Химия. Полный справочник для подготовки к ЕГЭ
Шрифт:
Растворы, которые содержат малое количество растворенного вещества, часто называют разбавленными,а растворы с высоким содержанием растворенного вещества – концентрированными.Раствор, в котором возможно дальнейшее растворение вещества, называется ненасыщенным,а раствор, в котором вещество перестает растворяться при данных условиях, – насыщенным.Последний раствор всегда находится в контакте (в гетерогенном равновесии) с нерастворившимся веществом (один кристалл или более).
В особых условиях, например при осторожном (без перемешивания) охлаждении горячего ненасыщенного раствора твердоговещества, может образоваться пересыщенныйраствор. При введении кристалла вещества такой раствор разделяется на насыщенный раствор и осадок вещества.
В соответствии с химической теорией растворовД. И. Менделеева растворение вещества в воде сопровождается, во-первых, разрушениемхимических связей между молекулами (межмолекулярные связи в ковалентных веществах) или между ионами (в ионных веществах), и, таким образом, частицы вещества смешиваются с водой (в которой также разрушается часть водородных связей между молекулами). Разрыв химических связей совершается за счет тепловой энергии движения молекул воды, при этом происходит затратаэнергии в форме теплоты.
Во-вторых, попав в воду, частицы (молекулы или ионы) вещества подвергаются гидратации.В результате образуются гидраты– соединения неопределенного состава между частицами вещества и молекулами воды (внутренний состав самих частиц вещества при растворении не изменяется). Такой процесс сопровождается выделениемэнергии в форме теплоты за счет образования новых химических связей в гидратах.
В целом раствор либо охлаждается(если затрата теплоты превосходит ее выделение), либо нагревается (в противном случае); иногда – при равенстве затраты теплоты и ее выделения – температура раствора остается неизменной.
Многие гидраты оказываются настолько устойчивыми, что не разрушаются и при полном выпаривании раствора. Так, известны твердые кристаллогидраты солей CuSO 45Н 2O, Na 2CO 3 • 10Н 2O, KAl(SO 4) 2 • 12Н 2O и др.
Содержание вещества в насыщенном растворе при Т= const количественно характеризует растворимостьэтого вещества. Обычно растворимость выражается массой растворенного вещества, приходящейся на 100 г воды, например 65,2 г КBr/100 г Н 2O при 20 °C. Следовательно, если 70 г твердого бромида калия ввести в 100 г воды при 20 °C, то 65,2 г соли перейдет в раствор (который будет насыщенным), а 4,8 г твердого КBr (избыток) останется на дне стакана.
Следует запомнить, что содержание растворенного вещества в насыщенномрастворе равно, в ненасыщенномрастворе меньшеи в пересыщенномрастворе большеего растворимости при данной температуре. Так, раствор, приготовленный при 20 °C из 100 г воды и сульфата натрия Na 2SO 4(растворимость 19,2 г/100 г Н 2O), при содержании
15,7 г соли – ненасыщенный;
19.2 г соли – насыщенный;
2O.3 г соли – пересыщенный.
Растворимость твердых веществ (табл. 14) обычно увеличивается с ростом температуры (КBr, NaCl), и лишь для некоторых веществ (CaSO 4, Li 2CO 3) наблюдается обратное.
Растворимость газов при повышении температуры падает, а при повышении давления растет; например, при давлении 1 атм растворимость аммиака составляет 52,6 (20 °C) и 15,4 г/100 г Н 2O (80 °C), а при 20 °C и 9 атм она равна 93,5 г/100 г Н 2O.
В соответствии со значениями растворимости различают вещества:
– хорошо растворимые,масса которых в насыщенном растворе соизмерима с массой воды (например, КBr – при 20 °C растворимость 65,2 г/100 г Н 2O; 4,6М раствор), они образуют насыщенные растворы с молярностью более чем 0,1М;
– малорастворимые,масса которых в насыщенном растворе значительно меньше массы воды (например, CaSO 4– при 20 °C растворимость 0,206 г/100 г Н 2O; 0,015М раствор), они образуют насыщенные растворы с молярностью 0,1–0,001М;
– практически нерастворимые,масса которых в насыщенном растворе пренебрежимо мала по сравнению с массой растворителя (например, AgCl – при 20 °C растворимость 0,00019 г на 100 г Н 2O; 0,0000134М раствор), они образуют насыщенные растворы с молярностью менее чем 0,001М.
По справочным данным составлена таблица растворимостираспространенных кислот, оснований и солей (табл. 15), в которой указан тип растворимости, отмечены вещества, не известные науке (не полученные) или полностью разлагающиеся водой.
Условные обозначения, используемые в таблице:
«р» – хорошо растворимое вещество
«м» – малорастворимое вещество
«н» – практически нерастворимое вещество
«—» – вещество не получено (не существует)
«
» – вещество смешивается с водой неограниченно
Примечание. Данная таблица отвечает приготовлению насыщенного раствора при комнатной температуре путем внесения вещества (в соответствующем агрегатном состоянии) в воду. Следует учесть, что получение осадков малорастворимых веществ с помощью реакций ионного обмена возможно не всегда (подробнее см. 13.4).
13.2. Электролитическая диссоциация
Растворение любого вещества в воде сопровождается образованием гидратов. Если при этом в растворе не происходит формульных изменений у частиц растворенного вещества, то такие вещества относят к неэлектролитам.Ими являются, например, газ азотN 2, жидкость хлороформСНCl 3, твердое вещество сахарозаC 12Н 22О 11, которые в водном растворе существуют в виде гидратов их молекул.