Розчинність

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.

Розчинністю речовини називають здатність її розчинятися в тому чи іншому розчиннику. Мірою розчинності, або коефіцієнтом розчинності (або просто розчинністю) служить кількість грамів речовини, яка при даній температурі розчиняється в 100 г води з утворенням насиченого розчину.

[ред.] Розчинність твердих речовин

За розчинністю у воді тверді речовини поділяються на добре розчинні, малорозчинні і практично нерозчинні. Прикладом добре розчинних речовин можуть бути хлорид магнію MgCl, карбонат натрію Na₂CO₃ і нітрат срібла AgNO₃, розчинність яких (у грамах на 100 г води з утворенням насиченого розчину) при звичайній температурі дорівнює відповідно 20 г, 54 г і 215 г.

Взагалі добре розчинними називають такі речовини, розчинність яких при звичайній температурі більша 10 г. Малорозчинними називають такі речовини, розчинність яких при звичайній температурі менша 1 г, а практично нерозчинними такі, розчинність яких менша 0,01 г. Прикладом малорозчинних речовин можуть служити сульфат кальцію CaSO₄, розчинність якого становить 0,21 г, і гідроксид кальцію Ca(OH)₂, розчинність якого — 0,16 г. До практично нерозчинних речовин належать сульфат барію BaSO₄, хлорид срібла AgCl, карбонат кальцію CaCO₃, кварцовий пісок SiO₂. Абсолютно нерозчинних речовин немає.

З підвищенням температури розчинність більшості твердих речовин збільшується, причому для деяких речовин дуже різко, а для деяких — зовсім мало. Так, наприклад, для хлориду натрію NaCl розчинність мало змінюється із зміною температури і становить при звичайній температурі 36 г (на 100 г води), а при 100°С — 39 г. Для калійної селітри KNO₃, навпаки, розчинність дуже різко змінюється із зміною температури і становить при звичайній температурі 31,5 г, а при 100°С — 245 г. Тому коли мова йде про розчинність (коефіцієнт розчинності) речовини, то завжди слід вказувати і температуру, бо розчинність однієї і тієї самої речовини при різних температурах різна.

Залежність розчинності твердих речовин від температури для наочності часто зображають графічно кривими розчинності. На осі абсцис відкладають у певному масштабі температуру, а на осі ординат — розчинність. Криві розчинності дають можливість швидко знаходити розчинність речовини при будь-якій температурі.

[ред.] Розчинність рідин

Рідини за їх розчинністю у воді теж поділяють на добре розчинні, малорозчинні і практично нерозчинні Деякі рідини, як спирт і гліцерин, змішуються з водою у будь-яких відношеннях, не утворюючи насичених розчинів. Добре розчинними у воді є також сульфатна H₂SO₄ і нітратна HNO₃ кислоти.

За приклад малорозчинних рідин може служити ефір, який уже при невеликих кількостях утворює з водою насичений розчин. Вода в ефірі розчиняється теж дуже мало. Тому при змішуванні ефіру з водою утворюються два шари насичених розчинів: нижній шар - ефіру у воді і верхній - води в ефірі підвищенням температури взаємна розчинність рідин звичайно збільшується. До нерозчинних у воді рідин належать бензин, гас, олія та ін. Вода в цих речовинах теж не розчиняється.

[ред.] Розчинність газів

Різні гази у воді розчиняються також по-різному, причому розчинність газоподібних речовин виражають звичайно не в грамах, а в кубічних сантиметрах (перерахованих на нормальні умови) і теж відносять до 100 г води (іноді до 1 дм³). Добре розчинними у воді є тільки деякі гази, наприклад аміак NH₃ і хлороводень HCl. Розчинність аміаку при звичайних умовах становить 71 000 см³ у 100 г води, а хлороводню — 45 000 см³. Добре розчинними є також сірководень H₂S і діоксид вуглецю CO₂, розчинність яких при звичайних умовах становить відповідно 204 см³ і 66 см³. Більшість газів погано розчиняються у воді. Так, розчинність кисню при звичайних умовах у 100 г становить лише 3,1 см³, водню — 1,8 см³, а азоту — 1,5 см³.

При нагріванні розчинність газів у воді різко зменшується, а при збільшенні тиску, навпаки, збільшується.

[ред.] Теплові явища при розчиненні

Процес розчинення кожної речовини у воді супроводжується або виділенням, або поглинанням тепла, внаслідок чого одержуваний розчин або нагрівається, або охолоджується. Розчинення газоподібних речовин завжди супроводжується виділенням тепла і нагріванням розчину. При розчиненні багатьох рідин у воді, наприклад спирту і сульфатної кислоти, теж виділяється значна кількість тепла і розчин сильно нагрівається.

При розчиненні твердих речовин у воді інколи виділяється, а інколи поглинається тепло. Так, при розчиненні їдких лугів (кристалічних) NaOH і KOH, безводного хлориду кальцію CaCl₂ і багатьох інших речовин спостерігається сильне нагрівання розчину, а при розчиненні нітрату амонію NH₄NO₃ і деяких інших речовин, навпаки, спостерігається сильне охолодження розчину. Вперше на теплові явища при процесах розчинення звернув увагу і дав їм теоретичне обґрунтування Д. І. Менделєєв. За поглядами Менделєєва, розчинення є не тільки фізичним процесом, при якому молекули розчинюваної речовини рівномірно розподіляються між молекулами води, а й хімічним, внаслідок якого молекули або іони розчинюваної речовини з молекулами води утворюють певні хімічні сполуки. Ці сполуки Менделєєв назвав гідратами, а сам процес їх утворення — процесом гідратації. Через це його теорію було названо хімічною, або гідратною, теорією розчинення.

Гідрати умовились позначати такою загальною формулою: А•nH₂O, де А — молекула або іон розчиненої речовини, а n — певне число молекул води, що припадає на одну молекулу або один іон розчиненої речовини. Гідрати більшості речовин на відміну від звичайних хімічних сполук є дуже нестійкими й існують лише у розчинах, а при випарюванні розчину розкладаються. Але відомі й порівняно стійкі гідрати, які можна виділити з розчину у твердому стані (так звані кристалогідрати).

Утворення гідратів супроводжується звичайно виділенням тепла, внаслідок чого розчин нагрівається. Але поряд з цим при розчиненні мають місце й інші процеси — відрив частинок (молекул або іонів) від кристалічної поверхні розчинюваної речовини (у випадку розчинення твердих речовин) і їх розміщення по всьому об'єму розчину, на що витрачається певна кількість внутрішньої енергії, внаслідок чого розчин повинен охолоджуватися. У зв'язку з цим сумарний тепловий ефект розчинення твердої речовини може бути різним. Якщо витрачена енергія на роздрібнення кристалічної речовини дорівнює енергії гідратації, то процес розчинення відбуватиметься без видимих теплових змін. Якщо ж енергія гідратації менша від енергії роздрібнення кристалічної речовини, то розчинення буде супроводжуватися охолодженням, а коли, навпаки, енергія гідратації більша, то розчинення супроводжується нагріванням розчину.