Какие свойства у растворимости

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 таблице приведена растворимость некоторых веществ в воде при 20oС:

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 пренебречь 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.

Растворимость газов в жидкостях также зависит от их природы. Например, в 100 объемах воды при 20oС 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:

mр.в. = mр-ра⋅ωр.в. = 100⋅0,24 = 24 г

Масса воды равна: 

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

Определяем растворимость:

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

Ответ: χ = 31,6 г

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?

Ответ: 194,95 г

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.

Ответ: 5,49М

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 при 100ºС 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?

* Материалы портала onx.distant.ru

Ñïîñîáíîñòüþ âåùåñòâà ïåðåõîäèòü â ðàñòâîð (ðàñòâîðÿòüñÿ) ÿâëÿåòñÿ åãî ðàñòâîðèìîñòü (êîíöåíòðàöèÿ íàñûùåííîãî ðàñòâîðà). Íà ðàñòâîðèìîñòü âëèÿþò ìíîæåñòâåííûå ôàêòîðû: ïðèðîäà âåùåñòâà, õàðàêòåð ðàñòâîðèòåëÿ, âíåøíèå óñëîâèÿ (òåìïåðàòóðà, äàâëåíèå). Ðàçäåëÿþò:

• ìàëîðàñòâîðèìûå âåùåñòâà (ðàñòâîðèìîñòü ìåíåå 1 ã íà 100 ã âîäû). Îòíîñÿò ãèïñ, ãàøåíóþ èçâåñòü.
• íåðàñòâîðèìûå âåùåñòâà (ìåíåå 0,1 ã íà 100 ã âîäû). Îòíîñÿò: ñóëüôàò áàðèÿ, áðîìèä ñåðåáðà, êàðáîíàò êàëüöèÿ;
• ëåãêîðàñòâîðèìûå âåùåñòâà (áîëåå 10 ã íà 100 ã âîäû). Ê òàêèì îòíîñÿò: ïîâàðåííóþ ñîëü, ìåäíûé êóïîðîñ, àììèàê).

Íåîáõîäèìî ïîìíèòü, ÷òî àáñîëþòíî íåðàñòâîðèìûõ âåùåñòâ íå áûâàåò.

Âëèÿíèå ïðèðîäû íà ðàñòâîðèìîñòü âåùåñòâ.

Èçäàâíà ñóùåñòâîâàëî ïðàâèëî: ïîäîáíîå ðàñòâîðÿåòñÿ â ïîäîáíîì. Ò.å. ñïèðòû â ñïèðòàõ, âîäíûå ðàñòâîðû – â âîäå, ïîëÿðíûå ñîåäèíåíèÿ (àëüäåãèäû è ò.ä.) – â ïîëÿðíûõ ðàñòâîðàõ.

Ðàñòâîðèìîñòü ãàçîâûõ ñìåñåé â æèäêîñòÿõ âàðüèðóåòñÿ â øèðîêèõ äèàïàçîíàõ. Íàïðèìåð, â 100 îáúåìàõ âîäû ìîæåò ðàñòâîðèòüñÿ 2 îáúåìà H2, 3 îáúåìà O2 è 700 îáúåìîâ NH3.

Ðàñòâîðèìîñòü æèäêîñòåé â æèäêîñòÿõ çàâèñèò âñåöåëî îò ïðèðîäû âåùåñòâ. Ìîäíî âûäåëèòü 3 êëàññà æèäêîñòåé:

1. Æèäêîñòè, êîòîðûå íåîãðàíè÷åííî ðàñòâîðÿþòñÿ äðóã â äðóãå (âîäû – ñïèðò, âîäà – óêñóñíàÿ êèñëîòà);

2. Æèäêîñòè, êîòîðûå ïî÷òè íå ðàñòâîðÿþòñÿ äðóã â äðóãå (âîäà – ðòóòü, áåíçîë);

3. Æèäêîñòè, êîòîðûå îãðàíè÷åííî ðàñòâîðÿþòñÿ äðóã â äðóãå (âîäà – ýôèð, àìèí è ò.ä.).

Ðàñòâîðèìîñòü òâåðäûõ âåùåñòâ â æèäêèõ ñðåäàõ çàâèñèò îò õàðàêòåðà õèìè÷åñêîé ñâÿçè â êðèñòàëëè÷åñêîé ðåøåòêå. Ìîëåêóëÿðíûå ñòðóêòóðû èìåþò ìàëóþ ðàñòâîðèìîñòü â âîäå, êîâàëåíòíûå íåïîëÿðíûå ñîåäèíåíèÿ – íå ðàñòâîðèìû, à êîâàëåíòíûå ïîëÿðíûå – ðàñòâîðÿþòñÿ.

Íåîðãàíè÷åñêèå ñîëè èìåþò ðàçëè÷íóþ ðàñòâîðèìîñòü â âîäå. Íàïðèìåð, ñîëè àçîòíîé è àçîòèñòîé êèñëîò, ïîäàâëÿþùåå áîëüøèíñòâî ôòîðèäîâ, áðîìèäîâ è èîäèäîâ òàêæå õîðîøî ðàñòâîðèìû, à âîò ñîëè óãîëüíîé êèñëîòû (êðîìå ñîëåé ùåëî÷íûõ ìåòàëëîâ è NH4+) – èìåþò ìàëóþ ðàñòâîðèìîñòü.

Âëèÿíèå òåìïåðàòóðû íà ðàñòâîðèìîñòü âåùåñòâ.

Ñóùåñòâóåò îñíîâíîå ïðàâèëî: ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðàòóðû ðàñòâîðèìîñòü âñåõ òâåðäûõ âåùåñòâ ïîâûøàåòñÿ.

Ïðèâåäåííàÿ çàâèñèìîñòü ïîêàçûâàåò, ÷òî ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðàòóðû ðàñòâîðèìîñòü äàííûõ ñîäåé óâåëè÷èâàåòñÿ. Ðàñòâîðèìîñòü NaCl èçìåíÿåòñÿ ìàëî, î ÷åì ñâèäåòåëüñòâóåò ãðàôèê.

Âçàèìíàÿ ðàñòâîðèìîñòü òâåðäûõ âåùåñòâ è æèäêîñòåé ïîâûøàåòñÿ ñ óâåëè÷åíèåì òåìïåðàòóðû. Îãðàíè÷åííàÿ ðàñòâîðèìîñòü ìîæåò ïåðåéòè â íåîãðàíè÷åííóþ è íàîáîðîò.

Êðèòè÷åñêàÿ òåìïåðàòóðà ðàñòâîðåíèÿ – òàêàÿ òåìïåðàòóðà, âûøå èëè íèæå êîòîðîé æèäêîñòè ñìåøèâàþòñÿ ìåæäó ñîáîé â íåîãðàíè÷åííûõ êîëè÷åñòâàõ.

Ðàñòâîðèìîñòü ãàçîâ â æèäêîñòÿõ ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðàòóðû óìåíüøàåòñÿ, à ñ ïîíèæåíèåì óâåëè÷èâàåòñÿ..

Ïðèìåðû ðàñòâîðèìîñòè ãàçîâ ïðè ðàçëè÷íûõ òåìïåðàòóðàõ.

Âëèÿíèå äàâëåíèÿ íà ðàñòâîðèìîñòü âåùåñòâ.

Íà ðàñòâîðèìîñòü ãàçîâ áîëüøå âëèÿíèå îêàçûâàåò äàâëåíèå. Ïðè êîíêðåòíûõ òåìïåðàòóðå è äàâëåíèè ãàç ðàñòâîðÿåòñÿ äî òåõ ïîð, ïîêà ñêîðîñòü îòðûâà ìîëåêóë ãàçà îò ïîâåðõíîñòè íå ñòàíåò ðàâíîé ñêîðîñòè, ñ êîòîðîé ìîëåêóëû ãàçà ïðîíèêàþò â æèäêîñòü. Â ýòîò ìîìåíò óñòàíàâëèâàåòñÿ ðàâíîâåñèå, è æèäêîñòü ñòàíîâèòñÿ íàñûùåííûì ãàçîì.

