1.2. Растворимость

Для приготовления раствора какого-либо вещества достаточно оставить его в соприкосновении с растворителем в течение некоторого времени. Образование раствора - процесс динамический. Молекулы растворяемого вещества непрерывно переходят в раствор и благодаря диффузии равномерно распределяются по всему объему растворителя. Перешедшие в раствор молекулы растворенного вещества, ударяясь о поверхность еще не растворившегося вещества, снова входят в его состав. По мере возрастания концентрации раствора увеличивается скорость образования твердого вещества. При равенстве скоростей этих процессов в системе устанавливается равновесие (G⁰_раст = 0):

вещество нерастворенное  вещество в растворе.

Раствор максимальной концентрации, который при данной температуре может неопределенно долго находиться в равновесии с избытком растворяемого вещества, называется насыщенным. Концентрация насыщенного раствора называется растворимостью.

Растворимость выражается количеством граммов растворенного вещества, содержащихся в 100 граммах растворителя, либо количеством молей растворенного вещества, содержащихся в 1 литре раствора.

Раствор, концентрация которого при данной температуре меньше насыщенного, называется ненасыщенным.

Растворимость твердых веществ (например, солей), как правило, с понижением температуры уменьшается. Если медленно охлаждать насыщенный раствор, то можно получить пересыщенный раствор, т.е. раствор, концентрация которого больше растворимости вещества при данной температуре. Пересыщенные растворы неустойчивы (G⁰_раст0) и самопроизвольно или при внешнем воздействии (встряхивание, внесение кристаллов) переходят в состояние равновесия (G⁰_раст = 0). При этом избыток растворенного вещества выпадает в осадок.

1.3. Концентрация растворов

Концентрацией раствора называется количество растворенного вещества, содержащееся в определенном количестве или в определенном объеме раствора или растворителя.

В химии наиболее употребительны следующие способы выражения концентрации.

Процентная концентрация. Показывает число граммов растворенного вещества, содержащихся в 100 г раствора. Например, 15%-ный водный раствор соли - это такой раствор, в 100 г которого содержится 15 г соли и 85 г воды.

Молярная концентрация (молярность). Показывает число молей растворенного вещества, содержащихся в 1 л раствора, обозначается моль/л или формулой вещества, заключенной в квадратные скобки. Например, [NaOH] = 2 – это раствор, содержащий 2 моля (или 80 г) гидроксида натрия в одном литре раствора.

Молярная концентрация эквивалента. Показывает число молей эквивалентов растворенного вещества, содержащихся в 1 л раствора, обозначается С_эк. Например, С_экH₂SO₄ = 0,1 – это раствор Н₂SO₄ , содержащий 0,1моля эквивалента серной кислоты (или 4,9 г) в 1 л раствора.

Эквивалентом (обозначается буквой Э) называют реальную или условную частицу вещества, которая может замещать, присоединять, высвобождать или быть каким-либо другим способом эквивалентна одному иону водорода в кислотно-основных или ионообменных реакциях или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях. Моль эквивалентов содержит 6,022^.10²³ эквивалентов.

Эквивалент кислоты равен молярной массе кислоты, деленной на ее основность, т.е. на число атомов водорода в молекуле кислоты, способных замещаться на металл.

Эквивалент основания равен молярной массе основания, деленной на валентность металла.

Эквивалент оксида равен молярной массе оксида, деленной на произведение числа атомов элемента, входящих в состав молекулы, и валентности этого элемента.

Эквивалент соли равен молярной массе соли, деленной на произведение валентности металла и числа атомов металла в ее молекуле.

Например:

один моль эквивалента Н₂SO₄ (мол. масса 98) равен 98 : 2 = 49 г;

один моль эквивалента Са(ОН)₂ (мол. масса 74) равен 74 : 2 =37 г;

один моль эквивалента Al₂O₃ (мол. масса 102) равен 102 : (2^.3) = 17 г;

один моль эквивалента Al₂(SO₄)₃(мол. масса 342)равен 342:(2^.3)=57 г.

Растворы нормальной концентрации широко применяются в химии при проведении реакций между растворенными веществами. Пользуясь этой концентрацией, легко заранее рассчитать, в каких объемных соотношениях должны быть смешаны растворенные вещества, для того чтобы они прореагировали без остатка. Согласно закону эквивалентов количества веществ, вступающих в реакцию, пропорциональны их эквивалентам:

.

Следовательно, для реакции всегда нужно брать такие объемы растворов, которые содержали бы одинаковое число молей эквивалентов растворенных веществ. При одинаковой нормальности растворов эти объемы будут равны между собой, при различной - обратно пропорциональны их нормальностям. Если объем затрачиваемых на реакцию растворов обозначить через V₁ и V₂ , а их молярные концентрации эквивалентов С_эк.1 и С_эк.2, то зависимость между этими величинами выразится пропорцией:

или V₁ ^. С_эк.1 = V₂ ^. С_эк.2. (1.2)

На основании этих зависимостей можно не только вычислить необходимые для проведения реакций объемы растворов, но и по объемам затраченных на реакцию растворов находить их концентрации.

Титр. Показывает количество граммов растворенного вещества, содержащееся в 1 мл раствора. Обозначается буквой Т.

Зная титр раствора, легко вычислить его молярную концентрацию эквивалента, и наоборот:

С_эк. = , Т = .

Моляльная концентрация (моляльность). Показывает число молей растворенного вещества, приходящееся на 1000 г растворителя, обозначается С_m :

C_m = , (1.3)

где m - количество растворенного вещества в г;

g - количество растворителя в г;

M - мольная масса растворенного вещества, г/моль.

Мольная доля (N_i) равна отношению числа молей данного вещества (n_i) к сумме числа молей всех веществ (включая растворитель) в растворе. Так как число молей пропорционально числу молекул, то мольная доля – это численная доля молекул данного вещества в растворе:

N_i = .