоту і аміаку неоднакові. Насправді, аміак енергійно взаємодіє з водою, утворюючи амоній гідроксид: NH₃ + H₂O = NH₄OH, тоді як молекулярний азот не утворює з водою ніяких сполук. От чому при кімнатній температурі в одному об'ємі води розчиняється всього 0,02 об'єми азоту і приблизно 700 об'ємів аміаку. Залежність розчинності газу від тиску виражається законом Генрі-Дальтона: розчинність газу при постійній температурі в рідині прямо пропорційна його парціальному тиску. m = kp, де m – маса газу, який розчиняється в 1 л розчинника; р – тиск газу (або парціальний тиск у разі суміші газів); k – коефіцієнт, який характеризує природу компонентів розчину. Розчинність газів при постійному тиску зменшується із зростанням температури. Кип'ятінням розчину можна практично повністю позбавитися розчинених в рідині газів. Розчинність різних твердих речовин в одному і тому ж розчиннику може змінюватися в широких межах. При підвищенні температури розчинність більшості твердих речовин збільшується, проте для деяких сполук вона може зменшуватися. Зменшення розчинності з підвищенням температури характерне для речовин, розчинення яких супроводжується виділенням теплоти. Це, наприклад, Ca(OH)₂, гіпс CaSO₄2H₂O. В деяких випадках зменшення розчинності обумовлене зміною характеру твердої фази, яка насичує розчин. Наприклад, Na₂SO₄10H₂С зневоднюється і розчинність безводого NaO при температурі 32,4₂SO₄ зменшується при підвищенні температури. Існують таблиці розчинності твердих речовин. На підставі таблиць розчинності можна зробити висновки щодо доцільності очищення від домішок речовин перекристалізацією. Якщо розчинність солі різко змінюється з підвищенням температури (наприклад, розчинність KNO₃ С – відповідно 246 г), то вихід солі після її перекристалізації досягає 80-90% від узятої для очистки цим методом кількості речовини.С дорівнює 13,3 г солі на 100 г води, а при 100при 0 

Стисло про головне

Розчин - однофазна гомогенна система, яка складається з розчинюваної речовини, розчинника і продуктів їхньої взаємодії.

Розчинення - складний фізико-хімічний процес, його не можна зводити до простого механічного розподілення частинок розчинюваної речовини поміж частинками розчинника. Під час розчинення змінюють деякі властивості компонентів розчину, розриваються одні й утворюються інші хімічні зв'язки. Однак розчин не має сталого складу. Тож його не можна вважати ані сумішшю, ані індивідуальною сполукою.

Спостережувані на макрорівні явища, якими супроводжується розчинення, зумовлені складними процесами, які відбуваються на мікрорівні між структурними частинками розчинюваної речовини і диполями води.

Розчинення речовин з полярними молекулами супроводжується утворенням водневих зв'язків між ними і диполями води. Руйнування під час розчинення кристалічних ґраток йонних речовин зумовлене електростатичними йон-дипольними взаємодіями. Наприклад, коли кристали натрій хлориду (кухонної солі) потрапляють у воду, то під впливом електростатичних сил притягання утворюються зв'язки між йонами кристалічних ґраток і диполями води. Кристалічні ґратки натрій хлориду руйнуються, і утворюються гідратовані йони.

Під час розчинення речовин структурні частинки розчинника і розчиненої речовини взаємодіють. Про це свідчать різноманітні зовнішні ефекти: зміна кольору під час гідратації деяких йонів, зменшення об'єму розчину порівняно із сумою об'ємів рідин до змішування та теплові явища.

Якщо розчинник - вода, процес взаємодії її молекул із частинками розчинюваної речовини називають гідратацією, а його продукти - гідратами.

Під час випарювання водних розчинів деяких твердих речовин утворюються так звані кристалогідрати - кристали, до складу яких входять молекули Кристалогідрати порівняно нестійкі й згодом розкладаються, втрачаючи кристалізаційну воду. Безводні кристали деяких речовин гігроскопічні й поглинають воду з навколишнього середовища, утворюючи кристалогідрати.

Кристалогідратами є чимало мінералів. Найважливіші кристалогідрати, широко використовувані у повсякденному житті, - харчова лимонна кислота, мідний і залізний купороси, глауберова сіль, кристалічна сода тощо.