Раствор — Википедия

Растворение поваренной соли (NaCl) в воде

Раство́р — однородная (гомогенная) система, в состав которой входят молекулы (атомы, ионы) двух или более типов, причём доля частиц каждого типа может непрерывно меняться в определённых пределах. От механической смеси раствор отличается однородностью, от химического соединения — непостоянством состава.

Растворителем называют вещество, частицы которого преобладают в растворе, при этом остальные компоненты раствора называют растворёнными веществами.

В зависимости от агрегатного состояния раствор может быть газовым (то же, что смесь газов), жидким или твёрдым. Обычно, говоря о растворе, имеют в виду жидкий раствор.

Образование того или иного типа раствора^{[уточнить]} обусловливается интенсивностью межмолекулярного, межатомного, межионного или другого вида взаимодействия, то есть теми же силами, которые определяют возникновение того или иного агрегатного состояния. Отличия: образование раствора зависит от характера и интенсивности взаимодействия частиц

разных веществ^[1].

По сравнению с индивидуальными веществами по структуре растворы сложнее^[1].

Химическое взаимодействие растворенного вещества с растворителем в некоторых случаях приводит к диссоциации. Частицы (как ионы, образовавшиеся в результате диссоциации, так и недиссоциированные молекулы) часто взаимодействуют с растворителем, с образованием структур, которые называются сольватами (гидратами, если речь о водных растворах). Этот процесс называют сольватацией (гидратацией). Гидратную теорию растворов предложил русский учёный Д. И. Менделеев.

Твёрдые, жидкие, газообразные растворы[править | править код]

Чаще всего под раствором подразумевается жидкое вещество, например, раствор соли или спирта в воде (или даже раствор золота в ртути — амальгама).

Существуют также растворы газов в жидкостях, газов в газах и жидкостей в жидкостях, в последнем случае растворителем считается вода, или же компонент, которого больше.

В химической практике обычно под растворами понимают гомогенные системы, растворитель может быть жидким (водный раствор), твёрдым (твёрдый раствор), газообразным. Однако нередко допускается и гетерогенность — см. «Золи».

Коллоидные и истинные/молекулярные растворы (изучением коллоидных систем занимается коллоидная химия) отличаются главным образом размерами частиц.

В истинных растворах размер частиц менее 1 нм, частицы в таких растворах невозможно обнаружить оптическими методами; в то время как в коллоидных растворах размер частиц 1 нм — 500000 нм, частицы в таких растворах можно обнаружить при помощи ультрамикроскопа (см. эффект Тиндаля).

Растворение — переход молекул вещества из одной фазы в другую (раствор, растворенное состояние). Происходит в результате взаимодействия атомов (молекул) растворителя и растворённого вещества и сопровождается увеличением энтропии при растворении твёрдых веществ и её уменьшением при растворении газов. При растворении межфазная граница исчезает, при этом многие физические свойства раствора (например, плотность, вязкость, иногда — цвет, и другие) меняются.

В случае химического взаимодействия растворителя и растворённого вещества сильно меняются и химические свойства — например, при растворении газа хлороводорода в воде образуется жидкая соляная кислота.

При растворении кристаллических веществ, растворимость которых увеличивается с увеличением температуры, происходит охлаждение раствора ввиду того, что у раствора внутренняя энергия больше, чем у кристаллического вещества и растворителя, взятых отдельно. Например, кипяток, в котором растворяют сахар, сильно охлаждается^[2].

Растворы электролитов и неэлектролитов[править | править код]

Электролиты — вещества, проводящие в расплавах или водных растворах электрический ток. В расплавах или водных растворах они диссоциируют на ионы.

Неэлектролиты — вещества, водные растворы и расплавы которых не проводят электрический ток, так как их молекулы не диссоциируют на ионы. Электролиты при растворении в подходящих растворителях (вода, другие полярные растворители) диссоциируют на ионы. Сильное физико-химическое взаимодействие при растворении приводит к сильному изменению свойств раствора (химическая теория растворов).

Вещества, которые в тех же условиях на ионы не распадаются и электрический ток не проводят, называются неэлектролитами.

К электролитам относятся кислоты, основания и почти все соли, к неэлектролитам — большинство органических соединений, а также вещества, в молекулах которых имеются только ковалентные неполярные или малополярные связи.

Растворы высокомолекулярных веществ ВМС — белков, углеводов и др. обладают одновременно многими свойствами истинных и коллоидных растворов.

В зависимости от цели для описания концентрации растворов используются разные физические величины.

