Растворимость веществ в воде. Равновесия при растворении

Растворимость

Способность одного вещества растворяться в другом при заданных условиях имеет количественное выражение, называемое растворимостью. Растворимость данного вещества равна его концентрации в насыщенном растворе при данной температуре. Часто растворимость дается как масса растворенного вещества в насыщенном растворе, приходящаяся на 100 г массы растворителя, или как молярная концентрация растворенного вещества в насыщенном растворе (в этом случае растворимость обозначается S, выражается в моль/л).

Насыщенным раствором называется такой раствор, который находится в динамическом равновесии с избытком растворяемого вещества. Понятие «насыщенный раствор» связано с обратимостью процесса растворения. На границе раздела фаз растворяемое вещество – раствор одновременно идут два процесса: растворение и выделение вещества из раствора. Если скорости этих процессов равны, то система находится в состоянии динамического равновесия (Vр-ния=Vкрист), отвечающего насыщению раствора.

Если концентрация вещества в растворе при заданных условиях меньше его растворимости, то раствор является ненасыщенным. Скорость растворения при контакте вещества с растворителем больше скорости выделения вещества из раствора (Vр-ния>Vкрист).

При определенных условиях можно получить раствор, концентрация вещества в котором больше растворимости (осторожное и медленное охлаждение насыщенных при высокой температуре растворов). Такой раствор называют пересыщенным. Контакт раствора с веществом вызывает выделение вещества из раствора (Vр-ния

Однако абсолютно нерастворимых веществ нет. Если опустить в воду стеклянную палочку или проволочку из золота или серебра, то они в ничтожно малых количествах все же растворяются в воде. Как известно, растворы серебра или золота в воде убивают микробов. Стекло, серебро, золото — практически нерастворимые в воде вещества.

Растворимость зависит от:

— природы растворенного вещества и растворителя;

— внешних условий (температуры; давления для газообразных веществ).

Влияние на растворимость природы компонентов.При получении растворов часто выполняется эмпирическое правило: подобное растворяется в подобном (полярное – в полярном, неполярное – в неполярном). Т.е. полярные и ионные вещества хорошо растворимы в полярных растворителях (например, поваренная соль NaCl, в которой реализуется ионная связь хорошо растворяется в воде, молекулы которой полярны). Неполярные вещества хорошо растворимы в неполярных растворителях (пример: керосин растворяется в растительном масле).

Влияние на растворимость внешних условий. Поскольку растворимость характеризует истинное равновесие, для определения влияния температуры и давления на растворимость можно воспользоваться принципом Ле Шателье: характер действия Т и Р будет определятся соответственно знаком DHр и DVр, а его величина – их абсолютным значением.

Чаще всего растворимость твердых веществ при повышении температуры увеличивается (DHр>0), а жидких и газообразных – уменьшается (DHр

109.201.137.33 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Растворимость веществ в воде. Свойства растворов

Растворомназывается термодинамически устойчивая гомогенная (однофазная) система переменного состава, состоящая из двух или более компонентов (химических веществ). Компонентами, составляющими раствор, являются растворитель и растворенное вещество. Обычно растворителем считается тот компонент, который в чистом виде существует в таком же агрегатном состоянии, что и полученный раствор (например, в случае водного раствора соли растворителем является, конечно, вода). Если же оба компонента до растворения находились в одинаковом агрегатном состоянии (например, спирт и вода), то растворителем считается компонент, находящийся в большем количестве.

Растворы бывают жидкими, твердыми и газообразными.

Жидкие растворы – это растворы солей, сахара, спирта в воде. Жидкие растворы могут быть водными и неводными. Водные растворы – это растворы, в которых растворителем является вода. Неводные растворы – это растворы, в которых растворителями являются органические жидкости (бензол, спирт, эфир и т.д.). Твёрдые растворы – сплавы металлов. Газообразные растворы – воздух и другие смеси газов.

Читать еще:  Когда нечего делать за компом. Что делать, если скучно дома

Процесс растворения.Растворение – это сложный физико-химический процесс. При физическом процессе происходит разрушение структуры растворяемого вещества и распределение его частиц между молекулами растворителя. Химический процесс – это взаимодействие молекул растворителя с частицами растворенного вещества. В результате этого взаимодействия образуются сольваты.Если растворителем является вода, то образующиеся сольваты называются гидратами. Процесс образования сольватов называется сольватацией, процесс образования гидратов – гидратацией. При упаривании водных растворов образуются кристаллогидраты – это кристаллические вещества, в состав которых входит определенное число молекул воды (кристаллизационная вода). Примеры кристаллогидратов: CuSO4 . 5H2O – пентагидрат сульфата меди (II); FeSO4 . 7H2O – гептагидрат сульфата железа (II).

