9 клас НУШ. Досліджуємо залежність розчинності речовин у воді від температури і тиску

Дослідження показали, що розчинність твердих речовин у воді суттєво залежить від температури, але ця залежність не є однаковою для всіх речовин.

Приклад 1: Калій нітрат (KNO₃)

• За температури +20 °С розчинність становить 40 г на 100 г води

• За температури +80 °С розчинність зростає до 140 г на 100 г води

Висновок: розчинність значно збільшується з підвищенням температури

Приклад 2: Натрій хлорид (кухонна сіль, NaCl)

• За температури +20 °С розчиняється 35,9 г на 100 г води

• За температури +100 °С розчиняється 39,4 г на 100 г води

Висновок: розчинність зростає незначно (лише на 3,5 г)

Приклад 3: Кальцій гідроксид (Ca(OH)₂)

• Розчинність зменшується зі збільшенням температури

• Це рідкісний випадок серед твердих речовин

Криві розчинності

Залежність розчинності від температури зображують графічно у вигляді кривих розчинності:

Вісь абсцис (горизонтальна): температура (°С)

Вісь ординат (вертикальна): розчинність (г/100 г H₂O)

Криві будуються на основі експериментальних даних

Кристалізація (перекристалізація) — це виділення речовини у вигляді кристалів під час охолодження насиченого розчину.

Чому це відбувається? Оскільки розчинність більшості твердих речовин зменшується при зниженні температури, надлишок розчиненої речовини не може залишатися в розчині і виділяється у вигляді твердих кристалів.

Практичне застосування:

• Очищення речовин (видалення домішок)

• Вирощування кристалів у лабораторних умовах

• Промислове отримання чистих хімічних речовин

Принцип очищення методом перекристалізації:

1. Готують гарячий насичений розчин забрудненої речовини

2. Фільтрують гарячий розчин (домішки залишаються на фільтрі)

3. Охолоджують розчин

4. Чиста речовина кристалізується, а розчинні домішки залишаються в розчині

Температура як чинник розчинності газів

Розчинність газів у воді має протилежну залежність від температури порівняно з твердими речовинами:

З підвищенням температури розчинність газів зменшується

Зі зниженням температури розчинність газів збільшується

Молекулярне пояснення: Нагрівання прискорює рух молекул газу в розчині. Молекули набувають достатньо енергії, щоб подолати сили притягання з молекулами води і вийти з розчину в атмосферу.

Практичний приклад: Якщо підігріти воду з-під крана або річкову воду, на стінках посудини з'являються бульбашки повітря — це газоподібні речовини (кисень, азот), розчинені у воді, виділяються через зменшення розчинності при нагріванні.

Тиск як чинник розчинності газів

Закономірність: З підвищенням тиску розчинність газів збільшується.

Практичне застосування — газовані напої:

1. Вуглекислий газ (CO₂) розчиняють у напоях під тиском 3–5 атмосфер

2. При високому тиску в напої розчиняється велика кількість CO₂

3. Після відкривання пляшки тиск знижується до атмосферного

4. «Зайвий» вуглекислий газ енергійно виділяється у вигляді бульбашок

Класифікація газів за розчинністю у воді

Добре розчинні гази:

• Амоніак (NH₃): у 1 л води розчиняється ~ 700 л амоніаку (за звичайних умов)

• Гідроген хлорид (HCl): дуже добре розчиняється з утворенням соляної кислоти

• Гідроген сульфід (H₂S): добре розчинний, утворює сірководневу воду

Малорозчинні гази (у 100 г води за звичайних умов):

• Кисень (O₂): 3,1 см³

• Водень (H₂): 1,8 см³

• Азот (N₂): 1,5 см³

Розчинений у воді кисень необхідний для дихання риб та інших водних організмів. У холодній воді розчиняється більше кисню, тому в зимовий період водойми краще забезпечені киснем.

Уважно прочитайте текст й дайте відповідь. Прикріпіть відповіді із зошиту до відповідного поля.

Учні 9-Б класу провели дослідження розчинності трьох речовин: натрій хлориду, калій нітрату та цукру (сахарози). Вони готували насичені розчини за температури +20 °С та +60 °С. За температури +20 °С у 100 г води розчинилося: натрій хлориду — 36 г, калій нітрату — 32 г, цукру — 204 г. За температури +60 °С результати були такими: натрій хлориду — 37 г, калій нітрату — 110 г, цукру — 287 г.

Учні помітили цікаву закономірність: коли вони охолодили гарячий розчин калій нітрату, на дні склянки з'явилися красиві кристали. Водночас при охолодженні розчину натрій хлориду кристалів майже не утворилося.

1.Яка речовина показала найменшу зміну розчинності при підвищенні температури від +20 °С до +60 °С?

А) Натрій хлорид

Б) Калій нітрат

В) Цукор

Г) Всі три речовини однаково

2.Поясніть, чому при охолодженні розчину калій нітрату утворилося багато кристалів, а при охолодженні розчину натрій хлориду їх було мало.

3.Проаналізуйте експериментальні дані та визначте, яку речовину найефективніше очищати методом перекристалізації. Обґрунтуйте свій вибір.

4.Учні хочуть отримати максимальну кількість кристалів калій нітрату з насиченого розчину. Запропонуйте оптимальну послідовність дій та поясніть, чому саме такий спосіб буде найефективнішим.

Уважно прочитайте текст й дайте відповідь. Прикріпіть відповіді із зошиту до відповідного поля.

Сім'я Петренків вирішила влаштувати пікнік біля річки в спекотний літній день. Батько взяв із собою пляшку газованої води, яку тримав у холодильнику. Коли вони приїхали на місце, пляшка нагрілася на сонці. Після відкривання газований напій почав дуже сильно "шипіти" і пінитися.

Молодший син Андрійко вирішив половити рибу. Батько пояснив йому, що влітку, коли вода тепла, риба менш активна і часто піднімається ближче до поверхні води. Натомість взимку, в холодній воді, риба почувається краще, адже води містить більше кисню.

Старша донька Оленка готувала чай. Вона помітила, що коли гарячу воду з чайника наливають у чашку, на поверхні з'являються маленькі бульбашки.

1.Чому газований напій після нагрівання на сонці почав сильніше "шипіти" і пінитися порівняно з холодним напоєм? Оберіть правильне пояснення:

А) Тиск у пляшці збільшився через нагрівання

Б) Розчинність CO₂ зменшилася через підвищення температури

В) Вуглекислий газ розклався під дією тепла

Г) Пляшка була недостатньо щільно закрита

2.Поясніть, чому риба краще почувається в холодній воді взимку, ніж у теплій воді влітку. Яка роль розчиненого кисню в цьому процесі?

3.Оленка побачила бульбашки на поверхні гарячої води. Проаналізуйте це явище:

а) Що являють собою ці бульбашки?

б) Чому вони з'являються саме в гарячій воді?

в) Як це пов'язано з розчинністю газів?

4.Виробники газованих напоїв зберігають їх у холодильниках у магазинах. Оцініть, наскільки це важливо для якості продукту. Що станеться з газованим напоєм, якщо його тривалий час тримати в теплому приміщенні (навіть у закритій пляшці)?

Висновки уроку

• Розчинність більшості твердих речовин збільшується з підвищенням температури

• Кристалізація — це виділення речовини при охолодженні насиченого розчину

• Розчинність газів збільшується з підвищенням тиску і зменшенням температури

• Різні речовини мають різну розчинність у воді

• Знання про розчинність мають практичне застосування в побуті, промисловості та природі