• Ненасыщенный раствор — раствор, в котором концентрация растворенного вещества меньше, чем в насыщенном растворе, и в котором при данных условиях можно растворить ещё некоторое его количество.
• Насыщенный раствор — раствор, в котором растворённое вещество при данных условиях достигло максимальной концентрации и больше не растворяется. Осадок данного вещества находится в равновесном состоянии с веществом в растворе.
• Пересыщенный раствор (изредка используется термин перенасыщенный) — раствор, содержащий при данных условиях больше растворённого вещества, чем в насыщенном растворе. Пересыщенные растворы неустойчивы, избыток вещества легко выпадает в осадок. Такой раствор нельзя получить путём растворения в нормальных условиях, обычно пересыщенный раствор получают охлаждением раствора, насыщенного при более высокой температуре (пересыщение).
• Концентрированный раствор — раствор с высоким содержанием растворённого вещества в противоположность разбавленному раствору, содержащему малое количество растворённого вещества. Деление растворов на концентрированные и разбавленные не связано с делением на насыщенные и ненасыщенные. Так насыщенный 0,0000134М раствор хлорида серебра является очень разбавленным, а 4М раствор бромида калия, будучи очень концентрированным, не является насыщенным.
• Разбавленный раствор — раствор с низким содержанием растворённого вещества. Отметим, что не всегда разбавленный раствор является ненасыщенным — например, насыщенный 0,0000134М раствор практически нерастворимого хлорида серебра является очень разбавленным. Граница между разбавленным и концентрированным растворами весьма условна.

• Растворы // Физическая энциклопедия : [в 5 т.] / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая российская энциклопедия, 1994. — Т. 4: Пойнтинга — Робертсона — Стримеры. — 704 с. — 40 000 экз. — ISBN 5-85270-087-8.
• Растворы // Химическая энциклопедия: в 5 т. / Зефиров Н. С. (гл. ред.). — М.: Большая Российская энциклопедия, 1995. — Т. 4: Полимерные—Трипсин. — 639 с. — 40 000 экз. — ISBN 5-85270-039-8.
• Шахпаронов М. И. Введение в молекулярную теорию растворов. — М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1956. — 508 с.
• Реми Г. Курс неорганической химии. — М.: Издательство иностранной литературы, 1963, 1966. — Т. 1—2.
• Streitwieser, Andrew; Heathcock, Clayton H., Kosower, Edward M. Introduction to Organic Chemistry (неопр.). — 4th ed.. — Macmillan Publishing Company, New York, 1992.

что такое раствор и как это происходит

Каждый живой организм на Земле состоит из воды более, чем наполовину. На самой планете 70% поверхности занимает Мировой океан. И эта цифра не включает источники рек, озер, подземных вод и льда. Вода необходима для нормальной жизнедеятельности человека, животных и растений. При этом ее природный круговорот позволяет говорить о неисчерпаемости ресурса. Однако современные ученые всерьез озабочены проблемой загрязнения питьевой воды. Проводятся многочисленные опыты с целью получить идеально чистую воду. К сожалению, даже полученная дистиллированная вода при открывании сосуда сразу же превращается в раствор, вбирая в себя газы из атмосферы и мельчайшую пыль, содержащуюся в воздухе.

Казалось бы, что может быть загадочного в этом веществе? Однако ее физические и химические свойства не дают покоя великим умам уже много десятилетий. Способность пребывать в трех агрегатных состояниях, дезинфицировать или заряжать энергией, закипать при 100 градусах и замерзать при 0, отлично проводит электричество и почти не проводит тепло, но одна из самых удивительных ее способностей – растворять в себе практически любые элементы, то есть вода представляет универсальный растворитель.

О том, каково значение воды, как растворителя, лучше всего расскажет функция, которую она выполняет в живых существах. Вода, составляющая значительную часть внутренних условий организмов, участвует в протекании всасывания и перемещения питательных веществ или продуктов распада. При окислении глюкозы вода становится конечным элементов ее распада с выделением большого количества энергии, необходимой для совершения каких-либо действий.

В организме человека содержится около 20 аминокислот, которые принимают участие в процессе метаболизма. Эти аминокислоты растворимы в воде по-разному. Например, являющиеся солями обладают хорошей растворимостью, такой раствор имеет нейтральную реакцию.

Что такое раствор

По определению раствором является однородная смесь, в которой присутствуют молекулы растворителя и растворяемого вещества. При их взаимодействии возникают химические и физические процессы.

Растворы могут находится в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. По количеству растворяемого вещества выделяют концентрированные и разбавленные системы. Существует еще одна классификация растворов, зависящая от долей субстанции, которые растворяются в воде: ненасыщенные, насыщенные и перенасыщенные.

