Влияние различных факторов на растворимость веществ - Растворы

Растворимость зависит от природы растворяемого вещества и растворителя, температуры, давления и влияния посторонних веществ.

Природа веществ, образующих раствор. Этот фактор хорошо иллюстрирует старое правило: подобное растворяется в подобном. Под подобием подразумевают природу химической связи в веществах, образующих раствор. Действительно, две неполярные жидкости будут смешиваться друг с другом неограниченно, а неполярная и полярная жидкости будут практически нерастворимы друг в друге.

Вещества, состоящие из неполярных молекул, лучше растворяются в неполярных растворителях, например, сера хорошо растворяется в сероуглероде и практически не растворяется в воде. Кислород в воде растворяется в 10 раз хуже, чем в бензоле.

Вещества с ионным и ковалентным полярным характером связи, как правило, хорошо растворяются в сильно полярных растворителях. Однако ионные кристаллические структуры гораздо прочнее, чем молекулярные, поэтому, когда энергия кристаллической решетки велика, а энергия сольватации низка, растворимость таких соединений в воде мала (BaSO4, CuS, CaF2 и т. д.).

Максимальную энергию кристаллической решетки имеют полимерные соединений с ковалентной связью (алмаз, диоксид кремния и т. д.), поэтому растворимость таких веществ ничтожно мала в любых растворителях.

Температура.

Согласно принципу Ле Шателье, на зависимость растворимости от температуры влияет значение теплового эффект растворения данного вещества в данном растворителе.

Если растворение вещества является экзотермическим процессом, то с повышением температуры его растворимость будет уменьшаться (например, Ca(OH)2 в воде) и наоборот. Для большинства солей растворимость при нагревании увеличивается.

Практически все газы растворяются с выделением тепла, поэтому растворимость газов в жидкостях с повышением температуры уменьшается, а с понижением температуры - увеличивается.

Если измерять растворимость веществ при разных температурах, то обнаружится, что одни вещества сильно изменяют свою растворимость в зависимости от температуры, другие - не очень сильно (табл. 2).

Таблица 2.

Влияние температуры на растворимость некоторых твердых веществ.

В таблице приведена растворимость в г/100 г воды

Вещество

Температура, ОC

0

20

50

80

100

KBr

53,5

65,2

80,8

94,6

103,3

NaCl

35,7

35,9

36,8

38,1

39,4

CaSO4

0,176

0,206

0,180

0,102

0,066

Если полученные экспериментальным путем значения растворимости при различных температурах нанести на оси координат, то получаются так называемые Кривые растворимости различных веществ (рис. 3).

Эти кривые имеют большое практическое значение. Используя эти кривые, можно рассчитать, сколько вещества, например KNO3, выпадет в осадок при охлаждении до 20ОС насыщенного раствора, приготовленного при температуре 80ОС. На этом основаны процессы, которые позволяют очищать некоторые вещества. Дело в том, что при охлаждении ненасыщенного раствора образуется насыщенный раствор, но Насыщенный по основному веществу, которого больше всего, а не по Примесям. Поэтому при охлаждении в осадок выпадает только Чистое вещество, а примеси (вместе с частью вещества) остаются в растворе. Чистые кристаллы потом отфильтровывают от охлажденного, загрязненного примесями раствора. Этот способ очистки называется ПЕРЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЕЙ. Так очищают, например, многие лекарственные препараты.

кривые растворимости твердых (а) и газообразных (б) веществ

Рис. 3. Кривые растворимости твердых (а) и газообразных (б) веществ.

Давление. По принципу Ле Шателье увеличение давления смещает равновесие в сторону уменьшения объема системы. При растворении твердых веществ в жидкости объем изменяется мало, поэтому давление не будет существенным образом влиять на растворимость солей. Также влияние давления практически не будет проявляться и для смеси двух жидкостей.

Растворимость газов сильно зависит от давления, так как в этом случае происходит значительное изменение объема системы. С увеличением давления растворимость газов увеличивается.

Для смеси газов растворимость каждого из них определяется Законом Генри:

Растворимость летучего вещества при постоянной температуре прямо пропорциональна его парциальному давлению над раствором.

Закон справедлив для разбавленных растворов, невысоких давлений и при отсутствии химического взаимодействия с растворителем.

Влияние посторонних веществ на растворимость.

Эффект "высаливания".

Если постороннее вещество сильно сольватируется и дает прочные связи с растворителем, то в его присутствии растворимость других веществ падает. Например, добавление хорошо растворимых солей уменьшает растворимость газов в воде, а добавление спирта уменьшает растворимость большинства солей:

NaClКр + H2O Na+Аq + Cl- аq

<------

Спирт

Такой же эффект вызывает добавление концентрированной соляной кислоты к насыщенному раствору хлорида натрия

NaClКр + H2O Na+Аq + Cl- аq

<------

HCl > H+ + Cl-

Присутствие одноименных ионов.

Если постороннее вещество дает ионы, одноименные с ионами растворенного вещества, в этом случае растворимость данного вещества также уменьшается:

NaClкр + H2O Na+аq + Cl - аq

<------

HCl > H+ + Cl-

Солевой эффект.

Хорошо растворимое третье вещество поставляет в систему большое количество посторонних ионов, что приводит к повышению растворимости ионных соединений.

BaSO4 (кр) Ba2+ + SO42-

------>

KNO3 > K+ + NO3-

Похожие статьи




Влияние различных факторов на растворимость веществ - Растворы

Предыдущая | Следующая