Физический процесс растворения идёт с поглощением энергии, химический – с выделением. Если в результате гидратации (сольватации) выделяется больше энергии, чем ее поглощается при разрушении структуры вещества, то растворение – экзотермический процесс. Выделение энергии происходит при растворении NaOH, H2SO4, Na2CO3, ZnSO4 и других веществ. Если для разрушения структуры вещества надо больше энергии, чем её выделяется при гидратации, то растворение – эндотермический процесс. Поглощение энергии происходит при растворении в воде NaNO3, KCl, NH4NO3, K2SO4, NH4Cl и некоторых других веществ.

Количество энергии, которое выделяется или поглощается при растворении, называется тепловым эффектом растворения.

Растворимостьювещества называется его способность распределяться в другом веществе в виде атомов, ионов или молекул с образованием термодинамически устойчивой системы переменного состава. Количественной характеристикой растворимости является коэффициент растворимости, который показывает, какая максимальная масса вещества может раствориться в 1000 или 100 г воды при данной температуре. Растворимость вещества зависит от природы растворителя и вещества, от температуры и давления (для газов). Растворимость твердых веществ в основном увеличивается при повышении температуры. Растворимость газов с повышением температуры уменьшается, но при повышении давления увеличивается.

По растворимости в воде вещества делят на три группы:

1. Хорошо растворимые (р.). Растворимость веществ больше 10 г в 1000г воды. Например, 2000 г сахара растворяется в 1000 г воды, или в 1 л воды.

2. Малорастворимые (м.). Растворимость веществ от 0,01 г до 10 г в 1000 г воды. Например, 2 г гипса (CaSO4 . 2 H2O) растворяется в 1000 г воды.

3. Практически нерастворимые (н.). Растворимость веществ меньше 0,01 г в 1000 г воды. Например, в 1000 г воды растворяется 1,5 . 10 -3 г AgCl.

При растворении веществ могут образоваться насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные растворы.

Насыщенный раствор – это раствор, который содержит максимальное количество растворяемого вещества при данных условиях. При добавлении вещества в такой раствор вещество больше не растворяется.

Ненасыщенный раствор – это раствор, который содержит меньше растворяемого вещества, чем насыщенный при данных условиях. При добавлении вещества в такой раствор вещество еще растворяется.

Иногда удается получить раствор, в котором растворенного вещества содержится больше, чем в насыщенном растворе при данной температуре. Такой раствор называется пересыщенным. Этот раствор получают при осторожном охлаждении насыщенного раствора до комнатной температуры. Пересыщенные растворы очень неустойчивы. Кристаллизацию вещества в таком растворе можно вызвать путем потирания стеклянной палочкой стенок сосуда, в котором находится данный раствор. Этот способ применяется при выполнении некоторых качественных реакций.

Растворимость вещества может выражаться и молярной концентрацией его насыщенного раствора (п.2.2).

Константа растворимости. Рассмотрим процессы, возникающие при взаимодействии малорастворимого, но сильного электролита сульфата бария BaSO4 с водой. Под действием диполей воды ионы Ba 2+ и SO4 2 — из кристаллической решетки BaSO4 будут переходить в жидкую фазу. Одновременно с этим процессом под влиянием электростатического поля кристаллической решетки часть ионов Ba 2+ и SO4 2 — вновь будет осаждаться (рис.3). При данной температуре в гетерогенной системе, наконец, установится равновесие: скорость процесса растворения (V1) будет равна скорости процесса осаждения (V2), т.е.

Рис. 3. Насыщенный раствор сульфата бария

Раствор, находящийся в равновесии с твердой фазой BaSO4, называется насыщенным относительно сульфата бария.

Насыщенный раствор представляет собой равновесную гетерогенную систему, которая характеризуется константой химического равновесия:

Читать еще:  Петр федорович племянник елизаветы болел оспой. Правление Петра III

, (1)

где a (Ba 2+ ) – активность ионов бария; a(SO4 2- ) – активность сульфат-ионов;

a (BaSO4) – активность молекул сульфата бария.

Знаменатель этой дроби – активность кристаллического BaSO4 – является постоянной величиной, равной единице. Произведение двух констант дает новую постоянную величину, которую называют термодинамической константой растворимости и обозначают Кs ° :

Кs ° = a(Ba 2+ ) . a(SO4 2- ). (2)

Эту величину раньше называли произведением растворимости и обозначали ПР.

