3.2 Растворимость жидкостей

Растворимость жидкостей друг в друге практически не зависит от давления. Влияние температуры, как обычно, определяется энтальпией растворения. В данном случае ее знак наименее предсказуем, решающее значение будет иметь соотношение в прочности межмолекулярных связей между одинаковыми (Е_А─А, Е_В─В) и разными молекулами (Е_А─В). Реально в большинстве случаев смешение жидкостей проходит экзотермично. Что касается изменения энтропии, то S_смеш.>0, т.к. увеличивается число перестановок частиц в растворе.

Растворимость в воде, по-прежнему, будет зависеть от гидратируемости молекул растворяемой жидкости:

название	формула	растворимость s, г/100г H2O
метанол	СH3ОН	∞
этанол	СH3СH2ОН	∞
этаналь	СH3СНО	∞
диэтиловый эфир	СH3СH2ОСH2СH3	7,5
пропанол-1	СH3СH2СH2ОН	∞
пропаналь	СH3СH2СНО	16
ацетон	СH3СОСH3	∞
н-бутанол-1	СH3СH2СH2СH2ОН	7,9
бутаналь	СH3СH2СH2СНО	7
бензол	С6Н6	0,08
тетрахлорметан	СCl4	0,08

Среди приведенных жидкостей есть неограниченно растворимые в воде, ограниченно растворимые и практически несмешивающиеся с ней. В последнем случае образуется два самостоятельных жидких слоя, каждый из которых может выступать в качестве растворителя для третьего вещества. Оно будет распределяться в этих жидкостях в соответствии со свой растворимостью в них, например коэффициент распределения йода в четыреххлористом углероде и воде:

(6)

равен примерно 100. Это означает, что, если к водному раствору йода добавить CCl₄, то практически весь йод перейдет в слой четыреххлористого углерода, а водный слой почти полностью обесцветится.

После того, как обсуждены основные идеи, определяющие растворимость в воде кристаллических, жидких и газообразных веществ (природа, строение веществ, а также внешние условия), коротко рассмотрим влияние третьего вещества на равновесие (2). Оно, в общем случае, разнообразно и не всегда легко предугадать, влияние какого фактора окажется решающим:

― если дополнительное вещество хорошо (неограниченно) растворимо в воде, при этом хорошо гидратируется, то растворимость основного вещества уменьшается (так, например, добавление хорошо растворимых солей уменьшает растворимость газов, в свою очередь, добавление спирта, ацетона аналогично сказывается на водных растворах ионных соединений);

― если дополнительное вещество поставляет в раствор ионы одноименные с теми, на которые распадается основное вещество, то растворимость последнего значительно уменьшается (добавление растворимой соли бария или сульфата натрия к насыщенному раствору BaSO₄ вызывает помутнение раствора и появление белого осадка; растворимость хлороводорода, CO₂, SO₂ заметно уменьшается в присутствии сильных кислот, в то же время, аммиак и метиламин хуже растворяются в присутствии сильных оснований);

― растворимость ионных соединений повышается при появлении в растворе ′′посторонних′′ ионов (осадок BaSO₄ растворяется при добавлении, скажем, KNO₃).

Рис.8 Схема приготовления пересыщенного раствора алюмокалиевых квасцов.

После анализа влияния внешних факторов на растворимость твердых и газообразных веществ можно вернуться к понятию “пересыщенный раствор”.

Из определения растворимости следует, что в 100г воды, разогретых до температуры 90˚С, можно растворить примерно 110 граммов алюмокалиевых квасцов (рис.8). Если теперь прозрачный насыщенный при температуре 90˚С раствор начать медленно и осторожно охлаждать, то можно предотвратить кристаллизацию растворенного вещества. В итоге, например, при комнатной температуре 25˚С в данном (охлажденном) растворе соли будет находиться гораздо больше (точка ), чем может содержаться в насыщенном при данной температуре растворе (). Такое состояние крайне неустойчиво и может быть нарушено разными способами (встряхиванием раствора, внесением в него постороннего предмета или маленького кристаллика растворенного вещества и др.). При этом из раствора выкристаллизовывается "лишняя" часть соли, и он вновь становится насыщенным. Возможность получения пересыщенных растворов объясняется достаточно высокой энергией активации образования первого зародыша газовой или кристаллической фазы растворенного вещества, особенно в случае повышенной устойчивости гидратов.