Как это происходит

Как происходит растворение веществ в воде можно рассмотреть на кулинарном примере. Соль, высыпанная в кипящую воду, тает быстро, тогда как специя, помещенная в воду с комнатной температурой, поддается растворению с трудом. Химическая наука объясняет это тем, что при попадании в жидкость верхние молекулы соляных кристаллов образуют водородные связи с молекулами воды, причем на 1 молекулу растворяемого вещества приходится несколько частиц растворителя. Тепловое движение ускоряет этот процесс.

Подобным же образом происходит растворение других веществ, если они обладают каким-либо цветом, жидкость вберет его в себя, вот почему мутнеет вода – от растворенных в ней непрозрачных веществ.

Какие вещества растворяются в воде, а какие нет

В большинстве случаев растворимость веществ в воде очень хорошая. В идеально чистой на вид жидкости растворены атмосферные газы: азот, аргон, углекислота, азот и другие. В водах Мирового океана по данным ученых содержится почти более 80 химических элементов периодической таблицы, включая некоторые радиоактивные. Среди них называют бром, калий, натрий, хлор, магний, сера, кальций, углерод, стронций, бор и даже золото!

Вещества, хорошо растворимые в воде, называются гидрофильными, то есть теми, что «любят» жидкость. Хлорид натрия, или кухонная соль, сахар, крахмал, сода, сок из вишни – примеры субстанций, которые нельзя отделить из раствора с помощью фильтра. Кроме твердых и жидких веществ в воде могут растворяться газы: хлористый водород или аммиак.

Довольно легко определить, какие вещества не растворяются в воде из личного опыта. Среди них можно назвать песок, глину, цемент, стекло, драгоценные и обычные металлы, жидкости – растительное масло и керосин, некоторые инертные газы. Такие материи носят название гидрофобных.

Между двумя полюсами располагается «золотая середина» – субстанции малорастворимые: гипс, бертолетова соль, сульфаты, бензол и некоторые другие.

Во время растворения кристаллогидратов в воде происходит выделение тепла. Объясняется это тем, что на первом этапе взаимодействия материй образуются новые связи, но, когда начинается разрушение кристалла, эта энергия используется для разрывания молекулярных соединений. Таким образом, в зависимости от того, на каком этапе нужно больше энергии, раствор на выходе может или нагреться, или, наоборот, остыть. Обычно изменение температуры проходит без видимых признаков из-за малого количества опытных образцов, но в некоторых случаях эффект заметен без измерительного прибора: вода закипает или сосуд покрывается холодными капельками.

Вода считается полярным растворителем поскольку обладает следующими положительными характеристиками:

• высокой диэлектрической проницаемостью, когда в растворе противоположно заряженные ионы притягиваются в 78 раз меньше;
• образует водородные соединения;
• обладает высокой температурой кипения.

Вода, как растворитель имеет важное значение не только в природе, но и в организмах живых существ и органах растений. Совершая свое движение в природе, как в кровеносной системе, жидкость участвует в процессе растворения и распределения необходимых для роста и развития веществ и газов.  Без нее не было бы жизни на земле, она играет роль в химико-физических процессах практически в любой области жизнедеятельности. Поэтому понятен интерес ученых к ее удивительным свойствам и их стремление создать идеально чистую воду.

Вода — растворитель. Растворы.

Вода – растворитель. Растворы.

Учитель химии

филиала МОУ «Мало-Шелемишевская СОШ» «Шелемишевская ООШ»

Яшкина Г.В.

• Тема урока: ВОДА – — РАСТВОРИТЕЛЬ. РАСТВОРЫ.

• Отгадайте загадку

А ну, скорей снимите, шляпу!

Я дочь космического папы.

И вездесуща и легка,-

Я лед, я пот, я- облака.

Я иней, чай, бульон, туман,

Река, ручей и океан.

Когда я злюсь, то закопаю.

Когда мороз – я застываю.

• Ответьте на вопросы

• В каких агрегатных состояниях может находиться вода?
• Какую химическую формулу имеет вода?
• Какими физическими свойствами обладает вода?
• Чему равны плотности воды и льда?

Какое это имеет значение?

Вода

Химическая формула:

H 2 O

Агрегатные состояния:

Твёрдое вещество

Жидкость

Газ

Что такое раствор?

Лабораторные опыты

Цель работы : получить раствор вещества, описать внешний вид раствора

Оборудование и реактивы:

пробирки, стеклянные палочки, вода (Н2О), мел (СаСО3), масло, хлорид натрия (NaCl)

Техника безопасности:

Аккуратно работать со стеклянной посудой!!!

Лабораторные опыты

Ход работы:

Отчет:

1) В три пробирки налейте по 1/3 воды

что

наблюдал

что делал

2) В первую пробирку добавьте 1 ложку глины, перемешайте палочкой. Что наблюдаете?

