Урок № 7.
Тема: "Розчинність речовин, її залежність від різних чинників. Розчини нвсиченіі ненасичені, розведені і концентровані"
Мета: вивчити поняття "розчинність речовин", фактори, які впливають на розчинність; вивчити поняття про розчини насичені, ненасичені, концентровані і розведені.
Подивись відеоурок, вивчи теорію, виконай вправи.
Відео Т. Базавлук
ЩО ТАКЕ РОЗЧИННІСТЬ
• Поняття «розчинність» стосується тільки насичених розчинів.
Розчинністю називають здатність речовини розчинятися в тому або іншому розчиннику.
Мірою розчинності речовини за певних умов є її вміст у насиченому розчині. Зазвичай розчинність виражають у грамах безводної речовини, яку можна розчинити в 100 г води (або іншого розчинника) для приготування насиченого розчину за певних умов. Якщо в 100 г води розчиняється більше 10 г речовини, то таку речовину називають добре розчинною. Загалом, розчинними вважають речовини й із розчинністю більше 1 г у 100 г води.
Якщо розчиняється від 1 до 0,1 г речовини в 100 г води — речовина малорозчинна. Речовину вважають майже нерозчинною, якщо в розчин переходить менше 0,1 г речовини.
Розчинність деяких речовин (солей, кислот, основ і амфотерних гідроксидів) представлено в знайомій вам таблиці розчинності.
Наприклад, за температури 25 °С у 100 г води розчиняється 36 г калій нітрату. Отже, розчинність дорівнює 36.
Приклад. Визначте, яка речовина краще розчиняється у воді за такими даними: розчинність за температури 25 °С натрій хлориду дорівнює 35,9, а кальцій гідроксиду — 0,185.
Розв'язання. Розчинність натрій хлориду більша, ніж у кальцій гідроксиду, отже, він краще розчиняється у воді.
• Розчинність речовини показує максимальну масу речовини, що може розчинитися в 100 г розчинника за певних умов.
Зовсім нерозчинних речовин, мабуть, немає. Ми вже говорили, що вода дуже гарний розчинник. Навіть коли ми наливаємо воду в скляну посудину, дуже невелика кількість частинок зі скла переходить у розчин. Метали також досить незначно розчиняються у воді: невелика кількість йонів металічних елементів переходить у водне середовище. У цілому розчинність різних речовин визначається багатьма складними причинами, деякі з яких досі не зрозумілі. Тому важко передбачити розчинність якої-небудь речовини за її хімічною формулою або агрегатним станом.
ЧИННИКИ, ЩО ВПЛИВАЮТЬ НА РОЗЧИННІСТЬ
Ви звернули увагу, що, говорячи про розчинність, ми згадуємо умови, за яких відбувалося розчинення? Це важливо, тому що маса речовини, що може розчинитися, залежить від різних причин.
Чинник 1: природа розчинника й речовини, що розчиняється.
Наприклад, цукор краще розчиняється у воді, ніж у бензині, а фенолфталеїн добре розчинний у спирті, але не у воді. Чому так відбувається? На жаль, досі немає наукової теорії, яка б повністю пояснювала процес розчинення. Часто користуються старим, практично встановленим правилом «Подібне розчиняється в подібному». Це означає, що речовини з ковалентним полярним і йонним зв'язком краще розчиняються в полярних розчинниках, таких як вода. І навпаки, речовини з неполярними або слабко полярними зв'язками краще розчиняються в неполярних розчинниках, наприклад у бензині.
Речовин, які б розчинялися абсолютно в усіх розчинниках, не буває.
Продемонструємо здатність речовин розчинятися в різних розчинниках.
Дослід «Розчинення у різних розчинниках»
1. Візьмемо дві хімічні склянки. Першу з них наповнимо водою, другу — бензином. У кожну склянку помістимо невелику кількість калій хлориду. Калій хлорид дуже швидко розчиняється у воді й не розчиняється в бензині.
Висновок: калій хлорид — речовина з йонним зв'язком, він добре розчиняється в «подібній» (полярній) речовині — воді й зовсім не розчиняється в неполярному розчиннику — бензині.
2. Візьмемо дві хімічні склянки. Першу з них наповнимо водою, другу — бензином. У кожну склянку насиплемо невелику кількість порошку сірки. У воді сірка не розчиняється й збирається на поверхні, а в бензині сірка розчиняється. Висновок: у молекулі сірки ковалентні неполярні зв'язки, отже, сірка є неполярною речовиною й має розчинятися в неполярних розчинниках. (Замість сірки можна використати йод, тоді цей дослід також буде супроводжуватися змінами кольору.)
