Вода - одна з головних хімічних сполук на нашій планеті. До однієї з найцікавіших її властивостей відноситься здатність утворювати водні розчини. А в багатьох сферах науки та техніки розчинність солі у воді відіграє важливу роль.
Під розчинністю розуміють здатність різних речовин утворювати з рідинами – розчинниками – однорідні (гомогенні) суміші. Саме обсяг матеріалу, який використовується для розчинення та утворення насиченого розчину, зумовлює його розчинність, порівнянну з масовою часткою цієї речовини або її кількістю концентрованого розчину.
За здатністю розчинятися солі класифікуються так:
- до розчинних відносяться речовини, які можна розчинити у 100 г води більше 10 г;
- до малорозчинних належать ті, кількість яких у розчиннику не перевищує 1 г;
- концентрація нерозчинних у 100 г води менше 0,01.
У тому випадку, коли полярність речовини, що використовується для розчинення, аналогічна полярності розчинника, вона є розчинною. При різних полярностях, швидше за все, розвести речовину неможливо.
Як відбувається розчинення
Якщо говорити про те, чи розчиняється сіль у воді, то для більшості солей це справедливе твердження. Існує спеціальна таблиця, відповідно до якої можна точно визначити величину розчинності. Оскільки вода – універсальний розчинник, вона добре поєднується з іншими рідинами, газами, кислотами та солями.
Один із найнаочніших прикладів розчинення твердої речовини у воді можна спостерігати практично щодня на кухні, під час приготування страв із використанням кухонної солі. То чому сіль розчиняється у воді?
Зі шкільного курсу хімії багато хто пам'ятає, що молекули води та солі є полярними. Це означає, що їхні електричні полюси протилежні, що зумовлює високу діелектричну проникність. Молекули води оточують іони іншої речовини, наприклад, як у нами випадку, NaCl. При цьому утворюється рідина, яка є однорідною за консистенцією.
Вплив температури
Існують деякі фактори, що впливають на розчинність солей. Насамперед це температура розчинника. Чим вона вище, тим більшим є значення коефіцієнта дифузії частинок рідини, а масообмін відбувається швидше.
Хоча, наприклад, розчинність у воді кухонної солі (NaCl) від температури практично не залежить, оскільки коефіцієнт її розчинності - 35,8 при t 20 ° С і 38,0 при 78 ° С. А ось сульфат міді (CaSO4) при підвищенні температури води розчиняється гірше.
До інших факторів, що впливають на розчинність, відносяться:
- Розмір часток, що розчиняються – при більшій площі поділу фаз розчинення відбувається швидше.
- Процес перемішування, який при інтенсивному виконанні сприяє більш ефективному масообміну.
- Наявність домішок: одні прискорюють процес розчинення, інші, ускладнюючи дифузію, знижують швидкість протікання процесу.
Відео про механізм розчинення солі
Сіль можна визначити як сполуку, яка утворюється в результаті реакції між кислотою та основою, але не є водою. У цьому розділі будуть розглянуті властивості солей, які пов'язані з іонними рівновагами.
РЕАКЦІЇ СОЛІЙ У ВОДІ
Дещо пізніше буде показано, що розчинність - це відносне поняття. Однак для цілей майбутнього обговорення ми можемо грубо поділити всі солі на розчинні та нерозчинні у воді.
Деякі солі при розчиненні у питній воді утворюють нейтральні розчини. Інші солі утворюють кислі чи лужні розчини. Це зумовлено протіканням оборотної реакції між іонами солі та водою, в результаті якої утворюються сполучені кислоти або основи. Чи виявиться розчин солі нейтральним, кислим або лужним-залежить від типу солі. У цьому сенсі є чотири типи солей.
Солі, утворені сильними кислотами та слабкими основами. Солі цього при розчиненні у воді утворюють кислий розчин. Як приклад наведемо хлорид амонію При розчиненні цієї солі у воді іон амонію діє як кислота, віддаючи протон воді
Надмірна кількість іонів, що утворюється в цьому процесі, обумовлює кислі властивості розчину.
