3 Розчинність речовин у воді. Залежністьрозчинності від температури. Теплові явища при розчиненні. Способи чисельного вираження складу розчинів.

Розчинність — це властивість речовини розчинятися у воді або іншому розчиннику. У воді можуть розчинятися тверді, рідкі й газуваті речовини.

За розчинністю у воді всі речовини поділяються на три групи: 1) добре розчинні; 2) малорозчинні і 3) практично нерозчинні. Останні називаються також нерозчинними речовинами. Однак слід зазначити, що абсолютно нерозчинних речовин немає. Якщо занурити у воду скляну паличку або шматок золота чи срібла, то вони в мізерно малих кількостях все ж таки розчиняються у воді. Скло, срібло, золото — це приклади практично не розчинних у воді речовин (тверді речовини). До них належать також гас, олія (рідкі речовини), благородні гази (газуваті речовини). Багато речовин у воді розчиняються досить добре. Прикладом таких речовин можуть бути цукор, мідний купорос, гідроксид натрію (тверді речовини), спирт, ацетон (рідкі речовини), хлороводень, аміак (газуваті речовини).

З наведених прикладів випливає, що розчинність насамперед залежить від природи речовин, крім того, вона залежить від температури і тиску. Сам процес розчинення зумовлений взаємодією частинок розчиненої речовини і розчинника; це мимовільний процес.

Процес розчинення твердих речовин у рідинах можна подати так: під впливом розчинника від поверхні твердої речовини поступово відриваються окремі- іони або молекули і рівномірно розподіляються в усьому об’ємі розчинника. Якщо розчинник контактує з великою кількістю речовини, то через деякий час розчин стає насиченим.

Насиченим називається такий розчин, який перебуває в динамічній рівновазі з надлишком розчиненої речовини.

Щоб приготувати насичений розчин, потрібно у воду за даної температури додавати при перемішуванні речовину доти, доки не утвориться осад, тобто надлишок речовини залишиться нерозчинним. У Цьому випадку встановиться динамічна рівновага між розчином і надлишком речовини, що розчиняється: скільки частинок речовини переходитиме в розчин, стільки само їх буде виділятися (кристалізуватися) з розчину. В насиченому розчині за даної температури міститься максимально можлива кількість розчиненої речовини.

У ненасиченому розчині міститься менше речовин, а в пересиченому — більше, ніж у насиченому. Пересичені розчини досить нестійкі. Легке струшування посудини або додавання до розчину кристала солі спричиняє випадання в осад надлишку розчиненої речовини. Пересичені розчини утворюють сахароза, Na₂SO₄ ∙ 10Н₂О, Nа₂S₂О₃ ∙ 5Н₂О, СН₃СООNа, Na₂B₄O₇ ∙10Н₂О та ін.

Часто малорозчинні і практично нерозчинні речовини об’єднують однією назвою — малорозчинні. Говорячи про розчинність речовини, слід зазначати температуру розчинення. Найчастіше розчинність твердих речовин з підвищенням темпеpатуpи зpостає. Однак розчинність деяких речовин при підвищенні температури зростає незначною мірою (наприклад NaCl, АlСl₃) або навіть зменшується [наприклад, Са(OН)₂, Li₂SO₄, Са(СН₃СОО)₂]. На коефіцієнт розчинності твердого тіла у воді тиск впливає незначною мірою, оскільки під час розчинення не відбувається помітної зміни об’єму системи.

Виділення речовини з розчину при зниженні температури називається кристалізацією. Якщо в розчині містилися домішки, то внаслідок кристалізації речовина завжди добувається чистою, оскільки відносно домішок розчин залишається ненасиченим навіть при зниженні температури, і домішки не випадають в осад. На цьому базується метод очищення речовин, що називається перекристалізацією.

Під час розчинення газів у воді виділяється теплота. Тому відповідно до принципу Ле Шательє якщо змінити одну з умов, за яких система перебуває у стані рівноваги, то відбувається таке зміщення рівноваги, яке зменшує (послаблює) цю зміну. Розчинення речовин супроводжується тепловим ефектом: виділенням або поглинанням теплоти — залежно від природи речовини..

Внаслідок хімічної взаємодії розчиненої речовини з розчинником утворюються сполуки, які називаються сольватами (або гідратами, якщо- розчинником є вода). Утворення таких сполук споріднює розчини з хімічними сполуками.

Кристалічні речовини, які містять молекули води, називаються кристалогідратами, а вода, що входить до складу кристалогідратів, називається кристалізаційною. Кристалогідратами є багато природних мінералів. Ряд речовин (у тому числі й органічні) добуваються в чистому вигляді тільки у формі кристалогідратів. Отже, розчинення — не тільки фізичний, а й хімічний процес. Розчини утворюються шляхом взаємодії частинок розчиненої речовини з частинками розчинника. Рідкі розчини займають проміжне положення між хімічними сполуками сталого складу й механічними сумішами. Як і хімічні сполуки, вони однорідні й характеризуються тепловими явищами, а також концентрацією, що часто спостерігається — зменшенням об’єму при змішуванні рідин. З другого боку, на відміну від хімічних сполук розчини не підлягають закону сталості складу. їх, як і суміші, можна легко розділити на складові частини. Процес розчинення — це фізико-хімічний процес, а розчини — фізико-хімічні системи.

Існують різні способи чисельного вираження складу розчинів: масова частка розчиненої речовини, молярна концентрація тощо.

Масова частка розчиненої речовини — це фізична величина, що дорівнює відношенню маси розчиненої речовини до загальної маси розчину, тобто = (омега)w=m розч.реч/m роз-ну *100%

Масову частку розчиненої речовини w_p звичайно виражають в частках одиниці або у відсотках. Наприклад, масова частка розчиненої речовини — сульфатної кислоти у воді дорівнює 0,05 або 5%. Це означає, що в розчині сульфатної кислоти масою 100 г міститься сульфатна кислота масою 5 г і вода масою 95 г.

Молярна концентрація, або молярність, — це величина, що дорівнює відношенню кількості розчиненої речовини до об’єму розчину, тобто n(або ню)/V=m/M*л (моль/л) Основною одиницею молярної концентрації є моль/л. Приклади запису молярної концентрації: с(НСl) = 0,1 моль/л, с (Н₃РО₄) = 0,5 моль/л, с (NН₄⁺) = 10 моль/л, с(Н⁺) = 10^-5 моль/л. Користуватися молярною концентрацією   зручно, оскільки відоме число молів (кількість речовини), що міститься в певному об’ємі розчину. Наприклад, для нейтралізації 1 л 1М розчину NaOH необхідні відповідно до рівнянь реакцій:

a) NaOH + НСl = NaCl + Н₂О;

б) 2NaOH + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2Н₂О

такі об’єми розчинів кислот: 1л 1М ∙ НСl або 0,5 л 1М H₂SO₄. Очевидно, для нейтралізації 0,5 л 2М розчину NaOH потрібно 0,5 л 2М розчину НСl, або 0,5 л 1М розчинуH₂SO₄, або 0,25 л 2М розчину H₂SO₄ і т.д. Молярна концентрація еквівалента - число екв до обєму розчину в літрах: Сн=E/V=m/me*V (моль екв.л) Моляльна концентрація - число молей розчиненої речовини до маси розчинника: См=n/m (моль/кг), m реч/M*m роз-ника Титр – маси розч реч до обэму розчину: T=m/V (г/мл) Мольна доля – розч реч до суми кількостей всіх речовин, що складають розчин. Ni реч=n реч/n реч+n роз-ника Ni роз-ника = n роз-ка/n р-ка+n реч