Зависимость растворимости различных веществ от природы растворителя, температуры и давления
Растворимость веществ в различных растворителях, например в воде, колеблется в широких пределах. Если в 100 г воды при комнатной температуре растворяется более 10 г вещества, то такое вещество принято называть легкорастворимым; если менее 1 г вещества – малорастворимым, наконец, вещество считается практически нерастворимым если в 100 г воды переходит менее 0,1 г вещества. К легкорастворимым веществам относятся поваренная соль (при 20 °С в 100 г воды растворяется 35,8 г NaCl), медный купорос СuSO4·5H2O (20,7 г), аммиак NH3 (67,9 г); труднорастворимые вещества – гипс СаSO4 (0,195 г),; практически нерастворимые – сульфат бария ВаSO4 (0,00023 г), хлорид серебра АgСl (0,00015 г), карбонат кальция СаСО3 (0,00013 г). Абсолютно нерастворимых веществ не существует.
На растворимость веществ в общем случае оказывает влияние природа растворяемого вещества и природа растворителя, температура, давление.
Влияние природы растворителя и растворяемого вещества. Опытным путем установлено правило, согласно которому подобное растворяется в подобном. Так, вещества с ионным (соли, щелочи) или полярным (спирты, альдегиды) типом связи хорошо растворимы в полярных растворителях, например, в воде. И наоборот, растворимость кислорода в бензоле, например, на порядок выше, чем в воде, так как молекулы О2 и С6Н6 неполярны.
Растворимость газов в жидкостях может меняться в очень широких пределах. Так, например, в 100 объемах воды при 20 °С растворяется 2 объема водорода, 3 объема кислорода, 88 объемов оксида углерода (IV). В этих же условиях в 1 объеме воды растворяется свыше 400 объемов хлороводорода и 700 объемов аммиака.
Растворимость жидкостей в жидкостях очень сложным образом зависит от их природы. Можно выделить три класса жидкостей, различающихся способностью к взаимному растворению.
1. Жидкости, практически не растворяющиеся друг в друге (Н2О – Нg, Н2О – С6Н6).
2. Жидкости, неограниченно растворяющиеся друг в друге (Н2О – С2Н5OН, Н2О – СН3СООН).
Растворимость твердых веществ в жидкостях в первую очередь определяется характером химических связей в их кристаллических решетках. Молекулярные (или атомные) кристаллы, структурными единицами которых являются атомы или молекулы с ковалентным неполярным типом связи, практически не растворимы в воде (например, графит, алмаз, сера, кристаллический иод и др.).
Влияние температуры на растворимость газов, жидкостей и твердых веществ. С повышением температуры растворимость почти всех твердых веществ и взаимная растворимость жидкостей увеличивается.
Растворимость газов в жидкостях с повышением температуры уменьшается. Известно, что если оставить в теплом помещении стакан с холодной водой, то через некоторое время внутренние стенки стакана покрываются пузырьками воздуха.
Влияние давления. В отличие от твердых веществ и жидкостей, на растворимость газов очень сильно влияет давление, под которым находится газ. Если же давление газа увеличить, например, в два раза, то во столько же раз увеличится и концентрация его молекул над жидкостью, а следовательно, и скорость растворения газа. В общем виде зависимость растворимости газов от давления выражается законом Генри: при постоянной температуре растворимость газа в жидкости прямо пропорциональна его давлению над жидкостью:
C(X) = КГ · Р(Х)
где C(X) – концентрация газа в насыщенном растворе, моль/л; КГ – постоянная Генри для газа X, моль·л –1 ·Па –1 ; Р(Х) – давление газа Х над раствором, Па.
Закону Генри строго подчиняются только такие газы, растворимость которых сравнительно невелика и которые не вступают в химическое взаимодействие с растворителем.
Растворение всегда сопровождается убылью энергии Гиббса, при этом независимо от знака изменения энтальпии при растворении всегда ΔG < 0, так как переход вещества в раствор сопровождается значительным возрастанием энтропии вследствие стремления системы к разупорядочению.
Источник
Растворимость веществ. Факторы, влияющие на растворимость
Одни вещества лучше растворяются в том или ином растворителе, другие хуже. Считается, что абсолютно нерастворимых веществ нет. Каждое вещество способно к растворению, пусть даже в некоторых случаях и в очень незначительных количествах (например, ртуть в воде, бензол в воде).
К сожалению, до настоящего времени, нет теории, с помощью которой можно было бы предсказать и вычислить растворимость любого вещества в соответствующем растворителе. Обусловлено это сложностью и многообразием взаимодействия компонентов раствора между собой и отсутствием общей теории растворов (особенно концентрированных). В связи с этим необходимые данные по растворимости веществ получают, как правило, опытным путем.
Количественно способность вещества к растворению характеризуется чаще всего растворимостьюиликоэффициентом растворимости (S).
Растворимость (S)показывает сколько граммов вещества может максимально раствориться при данных условиях (температуре, давлении) в 100 г растворителя с образованием насыщенного раствора.
При необходимости коэффициент растворимости определяется и для другого количества растворителя (например, для 1000 г, 100 см 3 , 1000 см 3 и т.д.).
По растворимости все вещества в зависимости от своей природы делятся на 3 группы: 1) хорошо растворимые; 2) мало растворимые; 3) плохо растворимые или нерастворимые.
Коэффициент растворимости для веществ первой группы больше 1 г (на 100 г растворителя), для веществ второй группы лежит в интервале 0,01 – 1,0 г и для веществ третьей группы S< 0,01 г.
На растворимость веществ оказывают влияние многие факторы, главными из которых являются природа растворителя и растворяемого вещества, температура, давление, наличие в растворе других веществ (особенно электролитов).
