Вода як розчинник, розчинність, контент-платформа

Вода як розчинник, розчинність.

Вода - оксид водню (H2O) - одне з найбільш поширених і важливих речовин. Чистої води в природі немає, - вона завжди містить домішки. Отримують чисту воду методом перегонки. Перегнанная вода називається дистильованої. Склад води (по масі): 11,19% водню і 88,81% кисню. Чиста вода прозора, не має запаху і смаку. Найбільшу щільність вона має при 0 ° С (1 г / см3). Щільність льоду менше щільності рідкої води, тому лід спливає на поверхню. Вода замерзає при 0 ° С і кипить при 100 ° С при тиску 101 325 Па. Вона погано проводить теплоту і дуже погано проводить електрику. Вода - хороший розчинник. Молекула води має кутову форму атоми водню по відношенню до кисню утворюють кут, рівний 104,3 °. Тому молекула води - диполь: та частина молекули, де знаходиться водень, заряджена позитивно, а частина, де знаходиться кисень, - негативно. Завдяки полярності молекул води електроліти в ній диссоциируют на іони. У рідкої воді поряд зі звичайними молекулами Н2О містяться асоційовані молекули, т. Е. З'єднані в більш складні агрегати (Н2О) x завдяки освіті водневих зв'язків (рис. 4). Наявністю водневих зв'язків між молекулами води пояснюються аномалії її фізичних властивостей: максимальна щільність при 4 ° С, висока температура кипіння (в ряду Н2О - Н2S - Н2Sе) аномально висока теплоємність (4,18 кДж / (г • К)). З підвищенням температури водневі зв'язки розриваються, і повний розрив настає при переході води в пару.

Малюнок 4. Молекула води

Розчини - однорідна багатокомпонентна система, що складається з розчинника, розчинених речовин і продуктів їх взаємодії. По агрегатному стані розчини можуть бути рідкими (морська вода), газоподібними (повітря) або твердими (багато сплави металів). Розміри частинок в істинних розчинах - менше 10-9 м (порядку розмірів молекул). Якщо молекулярні або іонні частинки, розподілені в рідкому розчині присутні в ньому в такій кількості, що за даних умов не відбувається подальшого розчинення речовини, розчин називається насиченим. (Наприклад, якщо помістити 50 г NaCl в 100 г H2O, то при 200C розчиниться тільки 36 г солі).

Насиченим називається розчин, який знаходиться в динамічній рівновазі з надлишком розчиненої речовини. Помістивши в 100 г води при 200C менше 36 г NaCl виходить ненасичений розчин. При нагріванні суміші солі з водою до 1000C відбудеться розчинення 39,8 г NaCl в 100 г води. Якщо тепер видалити з розчину нерастворим сіль, а розчин обережно охолодити до 200C, надмірна кількість солі не завжди випадає в осад. У цьому випадку ми маємо справу з перенасиченим розчином. Перенасичені розчини дуже нестійкі. Помішування, струшування, додавання крупинок солі може викликати кристалізацію надлишку солі і перехід в насичене стійкий стан. Ненасиченийрозчин - розчин, що містить менше речовини, ніж в насиченому. Перенасичений розчин - розчин, що містить більше речовини, ніж в насиченому.

Розчини утворюються при взаємодії розчинника і розчиненої речовини. Процес взаємодії розчинника і розчиненої речовини називається сольватацией (якщо розчинником є ​​вода - гідратацією). Розчинення протікає з утворенням різних за формою і міцності продуктів - гідратів. При цьому беруть участь сили як фізичної, так і хімічної природи. Процес розчинення внаслідок такого роду взаємодій компонентів супроводжується різними тепловими явищами. Енергетичної характеристикою розчинення є теплота утворення розчину, що розглядається як алгебраїчна сума теплових ефектів всіх ендо- - і екзотермічних стадій процесу. Найбільш значними серед них є:

- поглинають тепло процеси - руйнування кристалічної решітки, розриви хімічних зв'язків в молекулах;

- виділяють тепло процеси - утворення продуктів взаємодії розчиненої речовини з розчинником (гідрати) і ін.

Якщо енергія руйнування кристалічної решітки менше енергії гідратації розчиненої речовини, то розчинення йде з виділенням теплоти (спостерігається розігрівання). Так, розчинення NaOH - екзотермічний процес: на руйнування кристалічної решітки витрачається 884 кДж / моль, а при утворенні гідратованих іонів Na + і OH - виділяється відповідно 422 і 510 кДж / моль. Якщо енергія кристалічної решітки більше енергії гідратації, то розчинення протікає з поглинанням теплоти (при приготуванні водного розчину NH4NO3 спостерігається зниження температури).

Розчинність. Гранична розчинність багатьох речовин у воді (або в інших розчинниках) являє собою постійну величину, відповідну концентрації насиченого розчину при даній температурі. Вона є якісною характеристикою розчинності і наводиться в довідниках в грамах на 100 г розчинника (за певних умов). Розчинність залежить від природи речовини, що розчиняється і розчинника, температури і тиску.

1. Природа розчиняється речовини. Кристалічні речовини поділяються на:

P - добре розчинні (більше 1,0 г на 100 г води);

M - малорозчинні (0,1 г - 1,0 г на 100 г води);

Н - нерозчинні (менше 0,1 г на 100 г води).

2. Природа розчинника. При утворенні розчину зв'язку між частинками кожного з компонентів замінюються зв'язками між частинками різних компонентів. Щоб нові зв'язки могли утворитися, компоненти розчину повинні мати однотипні зв'язку, т. Е. Бути однієї природи. Тому іонні речовини розчиняються в полярних розчинниках і погано в неполярних, а молекулярні речовини - навпаки.

3. Вплив температури. Якщо розчинення речовини є екзотермічним процесом, то з підвищенням температури його розчинність зменшується (Наприклад, Ca (OH) 2 в воді) і навпаки. Для більшості солей характерно збільшення розчинності при нагріванні (рис. 5). Практично всі гази розчиняються з виділенням тепла. Розчинність газів в рідинах з підвищенням температури зменшується, а зі зниженням збільшується.

4. Вплив тиску. З підвищенням тиску розчинність газів в рідинах збільшується, а з пониженням зменшується.

Малюнок 5. Залежність розчинності речовин від температури