Солі, що утворюються слабкою кислотою та сильною основою. Солі цього при розчиненні у воді утворюють лужний розчин. Як приклад наведемо ацетат натрію Ацетат-іон діє як основа, акцептуючи протон у води, яка виступає в цьому випадку в ролі кислоти:
Надмірна кількість іонів ОН, що утворюються в цьому процесі, обумовлює лужні властивості розчину.
Солі, утворені сильними кислотами та сильними основами. При розчиненні у воді солей цього утворюється нейтральний розчин. Як приклад наведемо хлорид натрію При розчиненні у воді ця сіль повністю іонізується, і, отже, концентрація іонів виявляється рівною концентрації іонів Оскільки ні той, ні інший іон не вступає в кислотно-основні реакції з водою,
розчині немає утворення надлишкового кількості іонів чи ОН Тому розчин виявляється нейтральним.
Солі, що утворюються слабкими кислотами та слабкими основами. Прикладом таких солей є ацетат амонію. При розчиненні у воді іон амонію реагує з водою як кислота, а ацетат-іон реагує з водою як основа. Обидві ці реакції описані вище. Водний розчин солі, утвореної слабкою кислотою і слабкою основою, може бути слабокислим, слаболужним або нейтральним в залежності від відносних концентрацій іонів, що утворюються в результаті реакцій катіонів і аніонів солі з водою. Це залежить від співвідношення між значеннями констант дисоціації катіону та аніону.
У повсякденному житті люди рідко стикаються з Більшість предметів є суміші речовин.
Розчин - це в якій компоненти поступово змішалися. Є кілька їхніх видів за розміром частинок: грубодисперсні системи, молекулярні розчини та колоїдні системи, які часто називають золі. У цій статті йдеться про молекулярні (або розчинність речовин у воді - одна з головних умов, що впливають на утворення сполук.
Розчинність речовин: що це і навіщо потрібно
Щоб розібратися в цій темі, потрібно знати і розчинність речовин. Простим мовою, це здатність речовини з'єднуватися з іншою та утворювати однорідну суміш. Якщо підходити з наукового погляду, можна розглянути складніше визначення. Розчинність речовин - це їхня здатність утворювати з однією або більше речовинами гомогенні (або гетерогенні) склади з дисперсним розподілом компонентів. Існує кілька класів речовин та сполук:
- розчинні;
- малорозчинні;
- нерозчинні.
Про що говорить міра розчинності речовини
Вміст речовини насиченої суміші - це міра його розчинності. Як сказано вище, у всіх речовин вона різна. Розчинні – це ті, які можуть розвести понад 10 г себе на 100 г води. Друга категорія - менше 1 г за тих самих умов. Практично нерозчинні - це ті, суміш яких переходить менше 0,01 г компонента. І тут речовина неспроможна передавати воді свої молекули.
Що таке коефіцієнт розчинності
Коефіцієнт розчинності (k) - це показник максимальної маси речовини (г), яка може розвестися в 100 г води або іншої речовини.
Розчинники
У цьому процесі беруть участь розчинник та розчинена речовина. Перший відрізняється тим, що спочатку він перебуває в такому агрегатному стані, що і кінцева суміш. Як правило, він взятий у більшій кількості.
Однак багато хто знає, що в хімії вода посідає особливе місце. Для неї є окремі правила. Розчин, в якому присутній H 2 O, називається водним. Коли йдеться про них, рідина є екстрагентом і тоді, коли вона менша кількість. У приклад можна навести 80% розчин азотної кислоти у воді. Пропорції тут не рівні Хоча частка води менша, ніж кислоти, речовину називати 20% розчином води в азотній кислоті некоректно.
