Розчинність, її залежність від різних чинників. Насичені і ненасичені розчини.

Щоб глибше зрозуміти природу розчинів, порівняємо розчинення з випаровуванням. Під час випаровування, так само як і під час розчинення, відбувається дроблення речовини на молекули, тобто порушується зв’язок між частинками речовини, що випаровується. На це витрачається енергія, тому випаровування завжди супроводжується охолодженням: випаровування відбувається за рахунок кінетичної енергії теплового руху молекул.

    Чи не відбувається подібне під час розчинення? Перевірити це можна на досліді. З помітним навіть на дотик охолодженням розчиняється у воді багато солей, у тому числі кухонна сіль. Розчинення у воді деяких солей супроводжується дуже великим зниженням температури. Так, якщо розчиняти у воді амоній хлориду в тонкостінній склянці, яка стоїть на мокрій дощечці, то поглинається стільки тепла, що склянка примерзає до дощечки.

Розчинність NH₄Cl у воді

Проте в інших випадках під час розчинення речовин тепло не поглинається, а навпаки виділяється. Так, під час розчинення у воді сульфатної кислоти виділяється стільки тепла, що вода може закипіти.

Рис. 17. Розчинність H₂SO₄ у воді.

    Таким чином, в одних випадках тепло під час розчинення виділяється, в інших – вбирається. Це показує, що розчинення не зводиться тільки до розподілу частинок однієї речовини між частинками (молекулами) іншої, а супроводжується хімічною взаємодією частинок розчинюваної речовини з частинками (молекулами) розчинника. Ця взаємодія в одних випадках виявляється більшою мірою, в інших – меншою.

    Процес розчинення – це взаємодія частинок розчиненої речовини з молекулами розчинника, який супроводжується виділенням або поглинання теплоти.

   Голандський хімік Я. Х. Вант-Гофф і німецький хімік В. Оствальд довели дифузію газів. Шведський учений С. А. Арреніус (1859 – 1927) довів наявність фізичного процесу дифузії у розчинах. Підтвердженням цього є рівномірне забарвлення розчинів під час розчинення забарвлених речовин.

Рис.18. Дифузія купрум (ІІ) сульфату.

    Д. І. Менделєєв створив хімічну теорію розчинів. Згідно з цією теорією під час розчинення утворюються сольвати – нестійкі хімічні сполуки розчиненої речовини з розчинником (у разі водних розчинів – гідрати). Особливо схильні до гідратації йони. Йони приєднують полярні молекули води, в результаті утворюються гідратовані йони. Багато з таких гідратованих йонів неміцні й легко розкладаються.

Якщо, наприклад, кухонну сіль помістити у воду, то можна помітити, як маса твердої речовини поступово зменшується. У процесі розчинення молекули води притягуються своїми негативними полюсами до позитивно заряджених йонів натрію, а позитивними полюсами – до негативно заряджених хлорид-іонів. У результаті цього зв’язок між йонами в солі послаблюється й кристалічна решітка руйнується. У розчині утворюються тимчасові сполуки гідрат-іони Натрію та гідрат-іони Хлору.

Рис. 19. Схема розчинення натрій хлориду у воді (m-n – поверхня кристалу).
А – розпад на іони (іонізація). Теплота поглинається на руйнування зв’язків.
Б – гідратація з утворенням гідрат-іонів. При утворенні гідратів виділяється теплота.

Іонізація – це процес розпаду речовини на йони під дією полярного розчинника.

Гідратація – це процес утворення гідрат-іонів.

Гідрат-іон – це іон оточений диполями води.

    Є речовини, які змішуються між собою в будь-яких співвідношеннях, наприклад вода та етиловий спирт. Рідини – вода, бензен, спирт, розплавлені метали та інші мають здатність поглинати, розчиняти в собі інші рідини, гази, тверді речовини, утворюючи однорідні системи – розчини. В деяких випадках розчини утворюються при довільному співвідношенні речовин (спирт і вода), але, як правило, розчинність більшості речовин обмежена.

    Розчинність речовини в певному розчиннику характеризують її максимальною масою, яка може розчинитися за даних умов (температури, тиску) у 100 г розчинника.

    Розрізняють насичені, ненасичені, пересичені, концентровані і розбавлені розчини.

    Насиченим називається розчин, який перебуває у динамічній рівновазі з надлишком розчиненої речовини. У насиченому розчині за даної температури міститься максимально можлива кількість розчиненої речовини. 

    У ненасиченому розчині міститься менше речовини, а в пересиченому – більше, ніж у насиченому. Пересичені розчини досить нестійкі. Легке струшування посудини або добавляння в розчин кристала солі викликає випадання в осад надлишку розчиненої речовини.

     Розбавлений розчин – це розчин, в якому мало розчиненої речовини.

     Концентрований розчин – це розчин, в якому багато розчиненої речовини. Поняття «концентрований розчин» та «насичений розчин», як «розбавлений розчин» і «ненасичений розчин», не є тотожними, бо ґрунтуються на різних ознаках. Перші в обох парах понять пов’язані з кількісним складом розчину, другі – з розчинністю речовини.

Рис. 14. Розчинність газів у воді, нагрітій більше
за 50ºС зменшиться через утворення бульбашок.

    Досить часто розчинність твердих та рідких речовин визначають масою речовини, яка може розчинитися в 100 г розчинника за певної температури, щоб розчин став насиченим. Розчинність газів визначають об’ємом газу, який може розчинитись в 1 л розчинника за певної температури. Ця величина називається коефіцієнтом розчинності.

Наприклад: у 100 г води при температурі 10ºC може розчинитися 51,7 г Pb(NO₃)₂.

    Процес розчинення речовини залежить від різних чинників. В залежності від природи розчиненої речовини їх можна поділити на три групи:

а) добре розчинні, якщо у 100 г води розчиняються більше 10 г речовини. Це речовини з ковалентним полярним і йонним зв’язком. Наприклад, цукор, сіль, спирт, луги;

б) малорозчинні, якщо розчиняються менше 1 г речовини. Це речовини з ковалентним неполярним зв’язком. Наприклад, кисіль, азот, гіпс;

в) практично нерозчинні, якщо в розчин переходить менше 0,01 г речовини. Наприклад, олія, гас.

    Речовини йонної природи (солі, луги), або речовини, молекули яких є полярними (кислоти), добре розчиняються у полярних розчинниках, наприклад у воді. Речовини з неполярними молекулами – азот N₂, метан – СН₄, олія та багато інших, а також ті, що мають атомну будову, є нерозчинними у воді, або розчиняються дуже мало.

    Розчинність більшості твердих речовин з підвищенням температури збільшується. Розчинність газів, навпаки, зменшується з підвищенням температури. Тиск впливає лише на розчинність газів. Із зменшенням тиску, розчинність газу зменшується.

Переглянути відео

https://www.youtube.com/watch?v=5PaAj_7406I&ab_channel=%D0%A2%D0%B0%D0%BD%D1%8F%D0%91%D0%BE%D0%BD%D0%B4%D0%B0%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%BA%D0%BE