Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

7.7: Розчинність

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    22760

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Результати навчання

    • Перерахуйте приклади розчинів, виготовлених з різних комбінацій розчин-розчинник.
    • Розрізняють насичені і ненасичені розчини.
    • Поясніть вплив температури на розчинність твердих речовин і газів.
    • Використовуйте криву розчинності для визначення розчинності речовин при різних температурах.
    • Поясніть вплив тиску на розчинність газів.

    Раніше ми розглянули первинні характеристики розчину і те, як вода здатна розчиняти тверді розчинені речовини. Існує багато прикладів розчинів, які взагалі не включають воду, або розчинів, які включають розчинені речовини, які не є твердими речовинами. Наведена нижче таблиця узагальнює можливі комбінації станів розчин-розчинник, а також приклади кожного з них.

    \ (\ pageIndex {1}\): Комбінації розчин-розчинник">
    Таблиця\(\PageIndex{1}\): Комбінації розчинників
    Розчинений стан Стан розчинника Приклад
    рідкий газ вода в повітрі
    газ газ кисень в азоті (газова суміш)
    твердий рідкий сіль у воді
    рідкий рідкий спирт у воді
    газ рідкий вуглекислий газ у воді
    твердий твердий цинк в міді (латунний сплав)
    рідкий твердий ртуть в сріблі та олові (зубна амальгама)

    Повітря є однорідною сумішшю безлічі різних газів і, отже, кваліфікується як розчин. Тверді тверді розчини, такі як латунь, бронза, срібло, називають сплавами. Риби залежать від газу кисню, який розчиняється у воді, знайденої в океанах, озерах і річках (див. Малюнок нижче). Хоча тверді рідинні та водні розчини складають більшість розчинів, що зустрічаються в хімічній лабораторії, важливо знати про інші можливості.

    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Великі акваріуми, як цей резервуар для солоної води, мають повітря постійно пузириться у воду, так що риби мають достатньо розчиненого кисню, щоб дихати.

    Швидкість розчинення

    Ми знаємо, що розчинення твердої речовини водою залежить від зіткнень, які відбуваються між молекулами розчинника та частинками твердого кристала. Все, що можна зробити, щоб збільшити частоту цих зіткнень та/або надати цим зіткненням більше енергії, збільшить швидкість розчинення. Уявіть, що ви намагалися розчинити трохи цукру в склянці чаю. Пакет цукрового піску розчинився б швидше, ніж кубик цукру. Швидкість розчинення буде збільшена при перемішуванні або перемішуванні розчину. Нарешті, цукор швидше розчиняється в гарячому чаї, ніж у холодному чаї.

    Площа поверхні

    Швидкість розчинення розчиненої речовини залежить від розміру розчинених частинок. Розчинення - поверхневе явище, оскільки воно залежить від молекул розчинника, що стикаються із зовнішньою поверхнею розчиненого речовини. Задана кількість розчиненої речовини розчиняється швидше, коли вона подрібнюється на дрібні частинки, ніж якщо вона знаходиться у вигляді великого шматка, оскільки більша площа поверхні піддається впливу. Пакет цукрового піску піддає набагато більшій площі поверхні розчиннику і розчиняється швидше, ніж цукровий куб.

    Агітація рішення

    Розчинення цукру у воді буде відбуватися швидше, якщо воду розмішати. Перемішування дозволяє молекулам свіжих розчинників постійно контактувати з розчиненою речовиною. Якщо його не перемішувати, то вода прямо біля поверхні розчиненого речовини стає насиченою розчиненими молекулами цукру, а це означає, що додатковому розчиненому речовині складніше розчинитися. Цукровий куб врешті-решт розчиняється, оскільки випадкові рухи молекул води призведуть до контакту з цукром достатньо свіжого розчинника, але процес займе набагато більше часу. Важливо розуміти, що ні перемішування, ні розщеплення розчиненої речовини не впливають на загальну кількість розчиненої речовини, яка розчиняється. Він впливає тільки на швидкість розчинення.

    Температура

    Нагрівання розчинника дає молекулам більше кінетичної енергії. Більш швидкий рух означає, що молекули твердого або рідкого розчинника стикаються з розчиненою речовиною з більшою частотою, і зіткнення відбуваються з більшою силою. Обидва фактори збільшують швидкість розчинення твердої або рідкої розчиненої речовини. Як ми побачимо в наступному розділі, зміна температури не тільки впливає на швидкість розчинення, але й впливає на кількість розчиненої речовини, яка може бути розчинена.