Чинник 2: температура.
Спочатку розглянемо як впливатиме температура на розчинність твердих речовин. Розчинність більшості (але не всіх!) твердих речовин із підвищенням температури збільшується.
Якщо ви уважно прочитали попередній матеріал, то вже зможете пояснити, чому в разі підвищення температури збільшується розчинність твердих речовин. Якщо не можете відповісти — підказуємо: в разі підвищення температури підвищується швидкість руху молекул і швидкість дифузії, гідратація прискорюється, та й підвищення температури сприяє розриву хімічних зв'язків у молекулах або йонних кристалах речовини, що розчиняється (рис. 27).
Рис. 27. Розчинність речовин залежно від температури
• У разі підвищення температури розчину розчинність твердих речовин, як правило, збільшується.
Однак існують речовини, розчинність яких за нагрівання майже не змінюється. Подивіться на графік. Це, наприклад, натрій хлорид. Є навіть такі тверді речовини, розчинність яких під час нагрівання зменшується, як, наприклад, у кальцій гідроксиду або кальцій сульфату
Під час охолодження гарячих насичених розчинів надлишок розчиненої речовини випадає в осад. Таке виділення кристалів із розчину називають кристалізацією або перекристалізацією. Нам уже траплялося це явище, коли вирощували кристали.
Підкреслимо, що кристали з розчину виділяються дуже чистими, тому перекристалізацію використовують для очищення речовин.
Тепер розглянемо, як змінюється розчинність газів у воді в разі підвищення температури. Чим вище температура, тим більше енергії одержують молекули газів, які містяться в розчині, тим активніше вони рухаються, зв'язки між молекулами води й газу руйнуються, і молекули газу залишають розчин. Таким чином, розчинність газів у разі підвищення температури у воді зменшується (рис. 28).
Рис. 28. Розчинність газів залежно від температури
Чинник 3: тиск.
Тиск не чинить помітного впливу на розчинність твердих речовин і рідин, тому що під час їх розчинення не відбувається помітної зміни об'єму системи. Зміна тиску впливає тільки на розчинність газів. У разі підвищення тиску газу над розчином проникнення його молекул у воду збільшується, отже, розчинність також збільшується. Щоправда, це відбувається тільки з розведеними розчинами.
Дізнайтеся більше
Кесонна хвороба
Якщо водолази працюють під водою на великій глибині, то внаслідок підвищення тиску розчинність газів повітря (в основному, азоту) у крові людини значно збільшується. Під час підйому на поверхню тиск зменшується, і, відповідно, розчинність газів зменшується теж. Якщо підйом відбувається швидко, то кров буквально скипає, бо гази дуже швидко залишають рідину. Цей стан називається «кесонна хвороба» та призводить до загибелі людини. Тому підйом водолазів із глибини відбувається повільно, щоби гази, які виділяються з крові, поступово виводилися з організму в легенях.
— Виходить, якщо ми будемо зменшувати тиск, то розчинність газів зменшиться?
— Так, і ми це спостерігаємо, коли відкриваємо пляшку з газованою водою. Щоби зробити воду газованою, в неї під тиском пропускають вуглекислий газ. Частина газу розчиняється у воді, частина — взаємодіє з водою. Коли ми відкриваємо пляшку, тиск зменшується й пухирці газу виходять із води.
— До речі, перемішуванням ми можемо прискорити цей процес.
— Так, якщо ми активно струшуємо пляшку з газованою водою, а потім швидко її відкриємо, то газована вода буквально фонтаном виривається із пляшки.
— Ми підсилимо виділення газу, нагріваючи пляшку. А якщо пляшка з газованою водою стоїть на сонці на пляжі...
— От, хотів просто попити — а тут суцільна хімія...
Робимо висновки:
ДОМАШНІЙ ЕКСПЕРИМЕНТ
Під час виконання дослідів дотримуйтеся правил безпеки! Просимо допомоги батьків!
Розчинність різних речовин у воді
Дослідіть розчинність у холодній і гарячій воді таких речовин: кухонної солі, цукру, рослинної олії, лимонної кислоти, харчової соди.