Глина не

растворилась в воде

Смешал

1) вода+глина

2) вода+масло

3) вода+соль

3) Во вторую пробирку добавьте 5 капель масла, перемешайте палочкой. Что наблюдаете?

Масло не

растворилось в воде

4) В третью пробирку добавьте 1 ложку соли, перемешайте. Что наблюдаете?

Соль

растворилась

Раствор —

это однородная система, состоящая из молекул растворителя и частиц растворенного вещества, между которыми происходят физические и химические взаимодействия.

Растворитель

+

Растворенное вещество

+

Раствор =

?

Продукт взаимодействия растворителя и растворенного вещества

Гидрат

Взвесь —

это жидкость или газ, в которых относительно равномерно распределены мелкие частицы твердого вещества или капли другой жидкости.

Взвеси

Суспензия

Эмульсия

Это взвесь, в которой мелкие частицы твердого вещества равномерно распределены между молекулами жидкости

Это взвесь, в которой мелкие капельки какой-либо жидкости равномерно распределены между молекулами другой жидкости

Физминутка

Растворимость —

это максимально возможное число граммов вещества, которое может растворяться в 100 граммах растворителя при данной температуре

Раствор

Насыщенный раствор

Ненасыщенный раствор

раствор, в котором вещество при данной температуре больше не растворяется

раствор, в котором вещество при данной температуре способно растворяться

• Виды растворителей

Неорганический

(вода)

растворители

Органические (спирт, ацетон, бензин)

МБОУ «Обоянская СОШ №1»

Виды растворов

Концентрированные

• Разбавленные
• Разбавленные

Насыщенные

• Ненасыщенные
• Ненасыщенные

Концентрированные растворы – растворы, содержащие много растворенного вещества и мало растворителя .

• Способы выражения концентрации

• Коэффициент растворимости или растворимость
• Массовая доля или процентная концентрация растворенного вещества
• Молярная концентрация

• Коэффициент растворимости или растворимость

Коэффициент растворимости показывает, какая максимальная масса вещества может раствориться в 100 г (или 1000 г) растворителя

Растворимость веществ

( на 100 г воды при 20 ° С)

Хорошо растворимые

(больше 1 г)

Малорастворимые

(меньше 1 г)

Практически нерастворимые

меньше 0,01 г

ω в – ва — массовая доля растворенного вещества в растворе

m в – ва – масса растворенного вещества

m р – ра – масса раствора

ω в – ва = m в – ва

m р – ра

Я

Мы

Теоретик

Урок

Активные

Аналитик

Ученик

Интересный

Внимательные

Экспериментатор

Трудолюбивые

Увлекательный

Сотрудник

Любознательные

Полезный

Химик

Креативные

Нужный

Коллективный

Целеустремленные

Творческий

Кем был каждый из вас сегодня на уроке?

Какими мы были на уроке?

Каким вы видите сегодняшний урок?

• Применение растворов в промышленности

• Применение растворов в сельском хозяйстве

• Применение растворов в быту и медицине

• Что такое раствор? Из чего он состоит?
• Дайте определение растворимости.
• Какие факторы влияют на растворимость?
• Как называется раствор если:
• при данной t ° вещество больше не растворяется,
• при данной t° вещество ещё растворяется,
• раствор содержит избыток растворённого вещества.

Сегодня на уроке

Знания

Умения

• раствор
• гидрат
• взвесь
• эмульсия
• суспензия
• растворимость веществ
• классификация веществ по растворимости
• насыщенный раствор
• ненасыщенный раствор

• отличать растворы от взвесей
• объяснять процесс растворения с точки зрения атомно- молекулярного учения

Вода… Ты не имеешь ни вкуса, ни цвета, ни запаха, тебя невозможно описать – тобой наслаждаешься, не ведая, что ты такое.

Ты не просто необходима для жизни, ты и есть сама жизнь.

Ты божество, ты совершенство, ты самое большое богатство на свете

А. де Сент-Экзюпери

МБОУ «Обоянская СОШ №1»

• СПАСИБО ЗА УРОК!