    Типи рішень

    Кухонна сіль\(\left( \ce{NaCl} \right)\) легко розчиняється у воді. Припустимо, що у вас є склянка води, в яку ви додаєте трохи солі, помішуючи, поки вона не розчиниться. Потім ви додаєте більше, і це розчиняється, а також. Якщо ви продовжуєте додавати все більше солі, врешті-решт ви досягнете точки, коли більше солі не розчинятиметься, незалежно від того, як довго або наскільки енергійно ви її перемішуєте. Чому? На молекулярному рівні ми знаємо, що дія води змушує окремі іони розщеплюватися від кристала солі і потрапляють в розчин, де вони залишаються гідратованими молекулами води. Також трапляється те, що деякі розчинені іони знову стикаються з кристалом і залишаються там. Перекристалізація - це процес повернення розчиненого розчиненого речовини в твердий стан. У якийсь момент швидкість розчинення твердої солі стає рівною швидкості, з якою розчинена розчинена речовина перекристалізується. Коли ця точка досягнута, загальна кількість розчиненої солі залишається незмінною.

    Коли точка рівноваги розчину досягнута і більше не розчинена речовина не розчиняється, розчин, як кажуть, насичений. Насичений розчин - це розчин, який містить максимальну кількість розчиненого речовини, яке здатне розчинятися. При\(20^\text{o} \text{C}\), максимальна кількість\(\ce{NaCl}\) того, що буде розчинятися\(100. \: \text{g}\) у воді є\(36.0 \: \text{g}\). Якщо більше додати\(\ce{NaCl}\) після цього моменту, він не розчиниться, оскільки розчин насичений. Що робити, якщо замість цього в розчин додається більше води? Тепер більше\(\ce{NaCl}\) було б здатне розчинятися, оскільки присутній додатковий розчинник. Ненасичений розчин - це розчин, який містить менше максимальної кількості розчиненої речовини, яка здатна розчинятися. Малюнок нижче ілюструє вищевказаний процес і показує відмінність між ненасиченими і насиченими.

    Малюнок\(\PageIndex{2}\): Коли\(30.0 \: \text{g}\) з\(\ce{NaCl}\) додається до\(100 \: \text{mL}\) води при\(20^\text{o} \text{C}\), вона все розчиняється, утворюючи ненасичений розчин. При\(40.0 \: \text{g}\) додаванні\(36.0 \: \text{g}\) розчиняється і\(4.0 \: \text{g}\) залишається нерозчиненим, утворюючи насичений розчин.

    Як можна визначити, чи є розчин насиченим або ненасиченим? Якщо додається більше розчиненого речовини і він не розчиняється, значить, вихідний розчин був насиченим. Якщо доданий розчинений розчин розчиняється, значить, вихідний розчин виявився ненасиченим. Розчин, який має зайву нерозчинену розчинену речовину на дні ємності, повинен бути насиченим (див. Малюнок нижче).

    Малюнок\(\PageIndex{3}\): Насичений розчин солі (хлориду натрію) з нерозчиненою розчиненою речовиною, що залишилася на дні мірного стаканчика.

    Значення розчинності

    Розчинність речовини - це кількість тієї речовини, яка необхідна для утворення насиченого розчину в заданій кількості розчинника при заданій температурі. Розчинність часто вимірюється в грамах розчиненої речовини на\(100 \: \text{g}\) розчинник. Розчинність хлориду натрію у воді\(36.0 \: \text{g}\) припадає\(100 \: \text{g}\) на воду при\(20^\text{o} \text{C}\). Температура повинна бути вказана, оскільки розчинність змінюється залежно від температури. Для газів необхідно також вказати тиск. Розчинність специфічна для конкретного розчинника. Іншими словами, розчинність хлориду натрію була б різною в іншому розчиннику. Для цілей цього тексту розчинність речовини буде стосуватися розчинності у воді, якщо не вказано інше. Розчинності для різних розчинених речовин мають дуже широкі варіації, як видно з даних, представлених в таблиці нижче.

