§7.2. Розчинність речовин у воді

Здатність речовини розчинятися в розчиннику, називається РОЗ­ЧИННІСТЮ. Існують добре і мало розчинні речовини. Кіль­кіс­но розчинність виражають числом грамів речовини, яка може розчиниться в 100 г розчинника (води) при даній температурі, або молярною концентрацією насиченого розчину.

Розчинність залежить від природи речовини і розчинника, від температури і від тиску (для газів).

Розчинність більшості твердих речовин збільшується з підви­щен­ням температури. Залежність розчинності (Р) твердих речовин від температури показують КРИВІ РОЗЧИННОСТІ. Вони допомагають знаходити розчинність речовин при різній температурі розчинів.

а	б Кристалічні речовини поділяють на: P - добре розчинні (більше 1,0 г на 100 г води); M – малорозчинні (0,1 г - 1,0 г на 100 г води); Н – нерозчинні (меньше 0,1 г на 100 г води).

Рис. 7.1. Криві розчинности твердих (а) і газоподібних (б) речовин.

Розчинність газів при підвищенні температури зменшується, а при підвищенні тиску збільшується.

- Природа розчинника. При утворенні розчину зв'язок між частинками кожного з компонентів замінюється зв'язками між частинками різних компонентів. Щоб нові зв'язки могли утворитися, компоненти розчину повинні мати однотипні зв'язки, тобто бути однієї природи. Тому йонні речовини добре розчиняються в полярних розчинниках і погано в неполярних, а молекулярні речовини – навпаки.

- Вплив температури. Якщо розчинення речовини є екзотерміч­ним процесом, то з підвищенням температури її розчинність зменшу­ється (наприклад, Ca(OH)₂ у воді) і навпаки. Для більшості солей ха­рак­терне збільшення розчинності при нагріванні. Практично всі гази розчиняються з виділенням тепла. Розчинність газів в рідинах з під­ви­щенням температури зменшується, а з пониженням збільшується.

- Вплив тиску. З підвищенням тиску розчинність газів в рідинах збільшується, а з пониженням зменшується.

Тиск не впливає на розчинність твердих речовин. Зате збільшення тиску підвищує розчинність газів. В цьому можна переконатися, відкривши пляшку з мінеральною водою, в якій вуглекислий газ розчиняють під тиском. Як тільки пляшку відкривають, тиск в ній падає і тут же зменшується розчинність газу, який починає виділятися з розчину у вигляді бульбашок.

Механізм розчинення

РОЗЧИНЕННЯ – це складний фізико-хімічний процес, який склада­єть­ся з трьох стадій:

1. Гідратація (сольватація) молекул або йонів речовини молеку­лами розчинника, що розчиняється (екзотермічний процес ΔQ₁>0).

Розчини утворюються при взаємодії розчинника і розчиненої речовини. Процес взаємодії розчинника і розчиненої речовини назива­ється СОЛЬВАТАЦІЯ (якщо розчинником є вода – ГІДРАТАЦІЯ)

2. Руйнування кристалічних ґраток (ендотермічний процес ΔQ₂<0).

3. Дифузія гідратів (сольватів) в розчині (мимовільний процес ΔQ₃=0).

Залежно від співвідношення теплових ефектів Q₁ і Q₂ процес розчинення може бути екзо- або ендотермічним.

§7.3. Способи вираження концентрації розчинів

На практиці часто доводиться мати справу з розчинами, що мають точно заданий вміст в них розчиненої речовини. Приведемо декілька прикладів.

• По-перше, це приготування різних лікарських розчинів. Якщо в аптеці випадково відбудеться помилка з кількістю ліків в розчині, то наслідки можуть бути досить небезпечними.

• По-друге, багато хімічних реакцій проводять в розчинах. І тут по­милки можуть приводити до сумних результатів. Наприклад, якщо фотограф помилиться при розчиненні проявника, то фотографії або не проявляться, або будуть зіпсовані. Інший приклад: якщо залити в акумулятор розчин, в якому вміст сірчаної кислоти буде меншим або більшим за потрібний, то акумулятор або не працюватиме, або вийде з ладу.

