img-216171322

При достаточном сближении молекулы воды начинают действовать друг на друга своими силовыми полями. При этом положительно заряженный полюс одной молекулы притягивает

отрицательно заряженный полюс другой. В результате могут по-

воды. Таким образом, атом водорода, не теряя связь с кислородом своей молекулы, которая является для него основной, создает дополнительную, так называемую водородную связь, связь с кислородом другой молекулы.

Это можно изобразить схемой

Н

I

0 - H . . . . 0 - H

нI

21

представляют собой одну из важнейших разновидностей растворов. Именно в водных растворах протекает большая часть реакций между различными растворенными твердыми веществами. Поэтому водным растворам уделяется особое место в химии. Здесь мы коснемся кратко лишь наиболее простых понятий этого важного раздела химии и притом только водных растворов твердых и газообразных веществ, как наиболее распространенных растворов, изучаемых гидрохимией.

Добавляя к воде при одной и той же. ее температуре новые порции вещества, можно достичь такого момента, когда вещество перестает растворяться. В^кщина_конденхрадии_растворенного вещества д хаком.+астаорё называется, его растворимостью" при данной температур

Растворение твердого вещества в воде является сложным процессом, который обусловливается взаимодействием частиц растворяющегося вещества и частицами воды. Для облегчения познания этого процесса остановимся на некоторых ^особенностях строения вещества в твердом состоянии, хотя механизм растворения весьма сложен и может быть здесь представлен лишь общей схемой.

х Изучая строение вещества при помощи рентгеновских лучей, установили, что большинство твердых тел имеет кристаллическое строение, т. е. частицы вещества расположены в пространстве в определенном порядке. Частицы одних веществ расположены так, как будто они находятся в углах крошечного куба, других — в углах, центре и середине сторон тетраэдра, призмы, пирамиды и пр. Каждая из этих форм является мельчайшей ячейкой более крупных кристаллов аналогичной формы.

Установлено также, что у одних веществ в узлах их кристаллической решетки находятся молекулы (у большинства органических соединений), у других (например, у неорганических солей) — ионы, т. е. частицы, состоящие из одного или нескольких атомов, имеющие положительные или отрицательные заряды. ,

Рассмотрим в качестве примера строение кристалла хлористого натрия (NaCl). Мельчайшей ячейкой его кристаллической решетки является куб (ребро куба равно 2,8 • 10~8см, а объем — 2,23 - Ю - 2 3 см3), в углах которого расположены четыре положительно заряженных иона натрия и четыре отрицательно заряженных иона хлора (рис. 5). Каждая сторона такого куба

23

щаются молекулами воды, которые, ориентируясь к ним своими противоположными по заряду частями, образуют так называе-

оболочка является очень устойчивой. При кристаллизации

лизацияТ". скорость первого процесса прямо пропорциональна

к молекулам воды, тем больше вероятность приближения разноименно заряженных ионов друг к другу настолько, чтобы силы протяжения между ними преодолели силы гидратации. Очевидно, что по мере расходования молекул воды на образование гидратных оболочек оторвавшихся от кристалла ионов растворение соли замедляется и, наоборот, противоположно направленный процесс — выделение ионов в кристаллы с ростом концентрации раствора ускоряется. В момент, когда скорости обоих процессов сравняются, т. е. в единицу времени количество растворившейся соли будет равно количеству выделившейся, растворение практически прекратится. Такой раствор, находящийся в равновесии с__из£шшшм растворяемого вещества, называется насыщенным.

Растворение кристалла замедляется и даже совсем прекращается, если переходящие в раствор ионы не будут удаляться из слоя раствора, непосредственно прилегающего к кристаллу. Это удаление может происходить само собой, так как ионы имеют собственное (тепловое) движение, и, кроме того, молекулы воды, находящиеся в соседних, более отдаленных от кристалла слоях, притягивают перешедшие в раствор ионы

25

ства выше, чем оно должно быть при данной температуре;, такой раствор называется пересыщенным. Подобные растворы неустойчивы и при сотрясении или внесении кристаллов, создающих „центр кристаллизации", начинают быстро выделять избыток вещества до тех пор, пока вновь не установится равновесие, соответствующее растворимости вещества при данной температуре.

Таким образом, при растворении происходит отрыв и р а з о - бдцение частиц растворяющегося в^здесгаа мол^^лами~воДБг. Вещества, "^диссоциирующие в растворе на ионы свыше 30°/0, называются сильными электролитами. Если кристаллическая решетка вещества составлена ионами, то в очень разведенных растворах почти все ионы его оказываются разобщенными молекулами воды, образующими вокруг них гидратную о б о - лочку (рис. 8).s

Рис. 8. Разъединение ионов Na- и СГ полярными молекулами воды, образующими вокруг них гидратную оболочку.

Кроме сильных электролитов, в растворе могут находиться так называемые неэлектролиты, молекулы которых хотя и имеют гидратную оболочку, но настолько прочны, что не распадаются на ионы. Примером неэлектролитов в природных водах могут служить молекулы газов 0 2 и N2. Промежуточное положение между сильными электролитами и неэлектролитами занимают слабые электролиты, у которых только часть молекул подвергается диссоциации. Величина диссоциации у слабых электролитов измеряется степенью диссоциации, которая выражается отношением количества диссоциированных молекул к общему числу растворенных. Величина степени диссоциации, как это видно из предыдущего, зависит от концентрации электролита. При ее уменьшении степень диссоциации увеличивается,, в результате чего при очень большом разведении даже у слабых электролитов почти все ионы оказываются разобщенными молекулами воды.

Таким образом, становится очевидной сложность строения растворов. Расширяя вышеприведенное определение водного 'раствора, можно сказать, что водные растворЫ-—это однорйд-

2 7

чающиеся в природных водах в значительных количествах,, особенно в реках с ледниковым питанием. Устойчивость таких суспензий различна и зависит от размера частиц: чем крупнеечастицы, тем менее устойчива смесь. Тонкие суспензии весьма устойчивы и осаждаются очень медленно.

у Грубые суспензии, размером значительно более Ю - 5 см, называются взвесями.: они изучаются гидрологией (сток наносов,, или твердый сток).

4. Растворимость газов

Растворимость газов в воде зависит от их природы, температуры воды, давления и минерализации. Растворимость газов,, встречающихся в естественных условиях, весьма различна (табл. 5).

'Растворимость некоторых газов в воде при 0°

ипарциальном давлении 1 атм (в мл/л)

Большой растворимостью в воде отличаются СО.,, и H^S,. что объясняется химическим взаимодействием этих газов с во - дой. Растворимость газов в воде обычно уменьшается с повышением температуры.

Зависимость растворимости газов в воде от давления опре-

Закон растворимости газов можно выразить следующей! формулой:

С^К-Р,

где С — растворимость газов в граммах на 100 мл воды; Р — давление данного газа над раствором в атмосферах; К — коэффициент пропорциональности, выражающий растворимость газа!

29.