В повседневной жизни люди редко сталкиваются с Большинство предметов представляют собой смеси веществ.

Раствор - это в которой компоненты равномерно смешались. Есть несколько их видов по размеру частиц: грубодисперсные системы, молекулярные растворы и коллоидные системы, которые часто называют золи. В этой статье речь идет о молекулярных (или Растворимость веществ в воде - одно из главных условий, влияющих на образование соединений.

Растворимость веществ: что это и зачем нужно

Чтобы разобраться в этой теме, нужно знать, и растворимость веществ. Простым языком, это способность вещества соединяться с другим и образовывать однородную смесь. Если подходить с научной точки зрения, можно рассмотреть более сложное определение. Растворимость веществ - это их способность образовывать с одним или более веществами гомогенные (или гетерогенные) составы с дисперсным распределением компонентов. Существует несколько классов веществ и соединений:

• растворимые;
• малорастворимые;
• нерастворимые.

О чем говорит мера растворимости вещества

Содержание вещества в насыщенной смеси - это мера его растворимости. Как сказано выше, у всех веществ она разная. Растворимые - это те, которые могут развести более 10 г себя на 100 г воды. Вторая категория - менее 1 г при тех же условиях. Практически нерастворимые - это те, в смесь которых переходит менее 0,01 г компонента. В этом случае вещество не может передавать воде свои молекулы.

Что такое коэффициент растворимости

Коэффициент растворимости (k) - это показатель, максимальной массы вещества (г), которая может развестись в 100 г воды или другого вещества.

Растворители

В данном процессе участвуют растворитель и растворенное вещество. Первый отличается тем, что изначально он пребывает в таком же агрегатном состоянии, что и конечная смесь. Как правило, он взят в большем количестве.

Однако многие знают, что в химии вода занимает особое место. Для нее существуют отдельные правила. Раствор, в котором присутствует H 2 O называется водным. Когда говорится о них, жидкость является экстрагентом и тогда, когда она в меньшем количестве. В пример можно привести 80%-ный раствор азотной кислоты в воде. Пропорции здесь не равны Хоть доля воды меньше, чем кислоты, вещество называть 20%-ным раствором воды в азотной кислоте некорректно.

Существуют смеси, в которых отсутствует H 2 O. Они будут носить имя неводная. Подобные растворы электролита представляют собой ионные проводники. Они содержащие один или смеси экстрагентов. В их состав входят ионы и молекулы. Они используются в таких отраслях, как медицина, производство бытовой химии, косметики и в другие направления. Они могут сочетать в себе несколько нужных веществ с различной растворимостью. Компоненты многих средств, которые применяются наружно, являются гидрофобными. Иными словами, они плохо взаимодействуют с водой. В таких могут быть летучими, нелетучими и комбинированными. Органические вещества в первом случае хорошо растворяют жиры. К летучим относятся спирты, углеводороды, альдегиды и другие. Они часто входят в состав бытовой химии. Нелетучие чаще всего применяются для изготовления мазей. Это жирные масла, жидкий парафин, глицерин и прочие. Комбинированные - это смесь летучих и нелетучих, например, этанол с глицерином, глицерин с димексидом. Также они могут содержать воду.

Виды растворов по степени насыщенности

Насыщенный раствор - это смесь химических веществ, содержащая максимальную концентрацию одного вещества в растворителе при определенной температуре. Дальше оно разводиться не будет. В препарате твёрдого вещества заметно выпадение осадка, который находится в динамическом равновесии с ним. Под этим понятием подразумевается состояние, сохраняющееся во времени вследствие его протекания одновременно в двух противоположных направлениях (прямая и обратная реакции) с одинаковой скоростью.

Если вещество при постоянной температуре все еще может разлагаться, то этот раствор - ненасыщенный. Они устойчивы. Но если в них продолжать добавлять вещество, то оно будет разводиться в воде (или другой жидкости), пока не достигнет максимальной концентрации.

Еще один вид - перенасыщенный. В нем содержится больше растворенного вещества, чем может быть при постоянной температуре. Из-за того, что они находятся в неустойчивом равновесии, при физическом воздействии на них происходит кристаллизация.

Как отличить насыщенный раствор от ненасыщенного?

Это сделать достаточно просто. Если вещество - твердое, то в насыщенном растворе можно увидеть осадок. При этом экстрагент может загустевать, как, например, в насыщенном составе вода, в которую добавили сахар.
Но если изменить условия, повысить температуру, то он перестанет считаться насыщенным, так как при более высокой температуре максимальная концентрация этого вещества будет другой.

Теории взаимодействия компонентов растворов

Существует три теории относительно взаимодействия элементов в смеси: физическая, химическая и современная. Авторы первой - Сванте Август Аррениус и Вильгельм Фридрих Оствальд. Они предположили, что вследствие диффузии частицы растворителя и растворённого вещества равномерно распределились по всему объему смеси, но взаимодействия между ними нет. Химическая теория, которую выдвинул Дмитрий Иванович Менделеев, ей противоположна. Согласно ей, в результате химического взаимодействия между ними формируются неустойчивые соединения постоянного или переменного состава, которые называются сольваты.

В настоящее время используется объединенная теория Владимира Александровича Кистяковского и Ивана Алексеевича Каблукова. Она совмещает физическую и химическую. Современная теория гласит, что в растворе существуют как не взаимодействующие частицы веществ, так и продукты их взаимодействия - сольваты, существование которых доказывал Менделеев. В случае, когда экстрагент - вода, их называют гидратами. Явление, при котором образуются сольваты (гидраты) носит имя сольватация (гидратация). Она воздействует на все физико-химические процессы и меняет свойства молекул в смеси. Сольватация происходит благодаря тому, что сольватная оболочка, состоящая из тесно связанных с ней молекул экстрагента, окружает молекулу растворенного вещества.

Факторы, влияющие на растворимость веществ

Химический состав веществ. Правило "подобное притягивает подобное" распространяется и на реагенты. Схожие по физическим и химическим свойствам вещества могут взаимно растворяться быстрее. Например, неполярные соединения хорошо взаимодействуют с неполярными. Вещества с полярными молекулами или ионным строением разводятся в полярных, например, в воде. В ней разлагаются соли, щёлочи и другие компоненты, а неполярные - наоборот. Можно привести простой пример. Для приготовления насыщенного раствора сахара в воде потребуется большее количество вещества, чем в случае с солью. Как это понимать? Проще говоря, вы можете развести гораздо больше сахара в воде, чем соли.

Температура. Чтобы увеличить растворимость твердых веществ в жидкостях, нужно увеличить температуру экстрагента (работает в большинстве случаев). Можно продемонстрировать такой пример. Если положить щепотку хлорида натрия (соль) в холодную воду, то данный процесс займет много времени. Если проделать то же самое с горячей средой, то растворение будет проходить гораздо быстрее. Это объясняется тем, что вследствие повышения температуры возрастает кинетическая энергия, значительное количество которой часто тратится на разрушение связей между молекулами и ионами твёрдого вещества. Однако, когда повышается температура в случае с солями лития, магния, алюминия и щелочами, их растворимость понижается.

Давление. Этот фактор влияет только на газы. Их растворимость увеличивается при повышении давления. Ведь объём газов сокращается.

Изменение скорости растворения

Не стоит путать этот показатель с растворимостью. Ведь на изменение этих двух показателей влияют разные факторы.

Степень раздробленности растворяемого вещества. Этот фактор влияет на растворимость твердых веществ в жидкостях. В цельном (кусковом) состоянии состав разводится дольше, чем тот, который разбит на мелкие куски. Приведем пример. Цельный кусок соли будет растворяться в воде намного дольше, чем соль в виде песка.

Скорость помешивания. Как известно, этот процесс можно катализировать с помощью помешивания. Его скорость также важна, потому что чем она больше, тем быстрее растворится вещество в жидкости.

Для чего нужно знать растворимость твердых веществ в воде?

Прежде всего, подобные схемы нужны, чтобы правильно решать химические уравнения. В таблице растворимости есть заряды всех веществ. Их необходимо знать для правильной записи реагентов и составления уравнения химической реакции. Растворимость в воде показывает, может ли соль или основание диссоциировать. Водные соединения, которые проводят ток, имеют в своем составе сильные электролиты. Есть и другой тип. Те, которые плохо проводят ток, считаются слабыми электролитами. В первом случае компоненты представляют собой вещества, полностью ионизованные в воде. Тогда как слабые электролиты проявляют этот показатель лишь в небольшой степени.

Уравнения химической реакции

Есть несколько видов уравнений: молекулярный, полный ионный и краткий ионный. По сути последний вариант - сокращённая форма молекулярного. Это окончательный ответ. В полном уравнении записаны реагенты и продукты реакции. Теперь наступает очередь таблицы растворимости веществ. Для начала надо проверить, является ли реакция осуществимой, то есть выполняется ли одно из условий проведения реакции. Их всего 3: образование воды, выделение газа, выпадение осадка. Если два первых условия не соблюдаются, нужно проверить последнее. Для этого нужно посмотреть в таблицу растворимости и выяснить, есть ли в продуктах реакции нерастворимая соль или основание. Если оно есть, то это и будет осадок. Далее таблица потребуется для записи ионного уравнения. Так как все растворимые соли и основания - сильные электролиты, то они будут распадаться на катионы и анионы. Далее сокращаются несвязанные ионы, и уравнение записывается в кратком виде. Пример:

1. K 2 SO 4 +BaCl 2 =BaSO 4 ↓+2HCl,
2. 2K+2SO 4 +Ba+2Cl=BaSO 4 ↓+2K+2Cl,
3. Ba+SO4=BaSO 4 ↓.

Таким образом, таблица растворимости веществ - одно из ключевых условий решения ионных уравнений.

Подробная таблица помогает узнать, сколько компонента нужно взять для приготовления насыщенной смеси.

Таблица растворимости

Так выглядит привычная неполная таблица. Важно, что здесь указывается температура воды, так как она является одним из факторов, о которых мы уже говорили выше.

Как пользоваться таблицей растворимости веществ?

Таблица растворимости веществ в воде - один из главных помощников химика. Она показывает, как различные вещества и соединения взаимодействуют с водой. Растворимость твердых веществ в жидкости - это показатель, без которого многие химические манипуляции невозможны.

Таблица очень проста в использовании. В первой строке написаны катионы (положительно заряженные частицы), во второй - анионы (отрицательно заряженные частицы). Большую часть таблицы занимает сетка с определенными символами в каждой ячейке. Это буквы "Р", "М", "Н" и знаки "-" и "?".

• "Р" - соединение растворяется;
• "М" - мало растворяется;
• "Н" - не растворяется;
• "-" - соединения не существует;
• "?" - сведения о существовании соединения отсутствуют.

В этой таблице есть одна пустая ячейка - это вода.

Простой пример

Теперь о том, как работать с таким материалом. Допустим, нужно узнать растворима ли в воде соль - MgSo 4 (сульфат магния). Для этого необходимо найти столбик Mg 2+ и спускаться по нему до строки SO 4 2- . На их пересечении стоит буква Р, значит соединение растворимо.

Заключение

Итак, мы изучили вопрос растворимости веществ в воде и не только. Без сомнений, эти знания пригодятся при дальнейшем изучении химии. Ведь растворимость веществ играет там важную роль. Она пригодится при решении и химических уравнений, и разнообразных задач.

РАСТВОРЕНИЕ.

РАСТВОРИМОСТЬ ВЕЩЕСТВ В ВОДЕ.

I РАСТВОРЕНИЕ И РАСТВОРЫ.

РАСТВОРЕНИЕ. РАСТВОРЫ.

Физическая теория (Вант – Гофф,

Оствальд, Аррениус).

Растворение – это процесс диффузии ,

а растворы – это однородные смеси.

Химическая теория (Менделеев,

Каблуков, Кистяковский).

Растворение – это процесс химического

взаимодействия растворяемого вещества

с водой, - процесс гидратации,

а растворы – это соединения – гидраты.

Современная теория.

Растворение – это физико - химический процесс, протекающий между растворителем и частицами растворенного вещества и сопровождающийся процессом диффузии.

Растворы – это однородные (гомогенные) системы, состоящие из частиц растворенного вещества, растворителя и продуктов их взаимодействия – гидратов.

II ПРИЗНАКИ ХИМИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПРИ РАСТВОРЕНИИ.

1. Тепловые явления.

ü Экзотермические – это явления, сопровождающиеся выделением теплоты /растворение в воде концентрированной серной кислоты H2SO4/.

ü Эндотермические – это явления, сопровождающиеся поглощением теплоты /растворение в воде кристаллов нитрата аммония NH4NO3/.

2. Изменение цвета.

CuSO4 + 5H2O → CuSO4∙ 5H2O

белые голубые кристаллы

кристаллы

3. Изменение объема.

III ЗАВИСИМОСТЬ ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ ОТ РАСТВОРЕНИЯ.

1. От природы веществ:

ü хорошо растворимые в воде /более 10г вещества на 100г воды/;

ü малоратсворимые в воде /менее 1г/;

ü практически нерастворимые в воде /меньше 0,01г/.

2. От температуры.

IV ТИПЫ РАСТВОРОВ ПО РАСТВОРИМОСТИ.

Ø По степени растворимости:

ü Ненасыщенный раствор – раствор, в котором при данной температуре и давлении возможно дальнейшее растворение уже содержащегося в нем вещества.

ü Насыщенный раствор – раствор, находящейся в фазовом равновесии с растворяемым веществом.

ü Перенасыщенный раствор – неустойчивый раствор, в котором содержание растворенного вещества больше, чем в насыщенном растворе этого же вещества при тех значениях температуры и давлении.

Ø По степени соотношения растворимого вещества к растворителю:

ü концентрированные;

ü разбавленные.

ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЙ ДИССОЦИАЦИИ (ТЭД).

I. Теория электролитической диссоциации (ТЭД) была предложена шведским ученым Сванте Аррениус в 1887г.

Позднее ТЭД развивалась и совершенствовалась. Современная теория водных растворов электролитов помимо теории электролитической диссоциации С. Аррениуса включает в себя представления о гидратации ионов (,), теорию сильных электролитов (, 1923г.).

II. ВЕЩЕСТВА

Электролиты – вещества, растворы

или расплавы которых проводят

электрический ток.

/кислоты, соли, основания/

Неэлектролиты – вещества, растворы или расплавы которых не проводят электрический ток.

/простые вещества/

ИОНЫ – заряженные частицы.

ü катионы /kat+/– положительно заряженные частицы.

ü анионы /an-/– отрицательно заряженные частицы

III. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЭД:

ü Самопроизвольный процесс распада электролита на ионы в растворе или в расплаве носит название электролитической диссоциации .

ü В водных растворах ионы находятся не в свободном, а в гидратированном состоянии, т. е. окруженные диполями воды и химически с ними связанными. Ионы в гидратированном состоянии отличаются по свойствам от ионов в газообразном состоянии вещества.

ü Для одного и того же растворенного вещества степень диссоциации увеличивается по мере разбавления раствора.

ü В растворах или расплавах электролитов ионы движутся хаотично, но при пропускании через раствор или расплав электролита электрического тока, ионы движутся направленно: катионы – к катоду, анионы – к аноду .

МЕХАНИЗМ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЙ ДИССОЦИАЦИИ

1. ЭД ионных веществ:

ü Ориентация диполей воды относительно ионов кристалла.

ü Распад кристалла на ионы (собственно диссоциация).

ü Гидратация ионов.

2. ЭД веществ с ковалентным полярным типом химической связи.

ü Разрушение водородных связей между молекулами воды, образование диполей воды.

ü Ориентация диполей воды относительно диполей полярной молекулы.

ü Сильная поляризация связи, в результате которой общая электронная пара полностью смещается к атомной частице более электроотрицательного элемента.

ü Распад вещества на ионы (собственно диссоциация).

ü Гидратация ионов.

СТЕПЕНЬ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЙ ДИССОЦИАЦИИ /α/

1. Степень ЭД – это отношение числа распавшихся молекул к общему числу частиц в растворе.

α = ─ ∙ 100%

N общ.

2. По величине степени ЭД вещества делятся:

ü сильные электролиты /HCl; H2SO4; NaOH; Na2CO3/

ü электролиты средней силы /H3PO4/

ü слабые электролиты /H2CO3; H2SO3/.

ХИМИЧЕСКИЙ ДИКТАНТ

ПО ТЕМЕ: «ЭЛЕТРОЛИТИЧЕСКАЯ ДИССОЦИАЦИЯ»

1. Все растворимые в воде основания – сильные электролиты.

2. Гидролизу подвергаются только растворимые в воде соли.

3. Диссоциация – это обратимый процесс.

4. Сутью реакции нейтрализации, СН3СООН + КОН → СН3СООК + Н2О , отраженной в виде краткого ионного уравнения химической реакции является: Н++ ОН- → Н2О .

5. BaSO 4 ; AgCl – это нерастворимые в воде соли, поэтому они не диссоциируют на ионы.

6. Правильно ли составлено уравнение диссоциации следующих солей:

ü Na2SO4 → 2Na+ + SO42-

ü KCl → K+ + Cl-

7. Уравнение диссоциации сернистой кислоты имеет следующий вид: H 2 SO 3 → 2 H + + SO 3 2- .

8. Истинная степень диссоциации сильного электролита менее 100%.

9. В результате реакции нейтрализации всегда образуется соль и вода.

10. Только растворимые в воде основания – щелочи, являются электролитами.

11. Представленные ниже уравнения химических реакций являются реакциями ионного обмена:

ü 2KOH + SiO2 → K2SiO3 + H2O

ü Al2O3 + 2NaOH → 2NaAlO2 + H2O

ü CuO + 2HCl → CuCl2 + H2O

12. Сернистая кислота является слабой кислотой, поэтому она распадается на воду (Н2О) и сернистый газ (SO2).

H2SO3 → H2O + SO2 .

КОД

1. Нет /исключение NH3∙H2O/

2. Нет: Al2S3 + 2H2O → 2AlOHS + H2S

3. Нет. /Диссоциация только слабых электролитов является обратимым процессом, сильные электролиты диссоциируют необратимо/.

4. Нет: CH3COOH + OH - → CH3COO= + H2O.

5. Нет. /Данные соли нерастворимы по отношению к воде, но они способны диссоциировать/.

6. Нет. /Данные соли являются сильными электролитами, поэтому диссоциируют необратимо/.

7. Нет. /Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато/.

8. Нет. /Истинная степень диссоциации равна 100%/.

9. Нет: NH3(г.) + HCl(г.) → NH4Cl, под вопросом остается образование воды.

10. Нет. /Все основания электролиты/.

11. Нет. /Это реакции обмена, но ионного/.

12. Нет. /Распад сернистой кислоты происходит так как это непрочная кислота/.

ПРАВИЛА

СОСТАВЛЕНИЯ ИОННЫХ УРАВНЕНИЙ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ.

1. Простые вещества, оксиды, а также нерастворимые кислоты, соли и основания на ионы не раскладывают.

2. Для реакции ионного обмена используются растворы, поэтому даже малорастворимые вещества находятся в растворах в виде ионов. /Если малорастворимое вещество является исходным соединением, то на ионы его раскладывают при составление ионных уравнений химических реакций/.

3. Если малорастворимое образуется в результате реакции, то при записи ионного уравнения его считают нерастворимым.

4. Сумма электрических зарядов в левой части уравнения должна быть равна сумме электрических зарядов в правой чести.

УСЛОВИЯ

ПРОТЕКАНИЯ РЕАКЦИЙ ИОННОГО ОБМЕНА

1. Образование малодиссоциирующего вещества воды – Н2О:

ü HCl + NaOH → NaCl + H2O

H+ + Cl - + Na+ + OH- → Na+ + Cl - + H2O

H+ + OH - → H2O

ü Cu(OH)2 + H2SO4 → CuSO4 + 2H2O

Cu(OH)2 + 2H+ + SO42- → Cu2+ + SO42- + 2H2O

Cu(OH)2 + 2H+ → Cu2+ + 2H2O

2. Выпадение осадка:

ü FeCl3 + 3NaOH → Fe(OH)3↓ + 3NaCl

Fe3++ 3Cl - + 3Na+ + 3OH- → Fe(OH)3↓ + 3Na++ 3Cl-

Fe3++ 3OH - → Fe(OH)3↓

ü BaCl2 + H2SO4 → BaSO4↓ + 2HCl

Ba2++ 2Cl - + 2H++ SO42- → BaSO4↓ + 2H++ 2Cl-

Ba2++ SO42- → BaSO4↓

ü AgNO3 + KBr → AgBr↓ + KNO3

Ag+ + NO3- + K++ Br - → AgBr↓ + K++ NO3-

Ag+ + Br - → AgBr↓

3. Выделение газа:

ü Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + H2O + CO2

2Na++ CO32-+ 2H++ 2Cl- → 2Na++ 2Cl - + H2O + CO2

CO32-+ 2H+ → H2O + CO2

ü FeS + H2SO4 → FeSO4 + H2S

FeS + 2H++ SO42-→ Fe2++ SO42-+ H2S

FeS + 2H+→ Fe2++ H2S

ü K2SO3 + 2HNO3 → 2KNO3 + H2O + SO2

2K++ SO32-+ 2H++ 2NO3- → 2K++ 2NO3- + H2O + SO2

Познакомимся сначала с процессом растворения в воде твердых веществ, для чего обратимся опять к нашему стакану воды и посмотрим, что будет происходить, если мы всыплем в него ложку поваренной соли.

Находящиеся в непрерывном движении молекулы воды при столкновении с кристалликами соли будут как бы срывать с их поверхности отдельные молекулы соли, которые, попав в воду, начнут беспорядочное движение, подобно молекулам воды.

При этом, однако, они будут стремиться распределиться равномерно во всем объеме воды. Это свойство веществ называется диффузией, и, поскольку оно тесно связано с процессом растворения, необходимо остановиться на нем несколько подробнее.

Диффузией называют свойство вещества распространяться в какой-либо среде, т. е. стремление его проникнуть оттуда, где оно есть, туда, где его нет, причем этот процесс происходит исключительно за счет теплового беспорядочного движения молекул среды.

Представим себе, что непосредственно около дна стакана образовался некий слой воды, содержащий молекулы хлористого натрия.

Обозначим их условно точками, как это изображено на рис. 9, при этом этих молекул будет, естественно, особенно много непосредственно около поверхности кристаллов соли, далее, по мере удаления вверх, их число должно быть меньше.

Как же себя будут вести эти молекулы соли? Ведь, как мы уже знаем, их движение, обусловленное беспорядочным движением молекул воды, будет таким же беспорядочным и, следовательно, они будут продвигаться в воде в самых различных направлениях - иногда вниз, иногда вверх, а иногда в сторону или наискось.

Однако, как это ни может показаться на первый взгляд странным, несмотря на совершенно беспорядочное движение молекул соли, будет происходить постепенное закономерное движение их вверх из мест с более высокой их концентрацией в места с более низкой концентрацией, пока, наконец, молекулы соли не распространятся равномерно во всем объеме находящейся в стакане воды.

Для объяснения причины этого как будто неожиданного процесса, носящего название диффузии, рассмотрим, что будет происходить с молекулами соли на границе условно взятого в стакане сечения а-а (рис. 9).

Процесс диффузии не связан с какой-либо силой, которая якобы заставляет молекулы соли передвигаться вверх, т. е. в область с меньшей их концентрацией в воде.

Каждая молекула соли ведет себя независимо от других молекул соли, с которыми она встречается очень редко.

Каждая молекула соли, где бы она ни находилась -ниже сечения а-а или выше его, испытывает непрерывные толчки со стороны молекул воды, в результате которых она может продвигаться вниз от этого сечения или вверх от него.

Но тут вступает в силу теория вероятностей и ее основной закон больших чисел, широко применяемый в настоящее время естественными науками (и в первую очередь физикой и химией) при изучении свойств тел, состоящих из огромного числа отдельных частиц (молекул, атомов, ионов и др.).

Точность статистического закона больших чисел повышается по мере увеличения количества участвующих в данном явлении частиц и, наоборот, снижается с их уменьшением, вплоть до того, что при некотором их числе этот закон становится неприменимым и мы переходим в область чистой случайности.

Для пояснения этого положения можно прибегнуть к простому общедоступному опыту. Возьмем два одинаковых по размеру, но разных по окраске шарика: белый и черный.

Положим их в какую-нибудь урну или просто в шапку и будем последовательно вынимать один из этих шариков, каждый раз возвращая обратно вынутый шарик.

Поскольку шарики одинакового размера, по-видимому, имеется одинаковая возможность для каждого из них быть вынутым из урны. Но эта одинаковая возможность будет выявляться все в большей степени по мере увеличения числа опытов.

Если мы проведем два-три или даже пять опытов, то возможно, что 2-3 или даже 5 раз будет вынут только белый или только черный шарик.

Но для ста опытов такая вероятность становится невозможной, количество вынутых белых и черных шариков будет приближаться к пятидесяти.

При этом закон вероятности утверждает, что неточность, с какой мы можем определить среднее число случаев, в которых наступает данное явление, равно корню квадратному из количества этих случаев.

Вернемся теперь к нашему стакану с водой и растворенными в ней молекулами соли. Согласно теории вероятности возможности продвижения молекул соли вниз или вверх от сечения а-а будут одинаковы в силу того, что каждую молекулу соли окружает огромное количество молекул воды, от которых она испытывает колоссальное число толчков как вверх, так и вниз.

Но если все молекулы соли, находящиеся в стакане воды около сечения а-а, будут с одинаковой вероятностью перемещаться как вверх, так и вниз от этого сечения, то именно поэтому молекулы соли чаще будут пересекать сечение а-а снизу вверх, чем сверху вниз, поскольку ниже этого сечения концентрация молекул соли больше, чем над ним.

Такое преимущественное перемещение вверх молекул соли будет происходить до тех пор, пока не наступит равномерное распределение их во всем объеме воды.

Одновременно с процессом растворения соли происходит обратный процесс ее кристаллизации, так как в результате беспорядочного движения молекул соли некоторые из них, находящиеся вблизи поверхности кристаллов соли, при столкновении с нею могут задержаться на ней, восстанавливая, таким образом, частично разрушенный в результате процесса растворения кристалл.

Очевидно, что такая возможность обратного процесса будет возрастать по мере возрастания концентрации раствора.

Но по мере того как мы будем всыпать в наш стакан еще порции поваренной соли, наступит момент, когда растворение ее как бы прекратится, т. е. когда скорость обоих процессов (растворения и кристаллизации) выравняется, при этом в единицу времени будет столько же молекул переходить в раствор, сколько их выделится на кристаллах соли. Растворы, имеющие такую предельную концентрацию растворенного вещества, называют насыщенными растворами.

При достижении такого состояния в нашем стакане наступит так называемое динамическое равновесие между твердой солью и ее насыщенным раствором в воде, в результате которого нам будет казаться, что процесс растворения прекратился.

Чтобы убедиться в том, что в насыщенных водных растворах не прекращаются процессы растворения твердого вещества в воде и обратного его выделения из воды, достаточно провести следующий опыт.

После получения в нашем стакане насыщенного раствора хлористого натрия добавим в него некоторое количество кристаллов этой соли, содержащих радиоактивный натрий.

Тогда уже через несколько минут мы обнаружим с помощью специального счетчика (Гейгера-Мюллера), что в растворе появились радиоактивные атомы натрия, причем количество их будет постепенно нарастать, достигнув через несколько десятков минут наибольшего значения.

Этот опыт убедительно показывает, что в насыщенном растворе все время идет обновление кристаллов, т. е. переход молекул хлористого натрия с поверхности кристалла в насыщенный раствор и переход на их место молекул соли из раствора.

Процесс диффузии в растворах протекает относительно медленно, вследствие чего слой воды, непосредственно прилегающий к кристаллам соли, быстро становится насыщенным, после чего дальнейшее растворение происходит только по мере того, как из этого слоя диффундируют вверх растворенные молекулы соли.

Таким образом, процесс растворения соли быстро спадает и протекает так же медленно, как и диффузия растворенных молекул соли.

Поэтому для ускорения растворения прибегают к искусственному ускорению диффузии путем перемешивания раствора.

Растворение газов в воде происходит в основном аналогично растворению твердого тела, с тем лишь отличием, что проникновение в воду молекул твердого тела происходит путем отрыва их молекулами воды от кристаллов соли, находящихся в воде, а попадание в воду молекул газообразного вещества осуществляется в результате их беспорядочного движения над поверхностью воды, в результате чего некоторые из них попадают непосредственно на поверхность воды и, подвергаясь действию притягательных сил молекул воды, втягиваются внутрь.

Это втягивание молекул газа внутрь воды и является одним из существенных моментов процесса растворения газов в воде.

Дальнейшая судьба попавших в глубь воды молекул газа аналогична поведению растворенный молекул соли, которые, испытывая различные столкновения с окружающими их молекулами воды, совершают также беспорядочные движения.

Некоторые молекулы газа в результате этого движения между молекулами воды могут вновь очутиться на ее поверхности.

При благоприятном толчке этой молекулы по направлению к поверхности воды она может даже улететь из воды, или, очутившись на поверхности воды, эта молекула газа может освободиться в результате удачного толчка, который она получит от какой-либо подлетевшей другой молекулы газа, в противном случае эта молекула газа вновь будет втянута в глубь воды.

Таким образом, если мы имеем воду и находящийся над ней какой-либо газ, например кислород, то будут происходить одновременно два противоположных процесса: проникновение молекул кислорода в воду, т. е. его растворение в воде, и обратный процесс - вылетание молекул кислорода из воды.

По мере того как количество растворенных в воде молекул кислорода будет возрастать, будет соответственно увеличиваться возможность для некоторых из них вырваться из воды.

Наконец наступит момент, когда количество попадающих в воду молекул кислорода станет равным числу уходящих из воды молекул кислорода.

Следовательно, наступит аналогично системе кристаллы соли - насыщенный раствор так называемое динамическое равновесие, при котором процесс растворения кислорода в воде хотя и будет продолжаться, но количество молекул газа в воде будет неизменным.

Однако имеется и существенное отличие между системой кристаллы соли - насыщенный раствор ее в воде и системой газ - раствор газа в воде.

Дело в том, что максимальное количество молекул газа в нашем случае - кислорода, которое может быть растворено в воде, будет тем больше, чем больше этих молекул будет находиться над поверхностью воды и, следовательно, чем больше будет создаваться благоприятных столкновений молекул газа с водой и проникновение их в глубь ее.

В самом деле, вернемся к нашей системе кислород - раствор кислорода в воде, когда в ней наступило динамическое равновесие.

Что произойдет, если мы каким-либо путем увеличим количество находящегося над раствором кислорода, т. е. если мы увеличим количество молекул кислорода в единице объема пространства, находящегося над раствором?

Тогда количество молекул кислорода, попадающих в раствор, увеличится, в то время как количество молекул, вылетающих из него, остается пока еще тем же.

Следовательно, динамическое равновесие нарушится и начнется дальнейшее растворение молекул кислорода, пока в результате увеличения их в воде не наступит новое динамическое равновесие, которое будет отличаться от первого тем, что количество растворенных в воде молекул кислорода увеличится.

Итак, мы установили связь между количеством кислорода в единице объема над раствором и растворимостью кислорода в воде.

Но согласно молекулярно-кинетической теории давление газа, производимое им на стенки сосуда, в котором он находится, прямо пропорционально числу молекул в единице объема, т. е. чем больше молекул газа в единице объема, тем чаще эти молекулы будут ударяться о стенки сосуда, и, следовательно, тем большее давление они будут испытывать.

Отсюда можно сказать, что растворимость газа прямо пропорциональна его давлению. Эта связь между давлением газа и его растворимостью называется законом Генри-Дальтона.

Практически в большинстве случаев мы будем иметь дело не с одним каким-либо газом, а со смесью нескольких газов, и прежде всего с воздухом, представляющим собой смесь азота, кислорода, углекислого газа и др.

Как в этих условиях будет происходить растворение их в воде?

Совершенно очевидно, что вероятность проникновения молекул кислорода в воду будет, как и прежде, тем больше, чем больше этих молекул будет в единице объема пространства над водой, независимо от количества молекул других газов, т. е. опять будет действовать тот же закон Генри-Дальтона.

Но давление смеси газов слагается из давлений отдельных газов, определяемых соответственно числом молекул каждого газа.

При этом доля общего давления такой смеси газов, приходящаяся на отдельный газ, называется его парциальным давлением.

Следовательно, обобщая закон Генри - Дальтона и для смеси газов, можно сказать, что растворимость газов пропорциональна их парциальному давлению.

Познакомимся коротко с вопросом о влиянии на растворимость температуры. Для водных растворов твердых веществ в подавляющем большинстве случаев при повышении температуры растворимость более или менее увеличивается (вещества с положительным коэффициентом растворимости).

Однако некоторые вещества имеют отрицательный коэффициент растворимости, т. е. их растворимость в воде с повышением температуры понижается.

К таким веществам, в частности, относятся: гидрат окиси кальция Са(ОН) 2 и сернокислый кальций CaSО 4 *.

* Начиная с температуры 40° С и выше.

При повышении температуры в системе газ и его раствор в воде будет происходить, как мы уже знаем, увеличение интенсивности движения молекул, т. е. повышение числа быстрых молекул, что в свою очередь будет иметь два следствия.

С одной стороны это будет способствовать увеличению числа молекул газа, проникающих в воду, в то же время будет расти число молекул, могущих вырваться из воды.

В конечном итоге это приведет к понижению растворимости газа. Над водой всегда находится смесь газов, в том числе и некоторое количество паров воды.

При нагревании воды количество паров воды над ней начинает возрастать, за счет чего уменьшается количество остальных газов, а следовательно, уменьшается и их парциальное давление, вследствие чего растворимость остальных газов в воде заметно уменьшается, и тем больше, чем ближе температура воды к точке ее кипения.

При кипении над водой будет, по существу, находиться только один газ - пары воды, и, следовательно, парциальное давление других газов будет близким к нулю. Поэтому при кипении воды все растворенные в ней газы практически полностью удаляются.

Количество растворенного вещества, находящегося в единице объема или веса растворителя, называют концентрацией растворов.

Концентрацию водных растворов выражают обычно количеством граммов растворенного вещества в 1 л воды и обозначают сокращенно г/л, или в 1 м 3 воды - г/м 3 , а для малорастворимых веществ - в миллиграммах растворенного вещества, т. е. мг/л.

Выражают также концентрацию растворов в процентах, чаще в весовых процентах, т. е, указывают, сколько весовых частей безводного вещества растворяется в 100 весовых частях растворителя или сколько весовых частей безводного вещества растворено в 100 весовых частях раствора.

В химии воды имеет распространение удобная мера концентрации веществ, выражаемая количеством граммов или миллиграммов вещества в 1 л раствора, численно равная его эквивалентному весу и сокращенно обозначаемая соответственно г-экв/л или мг-экв/л.

Эта мера концентрации удобна тем, что химические элементы соединяются между собой в эквивалентных количествах.

Растворимостью данного вещества в воде называют предельное количество этого вещества, которое может быть растворено в воде при данных условиях, т. е. когда этот раствор становится насыщенным.

Поэтому растворимость всякого вещества определяется величиной концентрации его насыщенного раствора.

Существует несколько трактований термина растворимость .

Растворимость - это способность вещества растворяться в воде или другом растворителе.

Растворимость – это способность веществ растворяться друг в друге, количественно характеризуется коэффициентом растворимости (к или р) - это масса растворённого вещества, приходящаяся на 100 или 1000г растворителя, в насыщенном растворе - при определённой температуре.
Растворимость вещества зависит от различных факторов: природы вещества и растворителя, от агрегатного состояния, от температуры и давления (для газов).

Существует утверждение “ Подобное растворяется в подобном”. Это означает, что молекулярные и ионные соединения с полярной связью хорошо растворяются в полярных растворителях, а вещества с неполярной связью – в неполярных.

Главным растворителем является вода. Но не все вещества, особенно органические, растворяются в воде. Для растворения используют различные растворители, такие как ацетон, спирт, бензол, эфир, хлороформ, метанол и т.д. Применяются также смеси растворителей, например, смеси спирта с водой.

Чтобы растворить твердое вещество, его следует очень мелко измельчить (истереть вступке или помолоть в мельнице). Это делается для того, чтобы увеличить поверхность соприкосновения растворяемого вещества и растворителя. При перемешивании или взбалтывании ускоряется процесс получения раствора. Часто на емкость, в которой готовится раствор, надевают обратный холодильник. Его используют в основном для приготовления растворов путем кипячения. Этим уменьшают потери растворителя. Образующиеся при нагреваниипары смеси осаждаются в холодильнике и стекают обратно. Особенно это важно для горючих растворителей, пары которых из открытого сосуда могли бы загореться от соприкосновения с нагревающим элементом.

Растворимость веществ бывает:

• неограниченная

(Примеры: вода и спирт; калия хлорид и калия бромид; калий и рубидий) – эти вещества смешиваются в любых соотношениях.

• ограниченная (Пример: вода и соль поваренная) – определенное количество растворенного вещества

По степени растворимости все вещества делятся:

• Хорошо растворимые (растворимость при 20 0 С более 1 г)
• Малорастворимые (растворимость при 20 0 С от 0,01до 1,0 г)
• Нерастворимые (растворимость при 20 0 С не более 0,01 г)

Хорошо растворимым считается вещество, если более 10 г его хорошо растворяется в 100 г воды.

Малорастворимым называют вещество, если в 100 г воды его растворяется менее 1 г.

И нерастворимые – это такие вещества, менее 0,01 г которых переходит в раствор.

Совсем нерастворимых веществ не бывает. Даже когда воду наливают в стеклянный сосуд, то незначительная часть молекул стекла переходит в раствор.

Что дает нам знание о растворимости веществ в производстве косметики? Существует множество вариантов композиций косметических продуктов. Чтобы предотвратить потенциальную несовместимость компонентов в них, для этого и необходимы знания о растворимости веществ. Зная, как и в чем растворяются вещества, подбирают правильный, последовательный ввод в реактор всех необходимых компонентов при изготовлении косметических средств. Понятие «растворимость» широко используется и в фармакологии. По определению растворимости судят о чистоте субстанции и вспомогательных веществ.

При изготовлении лекарственных средств, биологически активных добавок (БАД) зная о растворимости, применяют специальные технологические приемы:

1. Изменяют последовательность растворения (смешивания) ингредиентов.
2. Используют приемы раздельного растворения компонентов.
3. Смешивают части лекарственных веществ, различные основы и затем объединяют эти части в единое целое

Зная о растворимости веществ, подбирают различные сорастворители, солюбилизаторы и стабилизаторы для создания прочных лекарственных форм.

растворимости веществ в разных растворителях обычно приводятся в частных статьях на субстанции или вспомогательные вещества.

Под растворимостью веществ в фармакопее подразумевают условные термины, которые приведены в таблице № 1(1):

Таблица №1:

Очень важны для приема лекарственных средств и БАД знания о растворимости препарата. Лекарственное средство легче проникает в растворенном виде в желудочно – кишечный тракт, таким образом, принося более быстрый эффект облегчения больному, в отличие от мало растворимых или трудно растворимых лекарственных форм.

Как определяется растворимость веществ?

Берется навеска исследуемого вещества, помещается в отмеренное количество растворителя, раствор встряхивается в течение 10 мин.

Все определения проводят при температуре (18-22) 0 С.

Для медленно растворимых веществ (время растворения которых более 20 минут) возможно прогревание на водяной бане до 30 0 С.

После энергичного встряхивания в течение двух минут и охлаждения раствора до (18-22) 0 С визуально фиксируют результат.

Для медленно растворимых веществ условия растворимости указываются в частных статьях.

Вещество считается растворившимся, если при рассмотрении раствора в проходящем свете в нем не обнаруживаются частицы.

Если неизвестна растворимость вещества, то методика испытания следующая:

Берут 1 г вещества, прибавляют 1 мл растворителя и проводят испытание, как описано выше. Если вещество полностью растворилось, оно считается растворимым очень легко.

Если растворение произошло не полностью, то берут 100 мг растертого вещества, добавляют 1 мл растворителя и снова растворяют. Навеска растворилась полностью - делают вывод, что вещество легко растворимо.

В случае, если растворение произошло не полностью, в этот раствор добавляют 2 мл растворителя и продолжают испытание. Навеска растворилась – считается, что вещество растворимо.

Если растворение прошло не полностью, то в раствор добавляют еще 7 мл растворителя и снова проводят растворение, как описано выше. Если при наблюдении в проходящем свете визуально не наблюдаются частицы, значит растворение прошло. Такое вещество считается умеренно растворимым.

В случае обнаружения нерастворенных частиц навески испытания проводят с 10 мг растертого вещества, добавляя к нему 10 мл растворителя. В том случае, если оно растворилось полностью –вещество считается мало растворимым.

Если растворение прошло не полностью, берут 10 мг растертого вещества, прибавляют к нему 100 мл растворителя и снова проводят испытание, как описано в методике. Вещество полностью растворилось – оно очень мало растворимо.

Если не растворилось - считается, что вещество практически нерастворимо в этом растворителе.

Для веществ с известной растворимостью, проводят испытания по вышеизложенной методике, но только для крайних значений указанного термина растворимости. Например, если вещество растворимо, то 100 мг его не должно раствориться в 1 мл, но полностью растворяется в 3 мл растворителя.Литература.

Государственная Фармакопея Российской Федерации. Х II издание. Часть 1, Москва, 2007 г, с.92-93.

Внимание! Администрация сайта сайт не несет ответственности за содержание методических разработок, а также за соответствие разработки ФГОС.

Автор - Севостьянова Людмила Николаевна, учитель химии высшей квалификационной категории муниципального автономного общеобразовательного учреждения средней школы №3 р.п. Ильиногорск, Володарского муниципального района Нижегородской области

Обозначение предметного содержания проекта. Учащиеся получают представление о растворении, как о физико-химическом процессе, понятии гидратах и кристаллогидратах, растворимости, кривых растворимости, как модели зависимости растворения от температуры, насыщенных, перенасыщенных и ненасыщенных растворах. Делают выводы о значении растворов для природы и сельского хозяйства.

Методическая разработка составлена на основе, программы основного общего образования по химии, учебно-методического комплекса О.С.. Габриеляна «Химия. 8-11 классы (Рабочие программы. Химия8-11 классы: учебно-методическое пособие/сост. Г.М. Пальдяева. – 2 изд., стереотип. М.: Дрофа, 2013). Данный концентрический курс соответствует Федеральному государственному образовательному стандарту основного общего образования, одобрен РАО и РАН, имеет гриф «Рекомендовано» и включен в Федеральный перечень учебников.

Согласно действующему Базисному учебному плану, рабочая программа для 8-го класса предусматривает обучение химии в объеме 2 часа в неделю.

Раздел. Растворение. Растворы. Свойства электролитов.

Тема. Растворимость. Растворимость веществ в воде.

Обоснование целесообразности данного предметного содержания для организации проектной/исследовательской деятельности обучающихся. Через организацию исследовательской деятельности сформировать представление о растворении, как о физико-химическом процессе. На основе знаний и умений, добытых в ходе активного поиска и самостоятельного решения проблемы, учащиеся учатся устанавливать межпредметные и причинно-следственные связи

Также данный проект, направленный на сформирование представления о физико-химическом процессе растворения, изучении растворимости различных веществ от различных условий обеспечивает развитие устойчивого интереса к химии.

Название проекта: «Растворы. Растворимость веществ в воде».

Описание проблемной ситуации, определение проблемы и цели проектного модуля. Учитель организует действия учащихся по выявлению и формулировке проблемы, предлагая учащимся провести мини-исследование «Приготовление водных растворов перманганата калия и серной кислоты». Учащиеся во время проведения опытов отмечают, что в процессе растворения веществ наблюдаются как признаки физического, так и признаки химического явления.

Учащиеся совместно с учителем формулируют противоречие.

Противоречие: В процессе растворения можно наблюдать с одной стороны признаки физических явлений, с другой - химических явлений.

Проблема: Процесс «растворение» - это процесс химический или физический? Можно ли влиять на этот процесс?

Описание проектного продукта/результата с критериями оценки.

Цель проектного модуля: доказать сущность процесса растворения и объяснить зависимость растворимости от различных факторов через создание ментальной карты «Растворимость веществ в воде».

Проектный продукт: ментальная карта «Растворимость веществ в воде».

Ментальная карта представляет собой систематизированный и представленный в наглядной форме материал. В центре записывается тема проекта «Растворимость веществ». Учащимся предлагается на основе проведенных мини-исследований сформулировать выводы и творчески оформить их в несколько блоков:

Каждый отдельный проектный продукт пары оценивается по следующим критериям.

• Эстетичность оформления
• Структурность оформления
• Логичность оформления
• Наглядность

• 1 балл – представлен частично

Оценка «5» - 15-14 баллов

Оценка «4» - 13-11 баллов

Оценка «3»- 10-7 баллов

Оценка «2» -менее 7 баллов

Определение общего объема урочных часов, необходимых для реализации проекта, и его распределение по этапам проектной деятельности обучающихся с указанием действий педагога и обучающихся.

Проектный модуль включает 3 урока (3 часа проектного модуля реализуются за счет 1 часа, который отводится на изучение темы «Растворы. Растворимость веществ» и 2 часа за счет резервного времени):

Поэтапное описание проектного модуля, действий обучающихся, действий педагога.

Описание промежуточных проектных продуктов и описание используемых урочных домашних заданий (дидактическое обеспечение проектного модуля).

На первом уроке учитель проверяет уровень усвоения ранее изученной темы, предлагает устно выполнить задание на актуализацию знаний - Просмотр в режиме «без звука» флеш - ролика «Признаки химических реакций», Материал Единой коллекции ЦОР

По итогам работы на первом уроке учащиеся получают промежуточные продукты: отчеты по мини-исследованиям№1«Наблюдение процессов растворения перманганата калия, концентрированной серной кислоты и безводного сульфата меди»», №2 Наблюдение влияния природы растворенного вещества на процесс растворения», №3 «Наблюдение влияния природы растворителя на процесс растворения», №4 «Наблюдение влияния температуры на процесс растворения»

На дом учащиеся получают следующее задание: изучить параграф 34, выполнить задание в рабочей тетради часть I тема 34 с помощью интернет - источника подобрать иллюстрации по темам «Значение и применение растворов», «Классификация растворов».

На втором уроке учащиеся разрабатывают проектный продукт в соответствии с проектными заданиями. К концу урока каждая группа оформляет ментальную карту. После второго урока учащиеся получают домашнее задание: доработать проектный полупродукт и подготовить по нему мини-выступление, включая подготовку к проекту и его реализацию.

После третьего урока учащиеся получают домашнее задание: подготовить сообщение про применение растворов в быту, с/х или медицине.