Таким образом, в насыщенном растворе малорастворимого сильного электролита произведение равновесных активностей его ионов есть величина постоянная при данной температуре.

Если принять, что в насыщенном растворе малорастворимого электролита коэффициент активности f

1, то активность ионов в таком случае можно заменить их концентрациями, так как а(X) = f (X) . С(X). Термодинамическая константа растворимости Кs ° перейдет в концентрационную константу растворимости Кs:

Кs = С(Ba 2+ ) . С(SO4 2- ), (3)

где С(Ba 2+ ) и С(SO4 2 — ) – равновесные концентрации ионов Ba 2+ и SO4 2 — (моль/л) в насыщенном растворе сульфата бария.

Для упрощения расчётов обычно пользуются концентрационной константой растворимости Кs , принимая f (Х) = 1 (приложение 2).

Если малорастворимый сильный электролит образует при диссоциации несколько ионов, то в выражение Кs (или Кs ° ) входят соответствующие степени, равные стехиометрическим коэффициентам:

PbCl2 ⇄ Pb 2+ + 2 Cl — ; Ks = С (Pb 2+ ) . С 2 (Cl — );

В общем виде выражение концентрационной константы растворимости для электролита AmBnm A n+ + n B m — имеет вид

Ks = С m (A n+ ) . С n (B m — ),

где С — концентрации ионов A n+ и B m — в насыщенном растворе электролита в моль/л.

Величиной Ks принято пользоваться только в отношении электролитов, растворимость которых в воде не превышает 0,01 моль/л.

Условия образования осадков

Предположим, с — фактическая концентрация ионов трудно растворимого электролита в растворе.

Если С m (A n + ) . С n (B m — ) > Ks , то произойдет образование осадка, т.к. раствор становится пересыщенным.

Если С m (A n + ) . С n (B m — )

CHEMEGE.RU

Подготовка к ЕГЭ по химии и олимпиадам

Растворимость

Растворимость (Р, χ или ks) – это характеристика насыщенного раствора, которая показывает, какая масса растворенного вещества может максимально раствориться в 100 г растворителя. Размерность растворимости — г/ 100 г воды. Поскольку мы определяем массу соли, которая приходится на 100 г воды, в формулу растворимости добавляем множитель 100:

здесь mр.в. – масса растворенного вещества, г

mр-ля – масса растворителя, г

Иногда используют обозначение коэффициент растворимости kS.

Задачи на растворимость, как правило, вызывают сложности, так как эта физическая величина для школьников не очень привычна.

Растворимость веществ в различных растворителях меняется в широких пределах.

В таблтце приведена растворимость некоторых веществ в воде при 20 o С:

Растворимость, г на 100 г H2O

Растворимость, г на 100 г H2O

От чего же зависит растворимость веществ? От ряда факторов: от природы растворенного вещества и растворителя, от температуры и давления. В справочных таблицах предлагается вещества делят на хорошо растворимые, малорастворимые и нерастворимые. Такое деление очень условное, поскольку абсолютно нерастворимых веществ нет. Даже серебро и золото растворимы в воде, однако их растворимость настолько мала, что можно пернебречь ей.

Зависимость растворимости от природы растворенного вещества и растворителя*

Растворимость твердых веществ в жидкостях зависит от структуры твердого вещества (от типа кристаллической решетки твердого вещества). Например , вещества с металлическими кристаллическими решетками (железо, медь и др.) очень мало растворимы в воде. Вещества с ионной кристаллической решеткой, как правило, хорошо растворимы в воде.

Есть замечательное правило: “подобное хорошо растворяется в подобном”. Вещества с ионным или полярным типом связи хорошо растворяются в полярных растворителях. Например , соли хорошо растворимы в воде. В то же время неполярные вещества, как правило, хорошо растворяются в неполярных растворителях.

Большинство солей щелочных металлов и аммония хорошо растворимы в воде. Хорошо растворимы почти все нитраты, нитриты и многие галогениды (кроме галогенидов серебра, ртути, свинца и таллия) и сульфаты (кроме сульфатов щелочноземельных металлов, серебра и свинца). Для переходных металлов характерна небольшая растворимость их сульфидов, фосфатов, карбонатов и некоторых других солей.