почему морская вода это раствор

Вода — один из самых сильных растворителей. Она способна растворить и разрушить любую горную породу на поверхности земли. Потоки воды, ручейки и капли постепенно разрушают гранит и камни, при этом происходит выщелачивание из них легкорастворимых составных частей. Ни одна прочная порода не сможет противостоять разрушительному воздействию воды. Это процесс долгий, но неотвратимый. Соли, которые вымываются из горных пород, придают морской воде горько-солёный вкус. Но почему же вода в море солёная, а в реках — пресная? На этот счет имеется две гипотезы. Гипотеза первая Все примеси, растворенные водой, сносятся ручьями и реками в моря и океаны. Речная вода тоже солёная, только солей в ней в 70 раз меньше, чем в морской воде. Вода из океанов испаряется и вновь возвращается на землю в виде осадков, а растворенные соли остаются в морях и океанах. Процесс «поставки» солей в моря реками продолжается уже более 2 млрд. лет — время, достаточное, чтобы «засолить» весь Мировой океан. Морская вода содержит в себе почти все элементы, существующие в природе. В ней есть магний, кальций, сера, бром, йод, фтор, в небольшом количестве содержатся медь, никель, олово, уран, кобальт, серебро и золото. Химики нашли в морской воде около 60 элементов. Но больше всего в морской воде содержится хлорида натрия, или поваренной соли, вот потому она и соленая. В пользу этой гипотезы говорит тот факт, что озёра, которые не имеют стока, — тоже солёные. Таким образом, получается, что изначально вода в океанах была менее соленая, чем сейчас. Но эта гипотеза не объясняет различия в химическом составе морской и речной воды: в море преобладают хлориды (соли соляной кислоты), а в реках — карбонаты (соли угольной кислоты). Гипотеза вторая Согласно этой гипотезе, вода в океане была солёной изначально, и виной тому вовсе не реки, а вулканы. Сторонники второй гипотезы считают, что в период образования земной коры, когда была очень высока вулканическая активность, вулканические газы, содержащие пары хлора, брома и фтора, проливались кислотными дождями. Таким образом, первые моря на Земле были… кислыми. Вступая в химическую реакцию с твердыми породами (базальтом, гранитом), кислая вода океанов извлекала из горных пород щелочные элементы — магний, калий, кальций, натрий. Образовались соли, которые нейтрализовали морскую воду — она стала менее кислой. По мере снижения вулканической активности атмосфера очищалась от вулканических газов. Состав океанской воды стабилизировался примерно 500 млн. лет назад — она стала соленой. Но куда же пропадают карбонаты из речной воды, попадая в Мировой океан? Их используют живые организмы — для построения раковин, скелетов и т. д. А вот хлоридов, которые преобладают в морской воде, они избегают. В настоящее время учёные сошлись на том, что обе эти гипотезы имеют право на существование и не опровергают, а взаимно дополняют друг друга. <img src=»//otvet.imgsmail.ru/download/875a8375f91de049494d6073098e8a2f_f00f757d2fdcd9309e4de71453f37b16.gif»>

<a href=»/» rel=»nofollow» title=»15907216:##:25aRJ0e»>[ссылка заблокирована по решению администрации проекта]</a>

В ней присутствуют соли и различные минералы.

потому что в ней соль растворена

потому что в ней соли растворены и элементы разные типа йода

потомучто раствор-Раство́р — гомогенная (однородная) смесь, состоящая из частиц растворённого вещества, растворителя и продуктов их взаимодействия. Ну соль растворена в воде их молекулы смешались, произошла диффузия

Свойство воды и растворимость веществ в ней

В обычной неассоциированной жидкости, например в такой, как бензин, молекулы свободного скользят одна вокруг другой. В воде же они скорее катятся, чем скользят. Молекулы воды, как известно, соединены между собой водородными связями, поэтому прежде чем произойдет какое-либо смещение, нужно разорвать хотя бы одну из этих связей. Эта особенность и определяет вязкость воды.

Диэлектрической постоянной воды называется ее способность нейтрализовать притяжение, существующее между электрическими зарядами. Растворение твердых веществ в воде — сложный процесс, который обусловливается взаимодействием частиц растворенного вещества и частиц воды.

При изучении строения веществ с помощью рентгеновских лучей было установлено, что большинство твердых тел имеет кристаллическое строение, т. е. частицы вещества расположены в пространстве в определенном порядке. Частицы одних веществ расположены так, будто бы они находятся в углах крошечного куба, частицы других — в углах, центре и в середине сторон тетраэдра, призмы, пирамиды и пр. Каждая из этих форм является мельчайшей ячейкой более крупных кристаллов аналогичной формы. У одних веществ в узлах их кристаллической решетки находятся молекулы (у большинства органических соединений), у других (например, у неорганических солей) — ионы, т. е. частицы, состоящие из одного или нескольких атомов, имеющих положительные или отрицательные заряды. Силами, удерживающими ионы в определенном, ориентированном в пространстве порядке кристаллической решетки, являются силы электростатического притяжения разноименно заряженных ионов, составляющих кристаллическую решетку.

Если, например, растворить в воде хлористый натрий, то положительно заряженные ионы натрия и отрицательно заряженные ионы хлора будут отталкиваться друг от друга.