    Таблиця\(\PageIndex{2}\): Розчинність розчинених речовин при різних температурах (\(\text{g}\)розчинений в\(100 \: \text{g} \: \ce{H_2O}\))
    Речовина \(0^\text{o} \text{C}\) \(20^\text{o} \text{C}\) \(40^\text{o} \text{C}\) \(60^\text{o} \text{C}\) \(80^\text{o} \text{C}\) \(100^\text{o} \text{C}\)
    \(\ce{AgNO_3}\) \ (0^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 122 \ (20^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 216 \ (40^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">311 \ (60^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">440 \ (80^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 585 \ (100^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">733
    \(\ce{Ba(OH)_2}\) \ (0^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">1.67 \ (20^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">3.89 \ (40^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">8.22 \ (60^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 20.94 \ (80^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">101.4 \ (100^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">__
    \(\ce{C_{12}H_{22}O_{11}}\) \ (0^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">179 \ (20^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">204 \ (40^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">238 \ (60^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 287 \ (80^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">362 \ (100^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">487
    \(\ce{Ca(OH)_2}\) \ (0^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 0.189 \ (20^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 0.173 \ (40^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 0.141 \ (60^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 0.121 \ (80^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">__ \ (100^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 0.07
    \(\ce{KCl}\) \ (0^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 28.0 \ (20^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">34.2 \ (40^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">40.1 \ (60^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 45.8 \ (80^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 51.3 \ (100^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 56.3
    \(\ce{KI}\) \ (0^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 128 \ (20^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">144 \ (40^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">162 \ (60^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">176 \ (80^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 192 \ (100^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 206
    \(\ce{KNO_3}\) \ (0^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">13.9 \ (20^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">31.6 \ (40^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 61.3 \ (60^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 106 \ (80^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 167 \ (100^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">245
    \(\ce{LiCl}\) \ (0^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">69.2 \ (20^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 83.5 \ (40^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 89.8 \ (60^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">98.4 \ (80^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 112 \ (100^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 128
    \(\ce{NaCl}\) \ (0^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">35.7 \ (20^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">35.9 \ (40^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 36.4 \ (60^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 37.1 \ (80^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">38.0 \ (100^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">39.2
    \(\ce{NaNO_3}\) \ (0^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">73 \ (20^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 87.6 \ (40^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 102 \ (60^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 122 \ (80^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 148 \ (100^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 180
    \(\ce{CO_2}\)\(\left( 1 \: \text{atm} \right)\) \ (0^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 0.335 \ (20^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 0.169 \ (40^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 0.0973 \ (60^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 0.058 \ (80^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">__ \ (100^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; ">__
    \(\ce{O_2}\)\(\left( 1 \: \text{atm} \right)\) \ (0^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 0.00694 \ (20^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 0.00537 \ (40^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 0.00308 \ (60^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 0,00227 \ (80^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 0.00138 \ (100^\ text {o}\ text {C}\)» style="вертикальне вирівнювання: середина; "> 0.00

    Фактори, що впливають на розчинність

    На розчинність твердого або рідкого розчиненого речовини в розчиннику впливає температура, тоді як на розчинність газоподібного розчиненого речовини впливає як температура, так і тиск газу. Розглянемо вплив температури і тиску окремо.

    Температура

    Розчинність більшості твердих речовин збільшується з підвищенням температури. Однак ефект важко передбачити і варіюється в широких межах від одного розчиненого речовини до іншого. Температурну залежність розчинності можна візуалізувати за допомогою кривої розчинності, яка є графіком розчинності проти температури. Вивчіть показані криві розчинності (див. Малюнок нижче).

    Малюнок\(\PageIndex{4}\): Крива розчинності - це графік розчинності речовини в залежності від температури.

    Зверніть увагу, як температурна залежність\(\ce{NaCl}\) досить плоска, а це означає, що підвищення температури має відносно невеликий вплив на розчинність\(\ce{NaCl}\). Крива для\(\ce{KNO_3}\), з іншого боку, дуже крута; підвищення температури різко збільшує розчинність\(\ce{KNO_3}\).

    Кілька речовин, перерахованих на графіку -\(\ce{HCl}\)\(\ce{NH_3}\), і\(\ce{SO_2}\) - мають розчинності, які зменшуються з підвищенням температури. Ці речовини є всі гази в зазначеному діапазоні температур при стандартному тиску. При нагріванні розчинника з розчиненим в ньому газом кінетична енергія як розчинника, так і розчиненої речовини збільшується. Зі збільшенням кінетичної енергії газоподібного розчиненого речовини його молекули мають більшу тенденцію до виходу з тяжіння молекул розчинника і повернення назад до газової фази. В результаті розчинність газу зменшується з підвищенням температури. Це має деякі глибокі екологічні наслідки. Промислові підприємства, розташовані поблизу водойм, часто використовують цю воду як теплоносій, повертаючи теплішу воду назад в озеро або річку. Це підвищує загальну температуру води, що знижує кількість розчиненого кисню, впливаючи на виживання риб та інших організмів.