Існують суміші, в яких відсутня H 2 O. Вони носитимуть неводну назву. Подібні розчини електроліту є іонними провідниками. Вони містять один або суміші екстрагентів. До їх складу входять іони та молекули. Вони використовуються в таких галузях, як медицина, виробництво побутової хімії, косметики та інші напрямки. Вони можуть поєднувати кілька потрібних речовин з різною розчинністю. Компоненти багатьох засобів, які використовуються зовнішньо, є гідрофобними. Іншими словами, вони погано взаємодіють із водою. У таких можуть бути леткими, нелетючими та комбінованими. Органічні речовини у першому випадку добре розчиняють жири. До летких відносяться спирти, вуглеводні, альдегіди та інші. Вони часто входять до складу побутової хімії. Нелеткі найчастіше застосовуються виготовлення мазей. Це жирні олії, рідкий парафін, гліцерин та інші. Комбіновані - це суміш летких і нелетких, наприклад, етанол з гліцерином, гліцерин з димексидом. Також вони можуть утримувати воду.
Види розчинів за ступенем насиченості
Насичений розчин - це суміш хімічних речовин, що містить максимальну концентрацію однієї речовини в розчиннику за певної температури. Далі воно розлучатись не буде. У препараті твердої речовини помітно випадання осаду, що знаходиться в динамічній рівновазі з ним. Під цим поняттям мається на увазі стан, що зберігається в часі внаслідок його протікання одночасно у двох протилежних напрямках (пряма та зворотна реакції) з однаковою швидкістю.
Якщо речовина при постійній температурі все ще може розкладатися, цей розчин - ненасичений. Вони стійкі. Але якщо в них продовжувати додавати речовину, то вона розлучатиметься у воді (або іншій рідині), поки не досягне максимальної концентрації.
Ще один вид – перенасичений. У ньому міститься більше розчиненої речовини, ніж може бути за постійної температури. Через те, що вони перебувають у нестійкій рівновазі, при фізичному впливі на них відбувається кристалізація.
Як відрізнити насичений розчин від ненасиченого?
Це зробити досить просто. Якщо речовина - тверда, то насиченому розчині можна побачити осад. При цьому екстрагент може загусати, як, наприклад, насиченому складі вода, в яку додали цукор.
Але якщо змінити умови, підвищити температуру, то він перестане вважатися насиченим, тому що за більш високої температури максимальна концентрація цієї речовини буде іншою.
Теорії взаємодії компонентів розчинів
Існує три теорії щодо взаємодії елементів у суміші: фізична, хімічна та сучасна. Автори першої - Сванте Август Арреніус та Вільгельм Фрідріх Оствальд. Вони припустили, що внаслідок дифузії частинки розчинника та розчиненої речовини рівномірно розподілилися по всьому об'єму суміші, але взаємодії між ними немає. Хімічна теорія, яку висунув Дмитро Менделєєв, їй протилежна. Відповідно до неї, в результаті хімічної взаємодії між ними формуються нестійкі сполуки постійного або змінного складу, які називаються сольвати.
Нині використовується об'єднана теорія Володимира Олександровича Кістяковського та Івана Олексійовича Каблукова. Вона поєднує фізичну та хімічну. Сучасна теорія свідчить, що у розчині існують як взаємодіючі частки речовин, і продукти їх взаємодії - сольвати, існування яких доводив Менделєєв. У разі коли екстрагент - вода, їх називають гідратами. Явище, у якому утворюються сольвати (гідрати) носить ім'я сольватація (гідратація). Вона впливає на всі фізико-хімічні процеси та змінює властивості молекул у суміші. Сольватація відбувається завдяки тому, що сольватна оболонка, що складається із тісно пов'язаних з нею молекул екстрагента, оточує молекулу розчиненої речовини.
Чинники, що впливають на розчинність речовин
Хімічний склад речовин.Правило "подібне притягує подібне" поширюється і реагенти. Схожі за фізичними та хімічними властивостями речовини можуть взаємно розчинятися швидше. Наприклад, неполярні сполуки добре взаємодіють із неполярними. Речовини з полярними молекулами або іонною будовою розводяться у полярних, наприклад, у воді. У ній розкладаються солі, луги та інші компоненти, а неполярні – навпаки. Можна навести простий приклад. Для приготування насиченого розчину цукру у воді потрібно більше речовини, ніж у випадку з сіллю. Як це розуміти? Простіше кажучи, ви можете розвести набагато більше цукру у воді, аніж солі.