Çàâèñèìîñòü ðàñòâîðèìîñòè ãàçîâ îïèñûâàåòñÿ çàêîíîì Ãåíðè:

Ïðè ïîñòîÿííîé òåìïåðàòóðå ðàñòâîðèìîñòü ãàçà â æèäêîñòè ïðÿìî ïðîïîðöèîíàëüíà åãî äàâëåíèþ íàä æèäêîñòüþ:

C(X) = Kr·P(X),

ãäå Ñ(Õ) – êîíöåíòðàöèÿ ãàçà â íàñûùåííîì ðàñòâîðå, ìîëü/ë;

Kr – ïîñòîÿííàÿ Ãåíðè ìîëü·ë-1·Ïà-1;

Ð(Õ) – äàâëåíèå ãàçà íàä ðàñòâîðîì, Ïà.

Òàêæå âåùåñòâà ìîãóò âçàèìíî âëèÿòü äðóã íà äðóãà. Åñëè ðàñòâîð ñîäåðæèò ýëåêòðîëèòû, òî âåùåñòâà ðàñòâîðÿþòñÿ íàìíîãî õóæå, ÷åì â ïðîñòîé âîäå.

Óìåíüøåíèå ðàñòâîðèìîñòè ãàçîâ â ïðèñóòñòâèå ýëåêòðîëèòîâ îáúÿñíÿåòñÿ ãèäðàòàöèåé èîíîâ, âñëåäñòâèå ÷åãî ïîíèæàåòñÿ êîíöåíòðàöèÿ ñâîáîäíûõ ìîëåêóë âîäû.

Ðàñòâîðèìîñòü – ñïîñîáíîñòü âåùåñòâà ïðè îïðåäåë¸ííûõ óñëîâèÿõ îáðàçîâûâàòü ñ äðóãèìè âåùåñòâàìè ãîìîãåííûå ñèñòåìû – ðàñòâîðû, â êîòîðûõ âåùåñòâà íàõîäèòñÿ â âèäå îòäåëüíûõ àòîìîâ, èîíîâ, ìîëåêóë èëè ÷àñòèö.

Ðàñòâîðèìîñòü çàâèñèò îò ïðèðîäû ðàñòâîð¸ííîãî âåùåñòâà è ðàñòâîðèòåëÿ, à òàêæå îò âíåøíèõ óñëîâèé (òåìïåðàòóðû, äàâëåíèÿ).

Ðàñòâîðèìîñòü õàðàêòåðèçóåòñÿ:

1. Êà÷åñòâåííûìè õàðàêòåðèñòèêàìè – ñïîñîáíîñòüþ ðàñòâîðÿòüñÿ â äàííîì ðàñòâîðèòåëå ïðè îïðåäåëåííûõ óñëîâèÿõ:

• õîðîøî ðàñòâîðèìî;
• ïëîõî ðàñòâîðèìî;
• ìàëî ðàñòâîðèìî;
• íåðàñòâîðèìî è ò.ï.

2. Êîëè÷åñòâåííûìè õàðàêòåðèñòèêàìè – êîíöåíòðàöèåé íàñûùåííîãî ðàñòâîðà äàííîãî âåùåñòâà ïðè çàäàííûõ òåìïåðàòóðå è äàâëåíèè.

Êîýôôèöèåíò ðàñòâîðèìîñòè ks – îòíîøåíèå ìàññû áåçâîäíîãî ðàñòâîð¸ííîãî âåùåñòâà ê ìàññå âîäû:

Ðàñòâîðèìîñòü íåêîòîðûõ âåùåñòâ â âîäå ïðè 20 o Ñ

Ðàñòâîðèìîñòü èîäèäà êàëèÿ â ðàçëè÷íûõ ðàñòâîðèòåëÿõ ïðè 20 o Ñ

Òàáëèöà ðàñòâîðèìîñòè êèñëîò, ñîëåé è îñíîâàíèé â âîäå

Óñëîâíûå îáîçíà÷åíèÿ:

«Ð» – ðàñòâîðÿåòñÿ (>1 ã íà 100 ã H2O);

«Ì» – ìàëî ðàñòâîðÿåòñÿ (îò 0,1 ã äî 1 ã íà 100 ã H2O);

«Í» – íå ðàñòâîðÿåòñÿ (<0,01 ã íà 1000 ã H2O);

«–» – â âîäíîé ñðåäå ðàçëàãàåòñÿ.