КОНЦЕНТРАЦІЯ РОЗЧИНУ – це кількість розчиненої речовини, яка міститься в певній масі або об'ємі розчину.

Існують різні способи вираження складу розчину. Найбільш часто використовують масову частку розчиненої речовини, молярну концентрацію і молярну концентрацію еквівалента.

а) Масова частка розчиненої речовини – ω (%)

б) Молярна концентрація – С_М (моль/л)

в) Молярна концентрація еквівалента – С_Е (моль∙екв/л)

• МАСОВА ЧАСТКА РОЗЧИНЕНОЇ РЕЧОВИНИ – це відно­шення маси розчиненої речовини m_{речовини} до загальної маси роз­чи­ну m_{розчину}, виражене у відсотках.

m_{розчину} = m_(Н2О)+ m_{речовини}

Масова частка – показує, скільки грамів речовини міститься в кожних 100 грамах розчину.

Наприклад: 10% СаСl₂ – десятивідсотковий розчин хлориду каль­цію, тобто кожні 100 грам розчину містять 10 грам хлориду ка­ль­цію і 90 грам води.

Масову частку розчиненої речовини називають також ВІДСОТКОВОЮ КОНЦЕНТРАЦІЄЮ розчину.

Для газів використовують ОБ’ЄМНУ ЧАСТКУ – що показує, скіль­ки мл речовини міститься в кожних 100 мл розчину.

Густина розчину (ρ) (читається “ро”) показує масу 1 мілілітра (мл) розчину.

Наприклад, ρ(H₂SO₄) = 1,84 г/мл. Це значить, що кожний мілілітр розчину сірчаної кислоти має масу 1,84 грам.

, де m – маса розчину, V – об'єм розчину.

• МОЛЯРНА КОНЦЕНТРАЦІЯ (С, С_М) – показує, скільки моль речовини містить кожний літр розчину.

, якщо V в мл, то

m_{речовини} = С•М•V (л) = С•М•V(мл) /1000

де v – кількість речовини (моль)

m_{речовни}– маса речовини (грам)

V – об'єм розчину (мл, літр)

М – молярна маса речовини (г/моль).

Молярна концентрація вимірюється в моль/л і позначається "M".

Наприклад. Якщо кожний літр розчину містить 1 моль речовини, такий розчин називається ОДНОМОЛЯРНИЙ і позначається 1 М.

2 M NaOH - двохмолярний розчин гідроксиду натрію. Один літр такого розчину містить 2 моль речовини або 80 г (M_(NaOH)= 40 г/моль).

• МОЛЯРНА КОНЦЕНТРАЦІЯ ЕКВІВАЛЕНТА (С_Е) розчину позначає число грам-еквівалентів даної речовини в одному літрі розчину.

, де С_Е - молярна концентрація еквівалента, моль-екв/л,

Е – еквівалент речовини.

ГРАМ - ЕКВІВАЛЕНТОМ речовини називається кількість грамів речовини, що дорівнює його еквіваленту.

М_Е (молярна маса еквіваленту) = М / валентність елементу

Наприклад, для А1: M_Е(_Аl)===9г/моль

Для кислот: Е = 1/кількість Н⁺, які заміщуються в даній реакції:

Для Н₂SO₄: М_Е (

Для основ: Е = 1/кількість ОН^ˉ ):

Для Са(ОН)₂: М_Е (Са(ОН)₂)===37 г/моль

Для солей: Е = 1/валентність атомів металу • кількість атомів

Для Al₂ (SO₄)₃: = 57 г/моль

Молярну концентрацію еквівалента речовини також називають НОРМАЛЬНІСТЮ розчину. Величини нормальності позначають бук­вою "Н". Наприклад, децинормальный розчин сірчаної кислоти позначають "0,1 Н розчин H₂SO₄".

Формули для знаходження молярної концентрації за відомою відсотковою концентрацією і навпаки ( ω  С )