Это отталкивание происходит потому, что у воды высокая диэлектрическая постоянная, т. е. выше, чем у любой другой жидкости. Она уменьшает силу взаимного притяжения между противоположно заряженными ионами в 100 раз. Причину сильно нейтрализующего действия воды нужно искать в расположении ее молекул. Водородный атом в них не делит поровну свой электрон с тем атомом кислорода, к которому он прикреплен. Этот электрон всегда ближе к кислороду, чем к водороду. Поэтому водородные атомы заряжены положительно, а кислородные — отрицательно.

Когда какое-либо вещество, растворяясь, распадается на ионы, кислородные атомы притягиваются к положительным ионам, а водородные — к отрицательным. Молекулы воды, окружающие положительный ион, направляют к нему свои кислородные атомы, а молекулы, которые окружают отрицательный ион, устремляются к нему своими атомами водорода. Таким образом молекулы воды образуют как бы решетку, которая отделяет ионы друг от друга и нейтрализует их притяжение (рис. 12). Чтобы оторвать друг от друга ионы, находящиеся в кристаллической решетке, и перевести их в раствор, необходимо преодолеть силу притяжения этой решетки. При растворении солей такой силой является притяжение ионов решетки молекулами воды, характеризуемое так называемой энергией гидратации. Если при этом энергия гидратации по сравнению с энергией кристаллической решетки будет достаточно велика, то ионы будут отрываться от последней и перейдут в раствор.

Взаимосвязь между молекулами воды и ионами, оторванными от решетки, в растворе не только не ослабевает, а становится еще теснее.

Рис. 12. Разрушение ионной решетки кристалла NaCl полярными молекулами воды при растворении.

Как уже отмечалось, в растворе ионы окружаются и разобщаются молекулами воды, которые, ориентируясь на них своими противоположными по заряду частями, образуют так называемую гидратную оболочку (рис. 13). Величина этой оболочки различна у разных ионов и зависит от заряда иона, его размера и, кроме того, от концентрации ионов в растворе.

В продолжение нескольких лет физико-химики изучали воду в основном как растворитель электролитов. В результате получено много сведений об электролитах, но очень мало о самой воде. Как ни странно, но только в последние годы появились работы, посвященные изучению отношения воды к веществам, которые в ней практически не растворяются.

Наблюдалось немало поразительных явлений. Например, однажды труба, по которой шел природный газ при t = 19°С, оказалась забитой, мокрым снегом с водой. Стало ясным, что дело здесь не в температуре, а в других свойствах воды. Возник ряд вопросов: почему вода замерзла при столь высокой температуре, как вода могла соединиться с веществами, которые в ней нерастворимы.

Эта тайна еще не была раскрыта, когда обнаружилось, что даже такие благородные газы, как аргон и ксенон, которые не вступают ни в какие химические реакции, могут связываться с водой, образуя некоторое подобие соединений.

Рис. 13. Разъединение ионов Na⁺ и С1^— полярными молекулами воды, образующими вокруг них гидратную оболочку.

Интересные результаты по растворимости в воде метана были получены в Иллинойсе. Молекулы метана не образуют ионов в воде и не воспринимают водородных связей; притяжение между ними и молекулами воды очень слабое. Однако метан все же, хотя и плохо, растворяется в воде, и его диссоциированные молекулы образуют с ней соединения — гидраты, в которых несколько молекул воды присоединены к одной молекуле метана. При этой реакции высвобождается в 10 раз больше тепла, чем при растворении метана в гексане (метан растворяется в гексане лучше, чем в воде).

Факт растворения метана в воде представляет большой интерес. Ведь по объему молекула метана вдвое больше молекулы воды. Чтобы метан растворился в воде, между ее молекулами должны образоваться довольно большие «дырки». Для этого требуется значительная затрата энергии, большая чем для испарения воды (примерно 10 000 калорий на каждый моль). Откуда же появляется столько энергии? Силы притяжения между молекулами метана и воды слишком слабы, они не могут дать столько энергии. Поэтому существует другая возможность: структура поды изменяется в присутствии метана. Предположим, что молекула растворенного метана окружена оболочкой из 10-20 молекул воды. При образовании таких ассоциаций молекул выделяется теплота. В пространстве, занятом молекулой метана, исчезают силы взаимного притяжения между молекулами воды, а значит, и внутреннее давление. В таких условиях, как мы видели, вода замерзает при температуре выше нуля.

Вот почему молекулы, находящиеся в промежутке между метаном и водой, могут кристаллизоваться, что и произошло в описанном выше случае. Замороженные гидраты могут поглощаться раствором и выделяться из него. Эта теория известна как теория айсбергов. Практически, как показывают исследования, все непроводящие вещества, которые подвергались испытанию, образуют устойчивые кристаллические гидраты. В то же время у электролитов такая тенденция выражена слабо. Все это ведет к совершенно новому пониманию растворимости.