Читать еще:  Название крупных чисел. Большие числа - какие они числа-гиганты

Растворимость газов в жидкостях также зависит от их природы. Например, в 100 объемах воды при 20 o С растворяется 2 объема водорода, 3 объема кислорода. В тех же условиях в 1 объеме Н2О растворяется 700 объемов аммиака.

Влияние температуры на растворимость газов, твердых веществ и жидкостей*

Растворение газов в воде вследствие гидратации молекул растворяемого газа сопровождается выделением теплоты. Поэтому при повышении температуры растворимость газов понижается.

Температура различным образом влияет на растворимость твердых веществ в воде. В большинстве случаев растворимость твердых веществ возрастает с повышением температуры. Например , растворимость нитрата натрия NaNO3 и нитрата калия КNO3 при нагревании увеличивается (процесс растворения протекает с поглощением теплоты). Растворимость NaCl при увеличении температуры возрастает незначительно, что связано с почти нулевым тепловым эффектом растворения поваренной соли.

Влияние давления на растворимость газов, твердых веществ и жидкостей*

На растворимость твердых и жидких веществ в жидкостях давление практически не оказывает влияния, так как изменение объема при растворении невелико. При растворении газообразных веществ в жидкости происходит уменьшение объема системы, поэтому повышение давления приводит к увеличению растворимости газов. В общем виде зависимость растворимости газов от давления подчиняется закону У. Генри (Англия, 1803 г.): растворимость газа при постоянной температуре прямо пропорциональна его давлению над жидкостью.

Закон Генри справедлив лишь при небольших давлениях для газов, растворимость которых сравнительно невелика и при условии отсутствия химического взаимодействия между молекулами растворяемого газа и растворителем.

Влияние посторонних веществ на растворимость*

В присутствии в воде других веществ (солей, кислот и щелочей) растворимость газов уменьшается. Растворимость газообразного хлора в насыщенном водном растворе поваренной соли в 10 раз меньше. Чем в чистой воде.

Эффект понижения растворимости в присутствии солей называется высаливанием. Понижение растворимости обусловлено гидратацией солей, что вызывает уменьшение числа свободных молекул воды. Молекулы воды, связанные с ионами электролита, уже не являются растворителем для других веществ.

Примеры задач на растворимость

Задача 1. Массовая доля вещества в насыщенном растворе равна 24% при некоторой температуре. Определите коэффициент растворимости этого вещества при данной температуре.

Решение:

Для определения растворимости вещества примем массу раствора равной 100 г. Тогда масса соли равна:

Масса воды равна:

mводы = mр-ра – mр.в. = 100 — 24 = 76 г

χ = mр.в./mр-ля⋅100 = 24/76⋅100 = 31,6 г вещества на 100 г воды.

Еще несколько аналогичных задач:

2. Массовая доля соли в насыщенном растворе при некоторой температуре равна 28,5%. Определите коэффициент растворимости вещества при этой температуре.

3. Определите коэффициент растворимости нитрата калия при некоторой температуре, если массовая доля соли при этой температуре равна 0,48.

4. Какая масса воды и соли потребуется для приготовления 500г насыщенного при некоторой температуре раствора нитрата калия, если его коэффициент растворимости при этой температуре равен 63,9г соли в 100г воды?

5. Коэффициент растворимости хлорида натрия при некоторой температуре составляет 36г соли в 100г воды. Определите молярную концентрацию насыщенного раствора этой соли, если плотность раствора 1,2 г/мл.

6. Какая масса соли и 5% раствора её потребуется для приготовления 450г насыщенного при некоторой температуре раствора сульфата калия, если его коэффициент растворимости при этой температуре равен 439г/1000г воды?

7. Какая масса нитрата бария выделится из раствора, насыщенного при100ºС и охлаждённого до 0ºС, если во взятом растворе было 150мл воды? Коэффициент растворимости нитрата бария при температурах 0ºС и 100ºС равен соответственно 50г и 342г в 100г воды.

8. Коэффициент растворимости хлорида калия при 90ºС равен 500г/л воды. Сколько граммов этого вещества можно растворить в 500г воды при 90ºС и какова его массовая доля в насыщенном растворе при этой температуре?

9. В 500г воды растворено при нагревании 300г хлорида аммония. Какая масса хлорида аммония выделится из раствора при его охлаждении до 50ºС, если коэффициент растворимости соли при этой температуре равен 50г/л воды?

Источники:

http://studopedia.ru/3_48871_rastvorimost.html

http://lektsii.org/9-53701.html

http://chemege.ru/rastvorimost/

Ссылка на основную публикацию
Статьи на тему: