Реферат: Растворы и растворимость

РАСТВОРЫ. РАСТВОРИМОСТЬ

     Еслив сосуд с водой поместить кристаллы поваренной соли, сахара или перманганатакалия (марганцовки), то мы можем наблюдать, как количество твердого веществапостепенно уменьшается. При этом вода, в которую были добавлены кристаллы,приобретает новые свойства: у нее появляется соленый или сладкий вкус (в случаемарганцовки появляется малиновая окраска), изменяется плотность, температуразамерзания и т.д. Полученные жидкости уже нельзя назвать водой, даже если онинеотличимы от воды по внешнему виду (как в случае с солью и сахаром). Это –растворы.

    

     Растворы — однородная многокомпонентная система,состоящая из растворителя, растворённых веществ и продуктов их взаимодействия.

    

     Растворыне отстаиваются и сохранятся все время однородными. Если раствор профильтроватьчерез самый плотный фильтр, то ни соль, ни сахар, ни марганцевокислый калий неудается отделить от воды. Следовательно, эти вещества в воде раздроблены донаиболее мелких частиц – молекул. Молекулы могут опять собраться в кристаллытолько тогда, когда мы выпарим воду. Таким образом, растворы – это молекулярныесмеси.
    

     Поагрегатному состоянию растворы могут быть жидкими (морская вода),газообразными (воздух) или твёрдыми (многие сплавы металлов).
     Размеры частиц в истинных растворах — менее 10-9м (порядка размеров молекул).

      Любой раствор состоит из растворителяи растворенного вещества. В приведенных примерах растворителем являетсявода. Но не всегда обязательно вода является растворителем. Например, можнополучить раствор воды в серной кислоте. Здесь растворителем будет кислота.Можно приготовить и растворы кислоты в воде.

     Издвух или нескольких компонентов раствора растворителем является тот, которыйвзят в большем количестве и имеет то же агрегатное состояние, что и раствор вцелом.

**Существуют растворы не только жидкие, но и газовые и даже твердые. Например,воздух – раствор кислорода и еще нескольких газов в азоте. Сплавы металловпредставляют собой твердые растворы металлов друг в друге. Газы, как мы ужезнаем, способны растворяться в воде.

     Давайтеразберемся в том, как происходит растворение веществ. Для этого понаблюдаем,как растворяется добавленный в чай сахар. Если чай холодный, то сахаррастворяется медленно. Наоборот, если чай горячий и размешивается ложечкой, торастворение происходит быстро.

     Попадаяв воду, молекулы сахара, находящиеся на поверхности кристаллов сахарного песка,образуют с молекулами воды донорно-акцепторные (водородные) связи. При этом содной молекулой сахара связывается несколько молекул воды. Тепловое движениемолекул воды заставляет связанные с ними молекулы сахара отрываться откристалла и переходить в толщу молекул растворителя (рис. 7-2).

/>    Рис. 7-2. Молекулы сахара (белые кружочки), находящиеся на поверхностикристалла сахара, окружены молекулами воды (темные кружочки). Между молекуламисахара и воды возникают водородные связи, благодаря которым молекулы сахараотрываются от поверхности кристалла. Молекулы воды, не связанные с молекуламисахара, на рисунке не показаны.

Молекулысахара, перешедшие из кристалла в раствор, могут передвигаться по всему объемураствора вместе с молекулами воды благодаря тепловому движению. Это явлениеназывается диффузией. Диффузия происходит медленно, поэтому околоповерхности кристаллов находится избыток уже оторванных от кристалла, но еще недиффундировавших в раствор молекул сахара.

Они мешаютновым молекулам воды подойти к поверхности кристалла, чтобы связаться с егомолекулами водородными связями. Если раствор перемешивать, то диффузияпроисходит интенсивнее и растворение сахара идет быстрее. Молекулы сахарараспределяются равномерно и раствор становится одинаково сладким по всемуобъему.

Количествомолекул, способных перейти в раствор, часто ограничено. Молекулы вещества нетолько покидают кристалл, но и вновь присоединяются к кристаллу из раствора.Пока кристаллов относительно немного, больше молекул переходит в раствор, чемвозвращается из него – идет растворение. Но если растворитель находится вконтакте с большим количеством кристаллов, то число уходящих и возвращающихсямолекул становится одинаковым и для внешнего наблюдателя растворениепрекращается.

Ненасыщенные, насыщенные и перенасыщенные растворы

Еслимолекулярные или ионные частицы, распределённые в жидком растворе присутствуютв нём в таком количестве, что при данных условиях не происходит дальнейшегорастворения вещества, раствор называется насыщенным. (Например, еслипоместить 50 г NaCl в 100 г H2O, то при20ºC растворится только 36 г соли).

Насыщенным называется раствор, который находится вдинамическом равновесии с избытком растворённого вещества.

Поместив в 100 г воды при 20ºC меньше36 г NaCl мы получим ненасыщенный раствор.

При нагревании смеси соли с водой до 100C произойдётрастворение 39,8 г NaCl в 100 г воды. Если теперьудалить из раствора нерастворившуюся соль, а раствор осторожно охладить до20ºC, избыточное количество соли не всегда выпадает в осадок. В этомслучае мы имеем дело с перенасыщенным раствором. Перенасыщенные растворыочень неустойчивы. Помешивание, встряхивание, добавление крупинок соли можетвызвать кристаллизацию избытка соли и переход в насыщенное устойчивоесостояние.

Ненасыщенный раствор — раствор, содержащий меньшевещества, чем в насыщенном.

Перенасыщенный раствор — раствор, содержащий большевещества, чем в насыщенном.

Растворение как физико-химический процесс

Растворы образуются при взаимодействии растворителя ирастворённого вещества. Процесс взаимодействия растворителя и растворённого веществаназывается сольватацией (если растворителем является вода — гидратацией).

Растворениепротекает с образованием различных по форме и прочности продуктов — гидратов.При этом участвуют силы как физической, так и химической природы. Процессрастворения вследствие такого рода взаимодействий компонентов сопровождаетсяразличными тепловыми явлениями.

Энергетической характеристикой растворения является теплотаобразования раствора, рассматриваемая как алгебраическая сумматепловых эффектов всех эндо- и экзотермических стадий процесса. Наиболеезначительными среди них являются:

– поглощающие тепло процессы — разрушение кристаллическойрешётки, разрывы химических связей в молекулах;

– выделяющие тепло процессы — образование продуктоввзаимодействия растворённого вещества с растворителем (гидраты) и др.

Если энергия разрушения кристаллической решетки меньше энергиигидратации растворённого вещества, то растворение идёт с выделением теплоты(наблюдается разогревание). Так, растворение NaOH –экзотермический процесс: на разрушение кристаллической решётки тратится 884 кДж/моль, а при образовании гидратированных ионов Na+ и OH-<sup/>выделяетсясоответственно 422 и 510 кДж/моль.

Если энергия кристаллической решётки больше энергии гидратации, торастворение протекает с поглощением теплоты (при приготовлении водного раствораNH4NO3наблюдается понижение температуры).

  Растворимость

     Мыговорим: «сахар растворяется в воде хорошо» или «мел плохорастворяется в воде». Но можно и количественно оценить способность тогоили иного вещества к растворению или, другими словами, растворимостьвещества.

Растворимостью– называется способность вещества растворяться в том или ином растворителе. Меройрастворимости вещества при данных условиях является его содержание в насыщенномрастворе.

Если в 100 гводы растворяется более 10 г вещества, то такое вещество называют хорошорастворимым. Если растворяется менее 1 г вещества – вещество малорастворимо.Наконец, вещество считают практически нерастворимым, если в растворпереходит менее 0,01 г вещества. Абсолютно нерастворимых веществ не бывает. 

Растворимость,выраженная при помощи массы вещества, которое может раствориться в 100 г водыпри данной температуре, называют также коэффициентом растворимости.

В качествепримера приведем растворимость (в граммах вещества на 100 г воды при комнатнойтемпературе) нескольких веществ: твердых, жидких и газообразных, среди которыхмногие имеют похожие химические формулы  (таблица 7-2).

Таблица 7-2. Растворимость некоторых веществ в воде при комнатной температуре,растворимость большинства (но не всех!) твердых веществ с увеличениемтемпературы увеличивается, а растворимость газов, наоборот, уменьшается. Этосвязано прежде всего с тем, что молекулы газов при тепловом движении способныпокидать раствор гораздо легче, чем молекулы твердых веществ.

**Еслиизмерять растворимость веществ при разных температурах, то обнаружится, чтоодни вещества заметно меняют свою растворимость в зависимости от температуры,другие – не очень сильно (см. табл. 7-3).

Название вещества Формула Агрегатное состояние Растворимость (г/100 г воды) Серная кислота

H2SO4

жидкость любое количество Хлористый водород HCl газ 71,9 Хлорид натрия NaCl кристал. 35,9 Сульфат меди

CuSO4 5H2O

кристал. 20,7 Сульфат кальция

CaSO4

кристал. 0,2 Тетрахлорид углерода

CCl4

жидкость 0,08 Сульфат бария

BaSO4

кристал. 0,00023 Хлорид серебра AgCl кристал. 0,00015

Если полученные в опытах значения нанести на оси координат, тополучаются так называемые кривые растворимости различных веществ (рис. 7-3).Эти кривые имеют практическое значение. По ним легко узнать, сколько вещества(например, KNO3) выпадет в осадок при охлаждении до 20 Снасыщенного раствора, приготовленного при 80 С.

. Вещество Температура, ° C 20 50 80 100 KBr 53,5 65,2 80,8 94,6 103,3 NaCl 35,7 35,9 36,8 38,1 39,4

CaSO4

0,176 0,206 0,180 0,102 0,066

Таблица 7-3. Влияние температурына растворимость некоторых твердых веществ. В таблице приведена растворимость вг/100 г воды

/>

Рис. 7-3. Кривые растворимоститвердых (а) и газообразных (б) веществ.

С помощью таких операций очищаютвещества. Дело в том, что при охлаждении ненасыщенного раствора образуетсянасыщенный раствор, но насыщенный по основному веществу, которого большевсего, а не по примесям. Поэтому при охлаждении в осадок выпадает толькочистое вещество, а примеси (вместе с частью вещества) остаются в растворе.

Чистыекристаллы отфильтровывают от охлажденного, загрязненного примесями раствора.Этот способ очистки называется ПЕРЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЕЙ. Так очищают,например, многие лекарственные препараты.

     Предельнаярастворимость многих веществ в воде (или в других растворителях) представляетсобой постоянную величину, соответствующую концентрации насыщенного растворапри данной температуре. Она является качественной характеристикой растворимостии приводится в справочниках в граммах на 100 г растворителя (при определённыхусловиях).

Растворимостьзависит от природы растворяемого вещества и растворителя, температуры идавления.

Природа растворяемого вещества. Кристаллические веществаподразделяются на:

P — хорошо растворимые (более 1,0 гна 100 г воды);

M — малорастворимые (0,1 г — 1,0 г на 100 г воды);

Н — нерастворимые (менее 0,1 г на 100 г воды).

(Смотри таблицурастворимости)

Природа растворителя. При образовании раствора связимежду частицами каждого из компонентов заменяются связями между частицамиразных компонентов. Чтобы новые связи могли образоваться, компоненты растворадолжны иметь однотипные связи, т.е. быть одной природы. Поэтому ионные веществарастворяются в полярных растворителях и плохо в неполярных, а молекулярныевещества — наоборот.

Влияние температуры. Если растворение веществаявляется экзотермическим процессом, то с повышением температуры егорастворимость уменьшается (Например,Ca(OH)2 в воде)и наоборот. Для большинства солей характерно увеличение растворимости принагревании.

Практическивсе газы растворяются с выделением тепла. Растворимость газов в жидкостях сповышением температуры уменьшается, а с понижением увеличивается.

/>

Влияние давления. С повышением давления растворимость газов вжидкостях увеличивается, а с понижением уменьшается.

                                        КОНЦЕНТРАЦИЯ РАСТВОРОВСпособы выражения концентрации растворов

Существуют различные способы выражения состава раствора.Наиболее часто используют массовую долю растворённого вещества, молярную инормальную концентрацию.

Массовая доля растворённого вещества w(B) — этобезразмерная величина, равнаяотношению массы растворённого вещества к общей массе раствора m :

w(B)= m(B) / m

 

Молярная концентрация C(B)показывает, сколько моль растворённого вещества содержится в 1 литре раствора.

                                       C(B) = n(B)/ V = m(B) / (M(B) • V),

 где М(B)  — молярная масса растворенного вещества г/моль.

Концентрацию раствора можно выразить количеством молейрастворённого вещества в 1000 г растворителя. Такое выражение концентрацииназывают моляльностью раствора.

Нормальность раствора обозначает число грамм-эквивалентовданного вещества в одном литре раствора или число миллиграмм-эквивалентов водном миллилитре раствора.

Грамм- эквивалентом вещества называется количество граммов вещества, численно равноеего эквиваленту. Для сложных веществ — это количество вещества, соответствующеепрямо или косвенно при химических превращениях 1 грамму водорода или 8 граммамкислорода.

Эоснования = Моснования / числозамещаемых в реакции гидроксильных групп
Экислоты = Мкислоты / числозамещаемых в реакции атомов водорода
Эсоли = Мсоли / произведениечисла катионов на его заряд

Величинынормальности обозначают буквой «Н». Например, децинормальныйраствор серной кислоты обозначают «0,1 Н раствор H2SO4».Так как нормальность может быть определена только для данной реакции, то вразных реакциях величина нормальности одного и того же раствора может оказатьсянеодинаковой. Так, одномолярный раствор H2SO4 будетоднонормальным, когда он предназначается для реакции со щёлочью с образованиемгидросульфата NaHSO4, и двухнормальным в реакции с образованием Na2SO4.

 

Пересчет концентраций растворов из одних единиц в другие

При пересчете процентной концентрации в молярную и наоборот,необходимо помнить, что процентная концентрация рассчитывается на определеннуюмассу раствора, а молярная и нормальная — на объем, поэтому для пересчетанеобходимо знать плотность раствора. Если мы обозначим: с — процентнаяконцентрация; M — молярная концентрация; N — нормальная концентрация; э — эквивалентная масса,  — плотность раствора; m — мольная масса, то формулы дляпересчета из процентной концентрации будут следующими:

M = (c • p • 10) / m

N = (c • p • 10) / э

Этими же формулами можно воспользоваться, если нужнопересчитать нормальную или молярную концентрацию на процентную.

Иногда в лабораторной практике приходится пересчитывать молярнуюконцентрацию в нормальную и наоборот. Если эквивалентная масса вещества равнамольной массе (Например, для HCl, KCl, KOH), тонормальная концентрация равна молярной концентрации. Так, 1 н. раствор солянойкислоты будет одновременно 1 M раствором. Однако длябольшинства соединений эквивалентная масса не равна мольной и, следовательно,нормальная концентрация растворов этих веществ не равна молярной концентрации.

Для пересчета из одной концентрации в другую можно использоватьформулы:

M = (N • Э) / m

N = (M • m) / Э

 

 

                              Растворимость твердых веществ

Растворимость веществ, являющихся твердымипри температуре растворения, выражена через массовый коэффициент растворимости k(в граммах безводного вещества на 100 г воды). Как правило, растворимостьприведена в холодной (20 °С) и горячей воде (80 С), иная температура указанаверхним индексом, причем значок * отвечает интервалу комнатной температуры(18-25° С). Прочерк отвечает полному разложению вещества водой. Многоточиеозначает отсутствие данных.

Вещество

k, 20°

k, 80°

Вещество

k, 20°

k, 80°

AgF 172 216

KNO2

306,7 376

AgNO3

227,9 635,3

KNO3

31,6 168,8

AlCl3

45,9 48,6 KOH 112,4 162,5

Al2(SO4)3

36,4 73,1

K3PO4

98,5

178,560

B(OH)3

4,87 23,54

K2SO3

107,0 111,5

BaCl2

36,2 52,2

K2SO4

11,1 21,4

Ba(OH)2

3,89 101,4

K2S2O6(O2)

4,7

11,040

BaS 7,86 49,91 LiCl

84,525

112,3

BeCl2

72,8

77,030

LiOH 12,8 15,3

BeSO4

39,1 67,2

Li2SO4

34,7

31,975

CaCN2

2,5025

-

MgCl2

54,8 65,8

CaCl2

74,5 147,0

MgSO4

35,1 54,8

Ca(ClO)2

33,325

-

MnCl2

73,9 112,7

Ca(NO3)2

129,3 358,7

MnSO4

62,9 45,6

CdCl2

113,4 140,4

(NH4)2CO3

10015

-

CdSO4

76,4 67,2

NH4Cl

37,2 65,6

CrCl3

34,925

-

N2H5Cl

17925

…

Cr2(SO4)3

6425

…

NH4F

82,6 117,6 CsCl 186,5 250

NH4HCO3

21,7 - CsOH

385,615

30330

NH4HS

128,10

-

CuCl2

72,7 96,1

NH4NCS

170 431

CuSO4

20,5 55,5

NH4NO3

192,0 580,0

FeCl2

68 90,7

(NH3OH)Cl

83 194

FeCl3

91,9 -

(NH4)2SO4

75,4 94,1

Fe(NH4)2(SO4)2

26,4

5270

Na2B4O7

2,5 24,3

FeSO4

26,6 43,7

Na2CO3

21,8 45,1

Fe2(SO4)3

440* - NaCl 35,.9 38,1

H2C2O4

9,52 84,5 NaClO 53,4

129,950

H2(PHO3)

69430

…

NaClO2

64

12260

H3PO4

548 …

NaClO3

95,9

203,9100

H2SeO4

566,6

275350

NaClO4

21125

30075

H6TeO6

50,0530

106,4

NaHCO3

9,59 20,2 HgCl 6,59 24,2

NaH2PO4

85,2 207,3

K[Ag(CN)2]

25 100

Na2HPO4

7,660

92,4

KAl(SO4)2

5,9 71,0

NaHSO4

28,6

50100

K[Au(CN)2]

14* 200

NaNO2

82,9 135,5 KBr 65,2 94,6

NaNO3

87,6 149

KBrO3

6,87 34,28 NaOH 108,7 314 KCN 69,9 99,8

Na(PH2O2)<sup/>

8325

554100

K2CO3

111,0 139,2

Na2(PHO3)

4190

… KCl 34,4 51,1

Na3PO4

14,525

68,0

KClO3

7,3 37,6

Na2S

18,6 49,2

K2CrO4

63,0 75,1

Na2SO3

26,1 29,0

K2Cr2O7

12,48 73,01

Na2SO4

19,2 43,3

KCr(SO4)2

12,5125

…

Na2(SO3S)

70,1 229 KF 94,93 150,1

NiCl2

64,0

86,275

K3[Fe(CN)6]

46,0 81,8

NiSO4

38,4 66,7

K4[Fe(CN)6]

28,0 67,0

Pb(NO3)2

52,2 107,4

KHCO3

33,3

68,370

RbCl 91,1 127,2

K(HF2)

39,2 114 RbOH

17915

28247

KH2PO4

22,6 70,4

SnCl2

269,815

-

K2HPO4

159,8

267,563

SnSO4

18,819

- KI 144,5 190,7

SrCl2

53,1 93,1

KIO3

8,1 24,8

TlNO3

9,55 111

KMnO4

6,36

2565

TlOH

34,318

126,190

KCN 69,9 99,8

ZnCl2

367 549 KNCS 217

40867

ZnSO4

54,1 67,2                                               Дисперсные и коллоидные системы. Растворы

Дисперсные системы.В природе и технике часто встречаются дисперсные системы, вкоторых одно вещество равномерно распределено в виде частиц внутри другоговещества.

Вдисперсных системах различают дисперсную фазу— мелкораздробленное вещество и дисперсионную среду— однородное вещество,в котором распределена дисперсная фаза. Например, в мутной воде, содержащейглину, дисперсной фазой являются твердые частички глины, а дисперсионной средой— вода; в тумане дисперсная фаза — частички жидкости, дисперсионная среда —воздух; в дыме дисперсная фаза —- твердые частички угля, дисперсионная среда —воздух; в молоке — дисперсная фаза — частички жира, дисперсионная среда —жидкость и т.д.

К дисперсным системам относятся обычные (истинные)растворы, коллоидные растворы, а также суспензии и эмульсии. Они отличаются другот друга прежде всего размерами частиц, т. е. степенью дисперсности(раздробленности).

Системыс размером частиц менее 1 нм представляют собой — истинные растворы, состоящие из молекулили ионов растворенного вещества. Их следует рассматривать как однофазнуюсистему. Системы с размерами частиц больше 100 нм — это грубодисперсные системы— суспензии и эмульсии.

Суспензии — это дисперсные системы, в которых дисперснойфазой является твердое вещество, а дисперсионной средой — жидкость, — причемтвердое вещество практически нерастворимо в жидкости. Чтобы приготовитьсуспензию, надо вещество измельчить до тонкого порошка, высыпать в жидкость, вкоторой вещество не растворяется, и хорошо взболтать (например, взбалтываниеглины в воде). Со временем частички выпадут на дно сосуда. Очевидно, чем меньшечастички, тем дольше будет сохраняться суспензия.

Эмульсии — это дисперсные системы, в которых идисперсная фаза и дисперсионная среда являются жидкостями, взаимно несмешивающихся. Из воды и масла можно приготовить эмульсию длительнымвстряхиванием смеси. Примером эмульсии является молоко, в котором мелкие шарикижира плавают в жидкости. Суспензии и эмульсии — двухфазные системы.

Коллоидные системы. Коллоидные растворы — этовысокодисперсные двухфазные системы, состоящие из дисперсионной среды идисперсной фазы, причем линейные размеры частиц последней лежат в пределах от 1до 100 нм. Каквидно,коллоидные растворы по размерам частиц являются промежуточными между истиннымирастворами и суспензиями и эмульсиями. Коллоидные частицы обычно состоят избольшого числа молекул или ионов.

Коллоидные растворы иначе называют золями.Их получаютдисперсионными и конденсационными методами. Диспергирование чаще всегопроизводят при помощи особых “коллоидных мельниц”. При конденсационном методеколлоидные частицы образуютсяза счет объединения атомов или молекул вагрегаты. Так, если возбудить в воде дуговой электрический разряд между двумя проволокамииз серебра, то пары металла конденсируются в коллоидные частицы. При протеканиимногих химических реакций также происходит конденсация и образуютсявысокодисперсные системы (выпадение осадков, протекание гидролиза,окислительно-восстановительные реакции и т.д.).

Золи обладают рядом специфических свойств, которыеподробно изучаетколлоидная химия. Золи в зависимости от размеров частиц могут иметьразличную окраску, а у истинных растворов она одинаковая. Например, золи золотамогут быть синими, фиолетовыми, вишневыми, рубиново-красными.

Вотличие от истинных растворов для золей характерен эффект Тиндаля, т. е.рассеяние света коллоидными частицами. При пропускании через золь пучка светапоявляется светлый конус, видимый в затемненном помещении. Так можнораспознать, является данный раствор коллоидным или истинным.

Однимиз важных свойств золей является то, что их частицы имеют электрическиезаряды одного знака. Благодаря этому они не соединяются в более крупныечастицы и не осаждаются. При этом частицы одних золей, например металлов,сульфидов, кремниевой и оловянной кислот, имеют отрицательный заряд, других,например гидроксидов, оксидов металлов, — положительный заряд. Возникновениезаряда объясняется адсорбцией коллоидными частицами ионов из раствора.

Для осаждения золя необходимо, чтобы его частицысоединились в более крупные агрегаты. Соединение частиц в более крупные агрегатыназывается коагуляцией, а осаждение их под влиянием силытяжести — седиментацией.

Обычно коагуляция происходит при прибавлении к золю: 1)электролита,2) другого золя, частицы которого имеют противоположныйзаряд, и 3) при нагревании.

При определенных условиях коагуляция золей приводит кобразованию студенистой массы, называемой гелем. В этом случаевся масса коллоидных частиц, связывая растворитель, переходит в своеобразноеполужидкое-полутвердое состояние. От гелей следует отличать студни— растворы высокомолекулярных веществ в низкомолекулярных жидкостях (системыгомогенные). Их можно получить при набухании твердых полимеров вопределенных жидкостях.

Значениезолей исключительно велико, так как они более распространены, чем истинныерастворы. Протоплазма живых клеток, кровь, соки растений — все это сложныезоли. С золями связано получение искусственных волокон, дубление кож, крашение,изготовление клеев, лаков, пленок, чернил. Много золей в почве, и они имеютпервостепенное значение для ее плодородия.

Растворы. Растворами называются гомогенные(однородные) системы, содержащие не менее двух веществ. Т. е. могутсуществовать растворы твердых, жидких и газообразных веществ в жидкихрастворителях, а также однородные смеси (растворы) твердых, жидких игазообразных веществ. Наибольшее значение имеют жидкие смеси, в которыхрастворителем является жидкость.

Механизм образования растворов. Процесс растворениятвердых веществ в жидкостях можно представить так: под влиянием растворителя отповерхности твердого вещества постепенно отрываются отдельные ионы или молекулыи равномерно распределяются по всему объему растворителя. Если растворительсоприкасается с большим количеством вещества, то через некоторое время растворстановится насыщенным. Таким образом, в процессе растворения частицы (ионы илимолекулы) растворяемого вещества под действием хаотически движущихся частицрастворителя переходят в раствор, образуя качественно новую однородную систему.

Растворениевеществ сопровождается тепловым эффектом: выделением, или поглощением теплоты —в зависимости от природы вещества. При растворении в воде, например, гидроксидакалия, серной кислоты наблюдается сильное разогревание раствора, т.е. выделениетеплоты, а при растворении нитрата аммония — сильное охлаждение раствора, т.е.поглощение теплоты. В первом случае осуществляется экзотермическийпроцесс (D Н < 0), вовтором — эндотермический(D H > 0). Теплота растворения DH — это количествотеплоты, выделяющееся или поглощающееся при растворении 1 моль вещества. Так, для гидроксидакалия D Н0=-55,65 кДж/моль, а для нитрата аммония DН0= +26,48 кДж/моль.

Врезультате химического взаимодействия растворенного вещества с растворителемобразуются соединения, которые называют сольватами (или гидратами,если растворителем является вода). Образование таких соединений роднит растворыс химическими соединениями.

Сольваты(гидраты) образуются за счет донорно-акцепторного, ион-дипольноговзаимодействия, за счет водородных связей, а также дисперсионноговзаимодействия (в случае растворов родственных веществ, например бензола итолуола).

Особенносклонны к гидратации (соединению с водой) ионы. Ионы присоединяют полярныемолекулы воды, в результате образуются гидратированные ионы. Поэтому, например,в растворе ион меди (II) голубой, в безводном сульфате меди он бесцветный.Многие из таких соединений непрочны и легко разлагаются при выделении их всвободном виде, однако в ряде случаев образуются прочные соединения, которыеможно легко выделить из раствора кристаллизацией. При этом выпадают кристаллы,содержащие молекулы воды.

Кристаллические вещества, содержащие молекулы воды,называются кристаллогидратами, а вода, входящая в составкристаллогидратов, называется кристаллизационной. Кристаллогидратамиявляются многие природные минералы. Ряд веществ (в том числе и органические)получаются в чистом виде только в форме кристаллогидратов.

Такимобразом, растворение — не только физический, но и химический процесс. Растворыобразуются путем взаимодействия частиц растворенного вещества с частицамирастворителя.

Растворимость веществ. По растворимости в воде все веществаделятся на три группы: 1) хорошо растворимые, 2) малорастворимые и 3)практически нерастворимые. Последние называют также нерастворимыми веществами.Однако следует отметить, что абсолютно нерастворимых веществ нет. Если опуститьв воду стеклянную палочку или кусочек золота или серебра, то они в ничтожномалых количествах все же растворяются в воде. Как известно, растворы серебраили золота в воде убивают микробов. Стекло, серебро, золото — это примерыпрактически нерастворимых в воде веществ (твердые вещества). К ним следуеттакже отнести керосин, растительное масло (жидкие вещества), благородные газы(газообразные вещества).

Примероммалорастворимых в воде веществ могут служить гипс, сульфат свинца (твердыевещества), диэтиловый эфир, бензол (жидкие вещества), метан, азот, кислород(газообразные вещества).

Многиевещества в воде растворяются весьма хорошо. Примером таких веществ могутслужить сахар, медный купорос, гидроксид натрия (твердые вещества), спирт,ацетон (жидкие вещества), хлороводород, аммиак (газообразные вещества).

Изприведенных примеров следует, что растворимость прежде всего зависит от природывеществ. Кроме того, она зависит также от температуры и давления. Сам процессрастворения обусловлен взаимодействием частиц растворимого вещества ирастворителя; это самопроизвольный процесс.

Посоотношению преобладания числа частиц, переходящих в раствор и удаляющихся израствора, различают растворы насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные.С другой стороны, по относительным количествам растворенного вещества ирастворителя растворы подразделяют на разбавленные и концентрированные.

Раствор, в котором данное вещество при данной температуребольше не растворяется, т. е. раствор, находящийся в равновесии с растворяемымвеществом, называют насыщенным, а раствор, в котором еще можно растворитьдобавочное количество данного вещества, — ненасыщенным.