Для дослідження беріть невеликі кількості речовин і однаковий об'єм води. Зверніть увагу, скільки кожної речовини було використано для одержання насиченого розчину за кожної температури. Поясніть отримані результати.
ПЕРЕВІРТЕ СВОЇ ЗНАННЯ
1. Для яких розчинів застосовне поняття «розчинність»? Що воно характеризує?
2. Укажіть, за якої розчинності речовину вважають добре розчинною; малорозчинною; нерозчинною.
3. Знайдіть у таблиці розчинності приклади розчинних, малорозчинних і нерозчинних сполук.
4. Розчинність речовини дорівнює 0,0001. Чи добре ця речовина розчиняється у воді?
5. Які чинники впливають на розчинність речовин у воді? Який чинник застосовний тільки до газів?
6. Наведіть приклади, які доводять, що розчинність залежить від природи розчинника й речовини, що розчиняється.
7. Як змінюється розчинність твердих речовин і газів у разі підвищення температури?
8. Наведіть приклади, які доводять, що розчинність залежить від температури.
9. Наведіть приклади, які доводять, що розчинність газів залежить від тиску.
10. Що таке перекристалізація й де її використовують?
ВИКОНАЙТЕ ЗАВДАННЯ
11. Укажіть назву речовини, яка добре розчиняється у воді:
а) барій сульфат;
б) купрум(ІІ) нітрат;
в) ферум(ІІ) сульфід;
г) арґентум(І) йодид.
12. Укажіть назву речовини, розчинність якої збільшується з підвищенням температури:
а) водень;
б) вуглекислий газ;
в) кисень;
г) калій йодид.
13. Укажіть назву речовини, розчинність якої збільшується з підвищенням тиску:
а) калій гідроксид;
б) карбон(ІV) оксид;
в) натрій хлорид;
г) натрій йодид.
14. Укажіть назву речовини, розчинність якої збільшується зі зниженням температури:
а) калій хлорид;
б) водень;
в) цукор;
г) літій нітрат.
15. За якої температури розчинність двох солей KNO3 i CuSO4 однакова (див. криві розчинності речовин, рис. 27):
а) 20 °С;
б) 10 °С;
в) 25 °С;
г) 18 °С.
Для допитливих
16. Під час охолодження насиченого розчину за температури 40 °С калій хлорату KClO3 масою 1200 г до температури 20 °С із розчину випали кристали. Користуючись кривою розчинності солі (рис. 27), розрахуйте масу кристалів солі, що випали з розчину.
17. Розчинність деякої солі за температури 25 °С становить 185 г/л. Яку масу солі можна одержати, якщо випарити всю воду з 200 мл такого розчину?
18. Чому в китів, дельфінів не виникає кесонної хвороби, коли вони стрімко піднімаються з глибини до поверхні? Чому цього стану немає у професійних шукачів перлів, які опускаються на значну глибину без акваланга й водолазного костюма?
Підказка: подумайте, як дихають водолази в скафандрі й нирці без дихальної апаратури.
19. Якщо у склянку з газованою водою вкинути трохи кухонної солі, відразу почне виділятися вуглекислий газ. Поясніть це явище.
За підручником "Хімія " 9 клас, Т.М. Гранкіна
НАСИЧЕНІ Й НЕНАСИЧЕНІ, КОНЦЕНТРОВАНІ Й РОЗВЕДЕНІ РОЗЧИНИ. КРИСТАЛОГІДРАТИ
НАСИЧЕНІ Й НЕНАСИЧЕНІ РОЗЧИНИ
Існують речовини, які змішуються в будь-яких співвідношеннях, наприклад спирт і вода. Взаємна розчинність інших речовин обмежена.
Наприклад, візьмемо склянку з водою й додамо небагато (кілька кристаликів) кухонної солі. Сіль добре розчиняється. Осаду на дні склянки немає. Можна додати ще кілька кристаликів. Сіль знову вся розчиниться. Вочевидь таку саму операцію можна виконати ще кілька разів.
Розчин, у якому речовина ще може розчинятися за певної температури, називається ненасиченим.
Продовжимо додавати сіль в отриманий розчин. З якогось моменту сіль перестане розчинятися, і як би ми не намагалися її розчинити, перемішуючи розчин, осад буде присутній. Розчин над осадом називають насиченим (рис. 22).
Рис. 22. Насичений розчин
Розчин, у якому речовина більше не розчиняється за певних умов, називають насиченим.
