Растворимость

Процесс растворения обратимый. Наряду с ним идет выделение растворенного вещества из раствора. Когда скорости этих процессов сравняются, растворение прекратится и раствор станет насыщенным. Раствор, в котором данное вещество при данной температуре больше не растворяется, называется насыщенным. Для него ∆G = 0. Если концентрация раствора меньше той, которая требуется для насыщения, раствор называется ненасыщенным. Для ненасыщенного раствора

∆G< 0. Если концентрация раствора больше той, которая требуется для насыщения, раствор называется пересыщенным. Для пересыщенного раствора ∆G > 0.

Способность одного вещества растворяться в другом называется растворимостью. Количественной характеристикой растворимости является коэффициент растворимости, который выражается массой безводного вещества, растворяющегося при данных условиях в 100 г растворителя с образованием насыщенного раствора. Растворимость газа определяется объемом газа, растворяющегося при постоянной температуре в одном объеме растворителя с образованием насыщенного раствора.

Растворимость зависит от природы растворяемого вещества и растворителя, температуры и давления (для газов).

1. Природа растворяемого вещества.

Кристаллические вещества подразделяются на:

P – хорошо растворимые (более 1,0 г на 100 г воды);

M – малорастворимые (0,1 г - 1,0 г на 100 г воды);

Н – практически нерастворимые (менее 0,1 г на 100 г воды).

Если газ химически взаимодействуют с водой, его растворимость велика (HCl, NH₃, CO₂, SO₂), если не взаимодействует – растворимость незначительна (O₂, H₂).

2. Природа растворителя

При образовании раствора связи между частицами каждого из компонентов заменяются связями между частицами разных компонентов. Чтобы новые связи могли образоваться, компоненты раствора должны иметь однотипные связи, т.е. быть одной природы. Поэтому ионные вещества хорошо растворяются в полярных растворителях и плохо в неполярных, а молекулярные вещества – наоборот.

3. Температура

Применим принцип Ле Шателье к обратимой системе

Кристалл + вода ↔ насыщенный раствор, ∆Н_раств

Если ∆Н_{растворения} < 0, то при увеличении температуры равновесие смещается влево и растворимость твердого вещества в воде уменьшается. Если ∆Н_раств > 0, то при увеличении температуры равновесие смещается вправо и растворимость увеличивается.

Растворимость газов в воде – процесс экзотермический, поэтому с повышением температуры растворимость газов уменьшается, а с понижением - увеличивается.

4. Давление

С повышением давления растворимость газов в жидкостях увеличивается, а с понижением уменьшается.

9. Способы выражения концентрации растворов

Важной характеристикой любого раствора является его состав, который определяется количеством растворенного вещества и растворителя. Отношение количества или массы вещества, содержащегося в системе, к объему или массе этой системы называется концентрацией. Известно несколько способов выражения концентрации растворов.

Молярная концентрация вещества В или молярность (с_В или М) – отношение количества растворенного вещества к объему раствора:

, моль/л,

где n_B – количество вещества В; m_B – масса вещества, г; М_В –молярная масса вещества, г/моль; V – объем раствора, л.

Молярная концентрация эквивалентов вещества В или нормальность ( (В) или н.) – отношение количества эквивалентов растворенного вещества к объему раствора:

, моль/л,

где n_эк(В) – количество вещества эквивалентов; m_B – масса вещества, г; М_э(В) – молярная масса эквивалентов вещества, г/моль; V – объем раствора, л.

Моляльная концентрация вещества В или моляльность ( ) - отношение количества растворенного вещества к массе растворителя:

, моль/кг,

где n_В – количество растворенного вещества В; m_B – масса растворенного вещества, г; m_S – масса растворителя, кг; М_В - молярная масса растворенного вещества, г/моль.

Массовая доля вещества В (ω) – отношение массы растворенного вещества к массе раствора. Массовая доля ─ безразмерная величина, ее выражают в долях единицы или процентах:

, (4)

где m_B – масса растворенного вещества, г; m – масса раствора, г.

Если выражать массу раствора через его плотность(ρ) и объем(V), то

Молярная (мольная) доля вещества В (х_В) ─ отношение количества растворенного вещества (или растворителя) к сумме количеств всех веществ, содержащихся в растворе:

,

где х_B – молярная доля растворенного вещества, n_B – количество растворенного вещества; n_S – количество растворителя.

,

где х_S – молярная доля растворителя, n_B и n_S – количества растворенного вещества и растворителя.

Титр раствора вещества В (Т_В) показывает число граммов растворенного вещества, содержащегося в 1 мл (см³) раствора. Титр рассчитывается по формулам:

, г/мл,

где М_э(В) – молярная масса эквивалентов вещества, (В) – молярная концентрация эквивалентов;

, г/мл,

где ω_В – массовая доля растворенного вещества, ρ – плотность раствора.