Влияние природы веществ на растворимость
Установлено опытным путем, что в растворителе, молекулы которого полярны, лучше всего растворяются вещества, образованные ионными или ковалентными полярными связями. А в растворителе, молекулы которого неполярны, лучше растворяются вещества, образованные слабополярными или неполярными ковалентными связями. По другому эту выявленную закономерность можно сформулировать так: «Подобное растворяется в подобном».
Растворимость веществ во многом обуславливается силой и характером их взаимодействия с молекулами растворителя. Чем сильнее выражено это взаимодействие, тем больше растворимость и наоборот.
Известно, что силы, действующие между неполярными и слабополярными молекулами, невелики и неспецифичны, т.е. в количественном выражении существенно не зависят от вида вещества.
Если в неполярную жидкость В ввести однотипные неполярные молекулы А, то энергия взаимодействия частиц А и В между собой не будет значительно отличаться от энергии взаимодействия между частицами А и А или частицами В и В. Поэтому подобно тому как смешиваются любые количества одного и того же вещества, с большой вероятностью будут неограниченно смешиваться друг с другом (т.е. растворяться друг в друге) и различные неполярные жидкости.
По этой же причине и молекулярные кристаллы обычно лучше растворяются в неполярных жидкостях.
Если же энергия взаимодействия молекул А и А или В и В больше чем А и В, то одинаковые молекулы каждого компонента будут предпочтительнее связываться между собой и растворимость их друг в друге понизится (табл. 6).
Полярность любого растворителя часто характеризуют значением его диэлектрической проницаемости (ε), которая легко определяется опытным путем. Чем она больше, тем более полярным является вещество.
Таблица 6. Растворимость KI(мас%) в растворителях различной полярности
Источник
Зависимость растворимости различных веществ от природы растворителя, температуры и давления
Растворимость веществ в различных растворителях, например в воде, колеблется в широких пределах. Если в 100 г воды при комнатной температуре растворяется более 10 г вещества, то такое вещество принято называть легкорастворимым; если менее 1 г вещества – малорастворимым, наконец, вещество считается практически нерастворимым если в 100 г воды переходит менее 0,1 г вещества. К легкорастворимым веществам относятся поваренная соль (при 20 °С в 100 г воды растворяется 35,8 г NaCl), медный купорос СuSO4·5H2O (20,7 г), аммиак NH3 (67,9 г); труднорастворимые вещества – гипс СаSO4 (0,195 г),; практически нерастворимые – сульфат бария ВаSO4 (0,00023 г), хлорид серебра АgСl (0,00015 г), карбонат кальция СаСО3 (0,00013 г). Абсолютно нерастворимых веществ не существует.
На растворимость веществ в общем случае оказывает влияние природа растворяемого вещества и природа растворителя, температура, давление.
Влияние природы растворителя и растворяемого вещества. Опытным путем установлено правило, согласно которому подобное растворяется в подобном. Так, вещества с ионным (соли, щелочи) или полярным (спирты, альдегиды) типом связи хорошо растворимы в полярных растворителях, например, в воде. И наоборот, растворимость кислорода в бензоле, например, на порядок выше, чем в воде, так как молекулы О2 и С6Н6 неполярны.
Растворимость газов в жидкостях может меняться в очень широких пределах. Так, например, в 100 объемах воды при 20 °С растворяется 2 объема водорода, 3 объема кислорода, 88 объемов оксида углерода (IV). В этих же условиях в 1 объеме воды растворяется свыше 400 объемов хлороводорода и 700 объемов аммиака.
Растворимость жидкостей в жидкостях очень сложным образом зависит от их природы. Можно выделить три класса жидкостей, различающихся способностью к взаимному растворению.
1. Жидкости, практически не растворяющиеся друг в друге (Н2О – Нg, Н2О – С6Н6).
2. Жидкости, неограниченно растворяющиеся друг в друге (Н2О – С2Н5OН, Н2О – СН3СООН).
Растворимость твердых веществ в жидкостях в первую очередь определяется характером химических связей в их кристаллических решетках. Молекулярные (или атомные) кристаллы, структурными единицами которых являются атомы или молекулы с ковалентным неполярным типом связи, практически не растворимы в воде (например, графит, алмаз, сера, кристаллический иод и др.).
Влияние температуры на растворимость газов, жидкостей и твердых веществ. С повышением температуры растворимость почти всех твердых веществ и взаимная растворимость жидкостей увеличивается.
Растворимость газов в жидкостях с повышением температуры уменьшается. Известно, что если оставить в теплом помещении стакан с холодной водой, то через некоторое время внутренние стенки стакана покрываются пузырьками воздуха.
Влияние давления. В отличие от твердых веществ и жидкостей, на растворимость газов очень сильно влияет давление, под которым находится газ. Если же давление газа увеличить, например, в два раза, то во столько же раз увеличится и концентрация его молекул над жидкостью, а следовательно, и скорость растворения газа. В общем виде зависимость растворимости газов от давления выражается законом Генри: при постоянной температуре растворимость газа в жидкости прямо пропорциональна его давлению над жидкостью:
C(X) = КГ · Р(Х)
где C(X) – концентрация газа в насыщенном растворе, моль/л; КГ – постоянная Генри для газа X, моль · л –1 · Па –1 ; Р(Х) – давление газа Х над раствором, Па.
Закону Генри строго подчиняются только такие газы, растворимость которых сравнительно невелика и которые не вступают в химическое взаимодействие с растворителем.
Растворение всегда сопровождается убылью энергии Гиббса, при этом независимо от знака изменения энтальпии при растворении всегда ΔG < 0, так как переход вещества в раствор сопровождается значительным возрастанием энтропии вследствие стремления системы к разупорядочению.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Источник