Отже, існує така концентрація розчиненої речовини, за якої ця речовина за незмінних умов більше не розчиняється. Це пояснюється тим, що кількість частинок, здатних перейти в розчин, часто обмежена. У насичених розчинах число частинок розчиненої речовини, які переходять у розчин, дорівнює числу частинок, які з розчину переходять в осад. Рухливу рівновагу, що установилася між осадом і насиченим розчином, називають динамічною (рис. 23).
Рис. 23. Динамічна рівновага в насиченому розчині
• Насиченим називають розчин над осадом.
Зверніть увагу, що ми говоримо про розчинення речовин за одних і тих самих умов. Це дуже важливо. Чому? Про це розповімо в наступному параграфі.
Дізнайтеся більше
Обережно охолоджуючи розчин деяких речовин, насичений за більш високої температури, можна одержати пересичений розчин, вміст розчиненої речовини в якому більший, ніж у насиченому розчині за даної температури. Такі розчини нестійкі. Наприклад, пересичені розчини легко можна одержати з натрій ацетату. Напевно, ця сіль є у вашій шкільній лабораторії, а якщо немає — то її можна одержати взаємодією харчової соди й оцту. Варто одержати досить концентрований розчин за постійного нагрівання, обережно охолодити його й кинути кристалик цієї самої солі, як моментально чудовим чином увесь розчин перетворюється на льодоподібну масу.
КОНЦЕНТРОВАНІ Й РОЗВЕДЕНІ РОЗЧИНИ
Такі якісні поняття, як «розведений» і «концентрований», свідчать тільки про те, що розчин містить мало або багато розчиненої речовини. Якщо ми розчинимо декілька кристалів цукру в склянці води, розчин буде розведений, а якщо в тому самому об'ємі води розчинимо 3 столові ложки цукру — розчин буде концентрованим.
Концентрація розчину — це величина, яка характеризує співвідношення між розчиненою речовиною й розчинником.
Зазвичай указують чисельне значення концентрації розчину. У 7 класі ви вивчали один з виразів концентрації розчиненої речовини — масову частку (ω). Дуже умовно для речовин, що добре розчиняються у воді, розбавленим можна вважати розчин з ω < 10-15 %, а концентрованим — ω > 40-50 %. Однак для розчинів різних речовин ці значення можуть бути різними.
Не плутайте насичені розчини з концентрованими, а ненасичені — з розведеними. Наприклад, розчинність кальцій гідроксиду дорівнює 0,185 г в 100 г води, отже, розчин насичений, тобто більше ця речовина не розчиняється, але концентрація її дуже низька, тобто це розведений розчин.
Інший приклад. У 100 г води може розчинитися 211,5 г цукру. У цьому випадку ми одержимо насичений розчин. Під час розчинення 100 г цукру в 100 г води одержуємо концентрований розчин, але ненасичений, тобто в ньому ще може розчинятися цукор.
КРИСТАЛОГІДРАТИ
Згадаємо, що частинки (молекули або йони) розчиненої речовини у водних розчинах гідратовані, тобто з'єднані з молекулами води. Під час нагрівання розчинів вода випаровується, а частинки розчиненої твердої речовини з'єднуються між собою, утворюючи кристали з певними кристалічними ґратками. При цьому частина молекул води із гідратної оболонки частинок може увійти до складу кристала. Такі кристали називають кристалогідратами (рис. 24). Кристалогідрати містяться і в осадах у насичених розчинах. Воду, яка міститься в кристалогідратах, називають кристалізаційною.
Кристалогідрати — це кристалічні речовини, до складу яких входять молекули води.
Наприклад, один із найпоширеніших кристалогідратів — мідний купорос. Його формулу записують так: CuSO4 · 5H2O. Це означає, що в складі кристала на 1 формульну одиницю купрум(ІІ) сульфату припадає 5 молекул кристалізаційної води.
Рис. 24. Кристалогідрат
Властивості кристалогідратів
Під час обережного нагрівання кристалогідратів вода, яка входить до їхнього складу, випаровується. При цьому може змінюватися колір кристалогідрату.
Дослід «Нагрівання кристалогідратів»
Візьмемо гарні сині кристали мідного купоросу й почнемо обережно нагрівати. Під час нагрівання кристалогідрати поступово втрачають воду й змінюють колір. Так, наприклад, за t ≤ 100 °С сині кристали CuSO4 · 5H2O стають блідо-синіми CuSO4 · 3H2O, а за t = 150 °С стають блакитними CuSO4 · H2O, за t = 258 °С кристали повністю втрачають воду й перетворюються на білі безводні кристали CuSO4. Причина зміни кольору — видалення молекул води з кристалогідрату.