    Криві розчинності можуть бути використані для визначення, чи є даний розчин насиченим або ненасиченим. Припустимо, що\(80 \: \text{g}\)\(100 \: \text{g}\) з\(\ce{KNO_3}\) додається до води при\(30^\text{o} \text{C}\). Відповідно до кривої розчинності, приблизно\(48 \: \text{g}\) з\(\ce{KNO_3}\) буде розчинятися при\(30^\text{o} \text{C}\). Це означає, що розчин буде насиченим,\(48 \: \text{g}\) так як менше\(80 \: \text{g}\). Ми також можемо визначити, що на дні ємності залишиться нерозчинений\(\ce{KNO_3}\) залишився.\(80 - 48 = 32 \: \text{g}\) Тепер припустимо, що цей насичений розчин нагрітий до\(60^\text{o} \text{C}\). Відповідно до кривої, розчинність\(\ce{KNO_3}\) ат\(60^\text{o} \text{C}\) приблизно\(107 \ \text{g}\) розчин зараз ненасичений, оскільки він все ще містить лише оригінал\(80 \: \text{g}\) розчиненої речовини, всі з яких зараз розчинені. Потім, припустимо, розчин охолоджується до кінця\(0^\text{o} \text{C}\). Розчинність в\(0^\text{o} \text{C}\) приблизно\(14 \: \text{g}\), це означає, що\(80 - 14 = 66 \: \text{g}\) з\(\ce{KNO_3}\) буде перекристалізуватися.

    Деякі розчинні речовини, такі як ацетат натрію, не перекристалізуються легко. Припустимо, точно насичений розчин ацетату натрію готують при\(50^\text{o} \text{C}\). Оскільки він охолоджується до кімнатної температури, кристали не відразу з'являються в розчині, навіть незважаючи на те, що розчинність ацетату натрію нижча при кімнатній температурі. Пересичений розчин - це розчин, який містить більше максимальної кількості розчиненого речовини, здатного розчинятися при заданій температурі. Перекристалізація надлишку розчиненої речовини - це перенасичений розчин може бути ініційований додаванням крихітного кристала розчиненої речовини, званого кристалом насіння. Насіннєвий кристал забезпечує місце зародження, на якому можуть почати рости надлишки розчинених кристалів. Перекристалізація з перенасиченого розчину, як правило, дуже швидка.

    Тиск

    Тиск дуже мало впливає на розчинність твердих речовин або рідин, але має значний вплив на розчинність газів. Розчинність в газі збільшується зі збільшенням парціального тиску газу над рідиною. Припустимо, певний обсяг води знаходиться в закритій ємності з простором над ним, зайнятим газом вуглекислого газу при стандартному тиску. Частина\(\ce{CO_2}\) молекул стикається з поверхнею води і розчиняється в рідині. Тепер припустимо, що в простір над ємністю\(\ce{CO_2}\) додається більше, викликаючи підвищення тиску. Більше\(\ce{CO_2}\) молекул зараз контактують з водою, тому їх більше розчиняється. Таким чином розчинність збільшується в міру збільшення тиску. Як і у випадку з твердим тілом,\(\ce{CO_2}\) що не розчиняється досягає рівноваги з розчиненим\(\ce{CO_2}\), представленим наступним рівнянням.

    \[\ce{CO_2} \left( g \right) \rightleftharpoons \ce{CO_2} \left( aq \right)\]

    При рівновазі швидкість газоподібного\(\ce{CO_2}\) розчинення дорівнює швидкості\(\ce{CO_2}\) виходу розчиненого з розчину.

    Коли газовані напої упаковані, вони роблять це під високим\(\ce{CO_2}\) тиском, щоб велика кількість вуглекислого газу розчинялася в рідині. При відкритті пляшки рівновага порушується через те, що\(\ce{CO_2}\) тиск над рідиною знижується. Відразу ж бульбашки\(\ce{CO_2}\) швидко виходять з розчину і вириваються з верхньої частини відкритої пляшки. Кількість розчиненого\(\ce{CO_2}\) зменшується. Якщо пляшку залишити відкритою на тривалий період часу, напій стає «плоским», оскільки з рідини\(\ce{CO_2}\) виходить все більше і більше.

    Зв'язок розчинності газу до тиску описується законом Генрі, названим на честь англійського хіміка Вільяма Генрі (1774 - 1836). Закон Генрі стверджує, що розчинність газу в рідині прямо пропорційна парціальному тиску газу над рідиною.

    Додаткові ресурси

    Дописувачі та атрибуція