Температура.Щоб збільшити розчинність твердих речовин у рідинах, потрібно збільшити температуру екстрагента (працює здебільшого). Можна продемонструвати такий приклад. Якщо покласти щіпку хлориду натрію (сіль) у холодну воду, цей процес займе багато часу. Якщо виконати те саме з гарячим середовищем, то розчинення буде проходити набагато швидше. Це пояснюється тим, що внаслідок підвищення температури зростає кінетична енергія, значна кількість якої часто витрачається на руйнування зв'язків між молекулами та іонами твердої речовини. Однак, коли підвищується температура у випадку із солями літію, магнію, алюмінію та лугами, їх розчинність знижується.
Тиск.Цей фактор впливає лише на гази. Їхня розчинність збільшується при підвищенні тиску. Адже обсяг газів скорочується.
Зміна швидкості розчинення
Не варто плутати цей показник із розчинністю. Адже зміну цих двох показників впливають різні чинники.
Ступінь роздробленості речовини, що розчиняється.Цей фактор впливає на розчинність твердих речовин у рідинах. У цілісному (кусковому) стані склад розлучається довше, ніж той, який розбитий на дрібні шматки. Наведемо приклад. Цілісний шматок солі буде розчинятися у воді набагато довше, ніж сіль у вигляді піску.
Швидкість помішування.Як відомо, цей процес можна каталізувати за допомогою помішування. Його швидкість також важлива, тому що чим вона більша, тим швидше розчиниться речовина в рідині.
Навіщо треба знати розчинність твердих речовин, у воді?
Насамперед, подібні схеми потрібні, щоб правильно вирішувати хімічні рівняння. У таблиці розчинності є заряди всіх речовин. Їх необхідно знати для правильного запису реагентів та складання рівняння хімічної реакції. Розчинність у воді показує, чи може сіль чи основа дисоціювати. Водні сполуки, що проводять струм, мають у своєму складі сильні електроліти. Є й інший тип. Ті, що погано проводять струм, вважаються слабкими електролітами. У першому випадку компоненти є речовини, повністю іонізовані у воді. Тоді як слабкі електроліти виявляють цей показник лише невеликою мірою.
Рівняння хімічної реакції
Є кілька видів рівнянь: молекулярний, повний іонний та короткий іонний. Насправді останній варіант - скорочена форма молекулярного. Це остаточна відповідь. У повному рівнянні записані реагенти та продукти реакції. Тепер настає черга таблиці розчинності речовин. Спочатку треба перевірити, чи є реакція здійсненною, тобто чи виконується одна з умов проведення реакції. Їх лише 3: утворення води, виділення газу, випадання осаду. Якщо дві перші умови не дотримуються, потрібно перевірити останнє. Для цього потрібно подивитися в таблицю розчинності та з'ясувати, чи є в продуктах реакції нерозчинна сіль або основа. Якщо воно є, то це буде осад. Далі таблиця знадобиться для запису іонного рівняння. Так як всі розчинні солі та основи - сильні електроліти, то вони розпадатимуться на катіони та аніони. Далі скорочуються незв'язані іони і рівняння записується в короткому вигляді. Приклад:
- K 2 SO 4 +BaCl 2 =BaSO 4 ↓+2HCl,
- 2K+2SO 4 +Ba+2Cl=BaSO 4 ↓+2K+2Cl,
- Ba+SO4=BaSO 4 ↓.
Таким чином, таблиця розчинності речовин - одна з ключових умов розв'язання іонних рівнянь.
Детальна таблиця допомагає дізнатися скільки компонента потрібно взяти для приготування насиченої суміші.
Таблиця розчинності
Такий вигляд має звична неповна таблиця. Важливо, що тут вказується температура води, оскільки вона є одним із факторів, про які ми вже говорили вище.
Як користуватись таблицею розчинності речовин?