Считалось, что растворение электролитов происходит в результате действия сил притяжения. Теперь же доказано, что растворение неэлектролитов происходит не благодаря силам притяжения между этими веществами и водой, а в результате недостаточного притяжения между ними. Вещества, не распадающиеся на ионы, соединяются с водой, так как они устраняют внутреннее давление и тем самым способствуют появлению кристаллических образований.

Чтобы лучше понять образование таких гидратов, целесообразно рассмотреть их молекулярную структуру.

Доказано, что образующиеся гидраты имеют кубическую структуру (решетку) в отличие от гексагональной структуры льда. Дальнейшие работы исследователей показали что гидрат может иметь две кубические решетки: в одной из них промежутки между молекулами равны 12, в другой — 17 А. В меньшей решетке 46 молекул воды, в большей 136. Дырки молекул газа в меньшей решетке имеют 12-14 граней, а в большей — 12-16, к тому же они разнятся по своим размерам и заполняются молекулами различной величины, причем могут быть заполнены не все дырки. Такая модель с большой степенью точности объясняет действительное строение гидратов.

Роль таких гидратов в жизненных процессах трудно переоценить. Эти процессы происходят в основном в промежутках между молекулами воды и протеина. Вода при этом имеет сильную тенденцию к кристаллизации, так как в протеиновой молекуле содержится много неионных, или неполярных, групп. Всякий такой гидрат образуется при меньшей плотности, чем лед, поэтому его образование может вести к значительному разрушительному расширению.

Итак, вода — это своеобразное и сложное вещество с определенными и разнообразными химическими свойствами. Она имеет стройную и в то же время меняющуюся физическую структуру.

Развитие всей живой и в значительной части неживой природы неразрывно связано с характерными особенностями воды.

3 Вода как растворитель

Энергия образования молекул воды высока, она сос­тавляет 242 кДж/моль. Этим объясняется устойчивость во­ды в природных условиях. Устойчивость в сочетании с электрическими характеристиками и молекулярным стро­ением делают воду практически универсальным растворите­лем для многих веществ. Высокая диэлектрическая проницаемость обусловливает самую большую растворяю­щую способность воды по отношению к веществам, мо­лекулы которых полярны. Из неорганических веществ в воде растворимы очень многие соли, кислоты и основания. Из органических веществ растворимы лишь те, в молекулах которых полярные группы составляют значительную часть – многие спирты, амины, органические кислоты, са­хара и т.д.

Растворение веществ в воде сопровождается образо­ванием слабых связей между их молекулами или ионами и молекулами воды. Это явление называется гидратацией. Для веществ с ионной структурой характерно формирование гидратных оболочек вокруг катионов за счет донорно-акцепторной связи с неподеленной парой электронов атома кислорода. Катионы гидратированы тем в большей степени, чем меньше их радиус и выше заряд. Анионы, обычно менее гидратированные, чем катионы, присоединяют молекулы воды водородными связями.

В процессе растворения веществ изменяется величина электрического момента диполя молекул воды, изменяется их пространственная ориентация, разрываются одни и обра­зуются другие водородные связи. В совокупности эти явления приводят к перестройке внутренней структуры.

Растворимость твердых веществ в воде зависит от природы этих веществ и температуры и изменяется в широких пределах. Повышение температуры в большинстве случаев увеличивает растворимость солей. Однако раст­воримость таких соединений, как CaSО₄·2H₂О, Ca(OH)₂, при повышении температуры снижается.

При взаимном растворении жидкостей, одной из кото­рых является вода, возможны различные случаи. Например, спирт и вода смешиваются друг с другом в любых соотношениях, так как оба полярны. Бензин (неполярная жидкость) в воде практически нерастворим. Наиболее общим является случай ограниченной взаимной раст­воримости. Примером могут служить системы вода–эфир, вода–фенол. При нагревании взаимная растворимость для одних жидкостей возрастает, для других – уменьшается. Например, для системы вода–фенол повышение температуры выше 68 °С приводит к неограниченной взаимной рас­творимости.

Газы (например, NH₃, СО₂, SО₂) хорошо растворимы в воде, как правило, в тех случаях, когда они вступают с водой в химическое взаимодействие; обычно же растворимость газов невелика. При повышении температуры растворимость газов в воде уменьшается.

Следует отметить, что растворимость кислорода в воде почти в 2 раза выше, чем растворимость азота. Вследствие этого состав растворенного в воде водоемов или очистных сооружений воздуха отличается от атмосферного. Раство­ренный воздух обогащен кислородом, что очень важно для организмов, обитающих в водной среде.