Мозковий штурм
Є розчин медичного спирту. Потрібно збільшити концентрацію спирту в цьому розчині, тобто забрати зайву воду. Запропонуйте рішення. Перегонку не використовуємо.
Можливий і зворотний процес: безводний мідний купорос білого кольору на повітрі поступово стає блакитним, приєднуючи молекули води з повітря. Гідрати можуть утворювати не тільки кристалічні речовини. Наприклад, сульфатна кислота активно з'єднується з молекулами води, утворюючи моногідрати H2SO4 · H2O. Вона так активно поглинає воду, що її часто використовують для осушення газів, нафтопродуктів та ін. Інші речовини, які утворюють кристалогідрати, також можна використовувати як осушувачі.
Зробимо висновки:
ДОМАШНІЙ ЕКСПЕРИМЕНТ
Як виростити кристал?
Під час виконання дослідів дотримуйтеся правил безпеки! Просимо допомоги батьків!
Перед виконанням експерименту треба приготувати собі на кухні робоче місце, заслати стіл клейонкою. Після закінчення роботи все прибрати та помити руки.
Кристали з розчину можна виділити не тільки під час випарювання. Якщо в насичений розчин, наприклад, мідного купоросу внести кристалик цієї самої солі, закріплений на ниточці, то поступово він буде рости, збільшуватися, тому що до нього будуть прикріплюватися нові кристали CuSO4 · 5H2O (рис. 26).
Рис. 26. Вирощування кристалів CuSO4
Насичений розчин готуємо так: у металічній ємності нагріваємо воду, у процесі нагрівання весь час додаємо кристали мідного купоросу й помішуємо розчин. Як тільки вода дійде до кипіння (не кип'ятити), а нова порція кристалів уже не буде розчинятися — розчин готовий.
Важливо, щоб використовуваний посуд був чистий, а вода — дистильована. Домішки будуть спотворювати структуру кристала та сповільнять його ріст. Так можна виростити кристали цукру, солі. Гарні безбарвні кристали утворюють алюмокалієві галуни KAl(SO4)2 · 12H2O, темно-фіолетові кристали — хромокалієві галуни KCr(SO4)2 · 12H2O.
Дізнайтеся більше
Галун
Галуном називають калій-алюміній сульфат додекагідрат KAl(SO4)2 · 12H2O. У давнину в Україні для знежирювання і протравлювання поверхні яйця перед розписуванням його фарбами користувалися алюмокалієвим галуном, звідси давня назва писанок на Поділлі — галунки. Галуни застосовують у медицині та косметології як дезінфікуючий і бактерицидний засіб, вони входять до складу масок і лосьйонів для жирної та пористої шкіри. Можна застосовувати тверді кристали, трошки змочені у воді, як дезодоранти.
І знову задачі...
Приклад 2. Обчисліть масову частку кристалізаційної води в кристалогідраті FeSO4 · 7H2O.
Приклад 3. Маса кристалогідрату CaSO4 · 2H2O дорівнює 17,2 г. Визначте кількість речовини безводної солі й води, які містяться в цьому зразку кристалогідрату.
ПЕРЕВІРТЕ СВОЇ ЗНАННЯ
1. Які розчини називають насиченими? ненасиченими?
2. Яка величина чисельно характеризує концентрацію розчину?
3. Які речовини називають кристалогідратами?
4. Що таке кристалізаційна вода?
5. Де використовують кристалогідрати?
ВИКОНАЙТЕ ЗАВДАННЯ
6. Опишіть, як приготувати насичений розчин; ненасичений розчин. Як зробити насичений розчин ненасиченим, і навпаки?
7. Обчисліть масову частку кристалізаційної води в кристалогідратах: CoCl2 · 6H2O; CoCl2 · 4H2O; CoCl2 · H2O.
8. Формула кристалогідрату MgSO4 · 7Η2Ο. Обчисліть його молярну масу.
9. Маса кристалогідрату Na2SO4 · 10H2O дорівнює 32,2 г. Визначте масу безводної солі й води, які містяться в цьому зразку кристалогідрату.
10. Мідний купорос повністю висушили. Втрата маси склала 9 г. Визначте масу вихідного кристалогідрату.
Тренування:
