W życiu codziennym ludzie rzadko spotykają czyste substancje. Większość pozycji to mieszaniny substancji.
Roztwór jest jednorodną mieszaniną, w której składniki są równomiernie wymieszane. Istnieje kilka typów w zależności od wielkości cząstek: układy gruboziarniste, roztwory molekularne i układy koloidalne, które często nazywane są zolami. Ten artykuł dotyczy rozwiązań molekularnych (lub prawdziwych). Rozpuszczalność substancji w wodzie jest jednym z głównych warunków wpływających na tworzenie się związków.
Rozpuszczalność substancji: co to jest i dlaczego jest potrzebne
Aby zrozumieć ten temat, musisz wiedzieć, jakie są roztwory i rozpuszczalność substancji. W uproszczeniu jest to zdolność substancji do łączenia się z inną i tworzenia jednorodnej mieszaniny. Z naukowego punktu widzenia można rozważyć bardziej złożoną definicję. Rozpuszczalność substancji to ich zdolność do tworzenia jednorodnych (lub niejednorodnych) kompozycji z jedną lub większą liczbą substancji o rozproszonym rozkładzie składników. Istnieje kilka klas substancji i związków:
- natychmiastowy;
- słabo rozpuszczalny;
- nierozpuszczalny.
Co mówi miara rozpuszczalności substancji
Zawartość substancji w nasyconej mieszaninie jest miarą jej rozpuszczalności. Jak wspomniano powyżej, dla wszystkich substancji jest inaczej. Rozpuszczalne są te, które mogą rozcieńczyć więcej niż 10 g w 100 g wody. Druga kategoria to mniej niż 1 g w tych samych warunkach. Praktycznie nierozpuszczalne są te w mieszaninie, przez które przechodzi mniej niż 0,01 g składnika. W takim przypadku substancja nie może przenieść swoich cząsteczek do wody.
Jaki jest współczynnik rozpuszczalności
Współczynnik rozpuszczalności (k) jest wskaźnikiem maksymalnej masy substancji (g), którą można rozcieńczyć w 100 g wody lub innej substancji.
Rozpuszczalniki
Ten proces obejmuje rozpuszczalnik i substancję rozpuszczoną. Pierwsza różni się tym, że początkowo znajduje się w tym samym stanie skupienia, co mieszanina końcowa. Z reguły przyjmuje się go w większych ilościach.
Jednak wiele osób wie, że woda zajmuje szczególne miejsce w chemii. Są na to osobne zasady. Roztwór, w którym występuje H2O nazywa się roztworem wodnym. Mówiąc o nich, płyn jest ekstrahentem nawet w mniejszej ilości. Przykładem jest 80% roztwór kwasu azotowego w wodzie. Proporcje tutaj nie są równe Chociaż proporcja wody jest mniejsza niż kwasu, niewłaściwe jest nazywanie substancji 20% roztworem wody w kwasie azotowym.
Istnieją mieszanki, w których brakuje H2O. Będą nosić imięniewodny. Takie roztwory elektrolitów są przewodnikami jonowymi. Zawierają pojedyncze lub mieszaniny ekstrahentów. Składają się z jonów i cząsteczek. Wykorzystywane są w takich branżach jak medycyna, produkcja chemii gospodarczej, kosmetyki i inne. Mogą łączyć kilka pożądanych substancji o różnej rozpuszczalności. Składniki wielu produktów aplikowanych zewnętrznie są hydrofobowe. Innymi słowy, nie oddziałują dobrze z wodą. W takich mieszaninach rozpuszczalniki mogą być lotne, nielotne lub połączone. Substancje organiczne w pierwszym przypadku dobrze rozpuszczają tłuszcze. Do substancji lotnych należą alkohole, węglowodory, aldehydy i inne. Często są zawarte w chemii gospodarczej. Nielotne są najczęściej używane do produkcji maści. Są to oleje tłuszczowe, ciekła parafina, gliceryna i inne. W połączeniu jest mieszaniną lotnych i nielotnych, na przykład etanolu z gliceryną, gliceryny z dimeksydem. Mogą również zawierać wodę.
Rodzaje roztworów według stopnia nasycenia
Nasycony roztwór to mieszanina chemikaliów zawierająca maksymalne stężenie jednej substancji w rozpuszczalniku w określonej temperaturze. Nie będzie się dalej rozmnażać. Podczas przygotowywania substancji stałej zauważalne jest wytrącanie, które jest z nią w równowadze dynamicznej. Pojęcie to oznacza stan, który utrzymuje się w czasie dzięki swojemu przepływowi jednocześnie w dwóch przeciwnych kierunkach (reakcja do przodu i do tyłu) z tą samą prędkością.
Jeśli substancjaw stałej temperaturze może się jeszcze rozkładać, wtedy to rozwiązanie jest nienasycone. Są stabilne. Ale jeśli będziesz nadal dodawać do nich substancję, zostanie ona rozcieńczona w wodzie (lub innej cieczy), aż osiągnie swoje maksymalne stężenie.
Kolejny wygląd - przesycony. Zawiera więcej substancji rozpuszczonych niż może być w stałej temperaturze. Ze względu na to, że znajdują się w niestabilnej równowadze, fizyczne oddziaływanie na nie powoduje krystalizację.
Jak odróżnić nasycony roztwór od nienasyconego?
To dość łatwe. Jeśli substancja jest ciałem stałym, w nasyconym roztworze można zobaczyć osad. W takim przypadku ekstrahent może gęstnieć, jak np. w nasyconej kompozycji woda, do której dodano cukier.
Ale jeśli zmienisz warunki, zwiększysz temperaturę, to nie będzie to już brane pod uwagę nasycony, ponieważ w wyższej temperaturze maksymalne stężenie tej substancji będzie inne.
Teorie interakcji składników rozwiązań
Istnieją trzy teorie dotyczące interakcji pierwiastków w mieszaninie: fizyczna, chemiczna i nowoczesna. Autorami pierwszej z nich są Svante August Arrhenius i Wilhelm Friedrich Ostwald. Założyli, że wskutek dyfuzji cząstki rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej były równomiernie rozłożone w całej objętości mieszaniny, ale nie było między nimi interakcji. Teoria chemiczna wysunięta przez Dymitra Iwanowicza Mendelejewa jest jej przeciwieństwem. Według niej, w wyniku chemicznego oddziaływania między nimi, niestabilnyzwiązki o stałym lub zmiennym składzie, zwane solwatami.
Obecnie stosowana jest zunifikowana teoria Władimira Aleksandrowicza Kistyakowskiego i Iwana Aleksiejewicza Kabłukowa. Łączy w sobie właściwości fizyczne i chemiczne. Współczesna teoria mówi, że w roztworze znajdują się zarówno nieoddziałujące cząstki substancji, jak i produkty ich interakcji - solwaty, których istnienie udowodnił Mendelejew. W przypadku, gdy ekstrahentem jest woda, nazywa się je hydratami. Zjawisko powstawania solwatów (hydratów) nazywamy solwatacją (hydratacją). Wpływa na wszystkie procesy fizyczne i chemiczne oraz zmienia właściwości cząsteczek w mieszaninie. Solwatacja zachodzi dzięki temu, że otoczka solwatacyjna, składająca się z cząsteczek ekstrahenta ściśle z nią związanych, otacza cząsteczkę substancji rozpuszczonej.
Czynniki wpływające na rozpuszczalność substancji
Skład chemiczny substancji. Zasada „podobne przyciąga podobne” dotyczy również odczynników. Substancje o podobnych właściwościach fizycznych i chemicznych mogą się wzajemnie szybciej rozpuszczać. Na przykład związki niepolarne dobrze oddziałują z niepolarnymi. Substancje z cząsteczkami polarnymi lub strukturą jonową są rozcieńczane w polarnych, na przykład w wodzie. Rozkładają się w nim sole, zasady i inne składniki, a niepolarne odwrotnie. Można podać prosty przykład. Do przygotowania nasyconego roztworu cukru w wodzie potrzebna jest większa ilość substancji niż w przypadku soli. Co to znaczy? Mówiąc najprościej, możesz rozmnażać o wiele więcejcukier w wodzie niż sól.
Temperatura. Aby zwiększyć rozpuszczalność ciał stałych w cieczach, należy podnieść temperaturę ekstrahenta (działa w większości przypadków). Można pokazać przykład. Jeśli włożysz szczyptę chlorku sodu (soli) do zimnej wody, proces ten zajmie dużo czasu. Jeśli zrobisz to samo z gorącym podłożem, rozpuszczanie będzie znacznie szybsze. Wyjaśnia to fakt, że w wyniku wzrostu temperatury wzrasta energia kinetyczna, której znaczna ilość jest często przeznaczana na zniszczenie wiązań między cząsteczkami i jonami ciała stałego. Jednak wraz ze wzrostem temperatury w przypadku soli litu, magnezu, glinu i alkaliów ich rozpuszczalność spada.
Ciśnienie. Ten czynnik wpływa tylko na gazy. Ich rozpuszczalność wzrasta wraz ze wzrostem ciśnienia. W końcu objętość gazów jest zmniejszona.
Zmień szybkość rozpuszczania
Nie myl tego wskaźnika z rozpuszczalnością. W końcu na zmianę tych dwóch wskaźników wpływają różne czynniki.
Stopień rozdrobnienia rozpuszczonej substancji. Czynnik ten wpływa na rozpuszczalność ciał stałych w cieczach. W stanie całościowym (grudkowatym) kompozycja jest dłużej rozcieńczana niż ta, która jest pokruszona na małe kawałki. Weźmy przykład. Solidny blok soli rozpuści się w wodzie znacznie dłużej niż sól w postaci piasku.
Prędkość mieszania. Jak wiadomo, proces ten można katalizować przez mieszanie. Ważna jest również jego szybkość, ponieważ im jest większa, tym szybciej się rozpuści.substancja w cieczy.
Dlaczego musimy znać rozpuszczalność ciał stałych w wodzie?
Przede wszystkim takie schematy są potrzebne do poprawnego rozwiązywania równań chemicznych. W tabeli rozpuszczalności znajdują się ładunki wszystkich substancji. Muszą być znane, aby poprawnie zarejestrować odczynniki i sporządzić równanie reakcji chemicznej. Rozpuszczalność w wodzie wskazuje, czy sól lub zasada mogą ulec dysocjacji. Związki wodne przewodzące prąd mają w swoim składzie silne elektrolity. Jest inny rodzaj. Te, które słabo przewodzą prąd, są uważane za słabe elektrolity. W pierwszym przypadku składnikami są substancje całkowicie zjonizowane w wodzie. Natomiast słabe elektrolity pokazują ten wskaźnik tylko w niewielkim stopniu.
Równania reakcji chemicznych
Istnieje kilka rodzajów równań: molekularne, pełne jonowe i krótkie jonowe. W rzeczywistości ostatnią opcją jest skrócona forma molekularna. To jest ostateczna odpowiedź. Kompletne równanie zawiera reagenty i produkty reakcji. Teraz przychodzi kolej na tabelę rozpuszczalności substancji. Najpierw musisz sprawdzić, czy reakcja jest możliwa, czyli czy spełniony jest jeden z warunków reakcji. Są tylko 3 z nich: tworzenie się wody, uwalnianie gazu, opady. Jeśli dwa pierwsze warunki nie są spełnione, musisz sprawdzić ostatni. Aby to zrobić, musisz spojrzeć na tabelę rozpuszczalności i dowiedzieć się, czy w produktach reakcji znajduje się nierozpuszczalna sól lub zasada. Jeśli tak, to będzie to osad. Ponadto tabela będzie wymagana do zapisania równania jonowego. Ponieważ wszystkie rozpuszczalne sole i zasady są silnymi elektrolitami,następnie ulegną rozkładowi na kationy i aniony. Co więcej, niezwiązane jony są redukowane, a równanie jest napisane w krótkiej formie. Przykład:
- K2SO4+BaCl2=BaSO4 ↓+2HCl,
- 2K+2SO4+Ba+2Cl=BaSO4↓+2K+2Cl,
- Ba+SO4=BaSO4↓.
Tak więc tabela rozpuszczalności substancji jest jednym z kluczowych warunków rozwiązywania równań jonowych.
Szczegółowa tabela pomoże Ci dowiedzieć się, ile składników potrzebujesz, aby przygotować bogatą mieszankę.
Tabela rozpuszczalności
To jest zwykła niekompletna tabela. Ważne jest, aby w tym miejscu była wskazana temperatura wody, ponieważ jest to jeden z czynników, które omówiliśmy już powyżej.
Jak korzystać z tabeli rozpuszczalności?
Tabela rozpuszczalności substancji w wodzie jest jednym z głównych pomocników chemika. Pokazuje, jak różne substancje i związki oddziałują z wodą. Rozpuszczalność ciał stałych w cieczy jest wskaźnikiem, bez którego wiele manipulacji chemicznych jest niemożliwych.
Tabela jest bardzo łatwa w użyciu. Kationy (cząstki naładowane dodatnio) są zapisane w pierwszym wierszu, aniony (cząstki naładowane ujemnie) są zapisane w drugim wierszu. Większość tabeli zajmuje siatka z określonymi symbolami w każdej komórce. Są to litery „P”, „M”, „H” oraz znaki „-” i „?”.
- "P" - związek rozpuszcza się;
- "M" - trochę się rozpuszcza;
- "H" - nie rozpuszcza się;
- "-" - brak połączenia;
- "?" - brak informacji o istnieniu połączenia.
W tej tabeli jest jedna pusta komórka - to jest woda.
Prosty przykład
Teraz o tym, jak pracować z takim materiałem. Załóżmy, że musisz dowiedzieć się, czy sól jest rozpuszczalna w wodzie - MgSo4 (siarczan magnezu). Aby to zrobić, musisz znaleźć kolumnę Mg2+ i zejść do linii SO42-. Na ich przecięciu znajduje się litera P, co oznacza, że związek jest rozpuszczalny.
Wniosek
Tak więc zbadaliśmy kwestię rozpuszczalności substancji w wodzie i nie tylko. Bez wątpienia ta wiedza przyda się w dalszych badaniach chemii. W końcu rozpuszczalność substancji odgrywa tam ważną rolę. Przyda się do rozwiązywania równań chemicznych i różnych problemów.