Для водных растворов, как и для любых других, харак­терны понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения. Одно из общих свойств растворов проявляется в явлении осмоса. Если два раствора разной концентрации разделены полупроницаемой перегородкой, молекулы растворителя проникают через нее из разбавленного раствора в концентрированный. Механизм осмоса можно понять, если учесть, что, согласно общему есте­ственному принципу, все молекулярные системы стремятся к состоянию наиболее равномерного распределения (в случае двух растворов — стремление к выравниванию концентраций по обе стороны перегородки).

Растворимость — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Раствори́мость — способность вещества образовывать с другими веществами однородные системы — растворы, в которых вещество находится в виде отдельных атомов, ионов, молекул или частиц. Растворимость выражается концентрацией растворённого вещества в его насыщенном растворе либо в процентах, либо в весовых или объёмных единицах, отнесённых к 100 г или 100 см³ (мл) растворителя (г/100 г или см³/100 см³). Растворимость газов в жидкости зависит от температуры и давления. Растворимость жидких и твёрдых веществ — практически только от температуры. Все вещества в той или иной степени растворимы в растворителях. В случае, когда растворимость слишком мала для измерения, говорят, что вещество нерастворимо.

Зависимость растворимости веществ от температуры выражается с помощью кривых растворимости. По кривым растворимости производят различные расчёты. Например, можно определить массу вещества, которое выпадет в осадок из насыщенного раствора при его охлаждении.

Процесс выделения твёрдого вещества из насыщенного раствора при понижении температуры называется кристаллизацией. Кристаллизация играет огромную роль в природе — приводит к образованию некоторых минералов, участвует в процессах, протекающих в горных породах.

Способы выражения характеристик растворимости[править | править код]

Характеристики растворимости подразделяются на качественные и количественные.

Качественные характеристики определяют мнение исследователя в отношении растворимости данного вещества — хорошо растворимо, плохо растворимо, мало растворимо, нерастворимо и т. п., и являются субъективными. Попытка сделать их более объективными была сделана в Государственной фармакопее СССР для обозначения растворимости лекарственных средств, но она не получила распространения.

Количественные характеристики определяют количество вещества, растворённого в данном количестве растворителя при данных условиях и обычно имеют размерности концентрации (моль/л, г/100 г растворителя, г/100 г раствора, г/кг растворителя, мольная доля и т. д.).

Качественная и количественная растворимость приводится в справочной литературе.

Для определения качественной растворимости часто используется эмпирическое правило «подобное растворяется в подобном». Это правило разные источники объясняют немного по-разному: полярные вещества растворяются в полярных растворителях, вещества имеющие гидроксильные группы хорошо растворяются в растворителях с гидроксильными группами и т. п.

Растворимость зависит от

• растворяемого вещества,
• растворителя,
• температуры,
• давления,
• наличия в растворителе других веществ.

Растворимость большинства газов растет с ростом давления и уменьшается с ростом температуры. Для твёрдых и жидких веществ влияние давления на растворимость менее значимо, чем для газов. Температура имеет различное влияние на различные системы «растворяемое вещество — растворитель», но в большинстве случаев при увеличении температуры растёт растворимость (обратной зависимостью обладают, например, многие соли кальция). Так как растворяемое вещество часто увеличивает температуру кипения растворителя, растворимость при атмосферном давлении может быть измерена и выше температуры кипения растворителя. При повышенном давлении и температуре растворимость может сильно увеличиваться (например, в воде при высоком давлении и температуре относительно хорошо растворяются углеводороды и кварц, которые почти нерастворимы при обычных условиях).

Наличие в растворителе других веществ может сильно влиять на растворимость. Примеры:

1. добавление солей в водный раствор неполярных веществ может привести к выделению неполярного вещества в осадок, за счет эффекта высаливания,
2. наличие растворённого кислорода сильно влияет на растворимость ртути в воде за счет эффектов поверхностного окисления,
3. наличие небольшого количества влаги в абсолютном этаноле может сильно изменить растворимость неполярных веществ.

Энергетические эффекты при растворении[править | править код]

Растворение веществ часто происходит с разогреванием или охлаждением раствора.

Самым старым способом измерения растворимости является растворение вещества до его выпадения в осадок, выдерживание такой смеси при определенной температуре, отделение осадка и вычисление растворившегося вещества.

В современных условиях для измерения очень малых значений растворимости часто пользуются хроматографическими системами.

При измерениях растворимости важно учесть все факторы, которые могут повлиять на растворимость.

• Химическая энциклопедия. — Т. 4. — М.: Большая российская энциклопедия, 1995