Таблиця розчинності речовин у воді – один із головних помічників хіміка. Вона показує, як різні речовини та сполуки взаємодіють з водою. Розчинність твердих речовин у рідині – це показник, без якого багато хімічних маніпуляцій неможливі.
Таблиця дуже проста у використанні. У першому рядку написані катіони (позитивно заряджені частинки), у другому - аніони (негативно заряджені частинки). Більшість таблиці займає сітка з певними символами у кожному осередку. Це букви "Р", "М", "Н" та знаки "-" та "?".
- "Р" - з'єднання розчиняється;
- "М" – мало розчиняється;
- "Н" - не розчиняється;
- "-" - з'єднання немає;
- "?" - Відомості про існування сполуки відсутні.
У цій таблиці є один порожній осередок - це вода.
Простий приклад
Тепер про те, як працювати з таким матеріалом. Припустимо, потрібно дізнатися чи розчинна у воді сіль - MgSo 4 (сульфат магнію). Для цього необхідно знайти стовпчик Mg 2+ і спускатися ним до рядка SO 4 2- . На їх перетині стоїть буква Р, отже з'єднання розчинне.
Висновок
Отже, ми вивчили питання розчинності речовин у воді і не лише. Без сумніву, ці знання стануть у нагоді при подальшому вивченні хімії. Адже розчинність речовин відіграє важливу роль. Вона стане в нагоді при вирішенні і хімічних рівнянь, і різноманітних завдань.
Сіль можна визначити як сполуку, яка утворюється в результаті реакції між кислотою та основою, але не є водою. У цьому розділі будуть розглянуті властивості солей, які пов'язані з іонними рівновагами.
реакції солей у воді
Дещо пізніше буде показано, що розчинність-це відносне поняття. Однак для цілей майбутнього обговорення ми можемо грубо поділити всі солі на розчинні та нерозчинні у воді.
Деякі солі при розчиненні у питній воді утворюють нейтральні розчини. Інші солі утворюють кислі чи лужні розчини. Це зумовлено протіканням оборотної реакції між іонами солі та водою, в результаті якої утворюються сполучені кислоти або основи. Чи виявиться розчин солі нейтральним, кислим або лужним-залежить від типу солі. У цьому сенсі є чотири типи солей.
Солі, утворені сильними кислотами та слабкими основами. Солі цього при розчиненні у воді утворюють кислий розчин. Як приклад наведемо хлорид амонію NH4Cl. При розчиненні цієї солі у воді іон амонію діє як
Надмірна кількість іонів H3O+, що утворюється в цьому процесі, зумовлює кислі властивості розчину.
Солі, що утворюються слабкою кислотою та сильною основою. Солі цього при розчиненні у воді утворюють лужний розчин. Як приклад наведемо ацетат натрію CH3COONa1 Ацетат-іон діє як основа, акцептуючи протон у води, яка виступає в цьому випадку в ролі кислоти:
Надмірна кількість іонів ОН-, що утворюються в цьому процесі, зумовлює лужні властивості розчину.
Солі, утворені сильними кислотами та сильними основами. При розчиненні у воді солей цього утворюється нейтральний розчин. Як приклад наведемо хлорид натрію NaCl. При розчиненні у воді ця сіль повністю іонізується і, отже, концентрація іонів Na+ виявляється рівною концентрації іонів Cl-. Оскільки ні той, ні інший іон не входить у кислотно-основні реакції з водою, у розчині немає утворення надлишкової кількості іонів H3O+ чи ОН. Тому розчин виявляється нейтральним.
Солі, що утворюються слабкими кислотами та слабкими основами. Прикладом таких солей є ацетат амонію. При розчиненні у воді іон амонію реагує з водою як кислота, а ацетат-іон реагує з водою як основа. Обидві ці реакції описані вище. Водний розчин солі, утвореної слабкою кислотою і слабкою основою, може бути слабокислим, слаболужним або нейтральним залежно від відносних концентрацій іонів H3O+ та ОН-, що утворюються в результаті реакцій катіонів та аніонів солі з водою. Це залежить від співвідношення між значеннями констант дисоціації катіону та аніону.