§ 8. Розчинність речовин у воді. Залежність розчинності від різних чинників

Розчинність речовин у воді. Здатність речовин розчинятися у воді або якомусь іншому розчиннику називають розчинністю.

Вода — найбільш універсальний розчинник.

Розчинність речовин не є безмежною. За розчинністю у воді речовини можна поділити на три групи (схема 9): практично нерозчинні (наприклад, аргентум(І) хлорид — 0,0015 г/л), малорозчинні (гіпс — 2 г/л) і добре розчинні (цукор — 2000 г/л).

Відповідно до кількості розчиненої речовини розчини можуть бути ненасичені, насичені й пересичені.

Розчин, у якому речовина більше не розчиняється за даної температури й постійного тиску, називають насиченим, а розчин, у якому ще може розчинитися додаткова кількість даної речовини, — ненасиченим.

Щоб приготувати насичений розчин, треба у воду за даної температури додавати, безперервно перемішуючи, речовину, поки не утвориться осад, тобто надлишок речовини залишиться нерозчиненим.

Наприклад, насичений розчин натрій хлориду (кухонної солі) за кімнатної температури утворюється в результаті розчинення в 100 г води 36 г солі. Якщо додати ще деяку кількість солі, то більше в цьому розчині вона не розчинятиметься, а перебуватиме на дні у вигляді осаду (рис. 15).

Рис. 15. Насичений розчин

Однак під час нагрівання суміші солі з водою до 100 °С у 100 г води може розчинитися 39,8 г солі. У результаті охолодження цього розчину надлишок солі не завжди випадає в осад. Такі розчини називають пересиченими. Вони є дуже нестійкими, і з них може самовільно виділятися розчинена речовина.

Якщо в пересичений розчин внести кристалік цієї речовини, то на його поверхні починається стрімка кристалізація: надлишкова кількість розчиненої речовини виділяється у вигляді кристалів. Унаслідок цього пересичений розчин перетворюється на насичений. Часто кристалізація починається навіть від легкого струшування пересиченого розчину.

Демонстраційний дослід

Приготування пересиченого розчину натрій етаноату

Розтирають у фарфоровій ступці натрій етаноат дигідрат CH₃COONa · 2H₂O до порошкоподібного стану. Наповнюють цим порошком пробірку на 3/4 її об’єму та додають дві краплини води. Закріплюють пробірку в штативі та нагрівають на водяній бані до повного розчинення солі. Виймають пробірку, закріплену в штативі, з водяної бані й охолоджують на повітрі. Труть скляною паличкою внутрішню стінку пробірки: спостерігають кристалізацію солі з пересиченого розчину.

Кількісно розчинність характеризують коефіцієнтом розчинності — відношенням маси розчиненої речовини, яка міститься в її насиченому розчині за даної температури, до 100 г розчинника.

Коефіцієнт розчинності позначають k_s (де s — це початкова буква англійського слова solution — розчин).

Якщо розчинником служить вода, можна записати так:

Через те що густина води дорівнює 1 г/мл, замість маси 100 г можна використовувати 100 мл.

Коефіцієнт розчинності найчастіше вимірюють у г/л.

Коли йдеться про розчинність речовини, завжди треба вказувати температуру. Наприклад, коефіцієнт розчинності натрій хлориду за температури 20 °С дорівнює 0,36. Це означає, що 36 г цієї солі розчиняються в 100 мл (100 г) води, утворюючи насичений розчин за температури 20 °С. Якщо ж за цих умов розчинити натрій хлорид масою 20 г, то такий розчин буде ненасиченим, оскільки в ньому за вказаної температури може розчинитися ще 16 г цієї речовини.

Розчинність газів визначають об’ємом газу, який може розчинитися в 1 л розчинника за певної температури.

Розчинність твердих речовин у воді часто визначають за температури 20 °С та об’єму води 100 мл.

Вплив різних чинників на процес розчинення. Розчинність у воді більшості речовин залежить від багатьох чинників.

• Залежність від температури. Розчинність більшості твердих і рідких речовин з підвищенням температури зростає.

Графічно залежність розчинності від температури виражають так званими кривими розчинності (рис. 16). За цими кривими можна визначити розчинність речовини за різних значень температури, вибравши певну точку. Наприклад, розчинність калій нітрату за температури 60 °С становить 120 г на 100 г води.

Рис. 16. Криві розчинності деяких солей у воді

Але температурна залежність розчинності різних речовин не однакова. Так, розчинність калій хлориду з підвищенням температури зростає досить сильно, а натрій хлориду — незначною мірою, розчинність же кальцій гідроксиду взагалі знижується (табл. 1).

Розчинність гашеного вапна у воді за різних температур

Температура, °С

§ 27. Солі, їх поширення в природі. Середні та кислі солі

• Солі — це електроліти, що дисоціюють з утворенням катіонів металічного елемента й аніонів кислотного залишку, наприклад: К₂СО₃ = 2К + + СО 2- ₃.

• Усі солі мають твердий агрегатний стан, багато з них добре розчинні у воді, зокрема всі нітрати, усі солі Калію й Натрію.

• Кристалогідрати — солі, які містять кристалізаційну воду, наприклад мідний купорос, залізний купорос.

• Серед неорганічних сполук за поширеністю у природі солі займають друге місце після оксидів.

СЕРЕДНІ СОЛІ. Дотепер ви мали справу переважно з середніми солями. Так називають продукти повного заміщення Гідрогену в молекулі кислоти йонами металічного елемента, наприклад: K₂SO₄, K₃PO₄.

Середні солі — продукти повного заміщення атомів Гідрогену йонами металічного елемента в молекулі кислоти. Їхні кислотні залишки не містять атомів Гідрогену:

Як ви знаєте, за сучасною номенклатурою назви середніх солей утворюють з двох слів у називному відмінку: першим називають катіон металічного елемента, другим — аніон кислотного залишку, який є однокорінним із назвою відповідної кислоти, наприклад: СаСl₂ — кальцій хлорид (хлоридна кислота), Na₃PO₄ — натрій ортофосфат (ортофосфатна кислота), KNO₃ — калій нітрат (нітратна кислота). Відмінюється тільки друге слово, наприклад: кальцій хлоридом, калій нітрату.

КИСЛІ СОЛІ. Якщо катіони Гідрогену в кислоті неповністю заміщені катіонами металічного елемента, утворюються кислі солі.

Кислі солі — продукт неповного заміщення Гідрогену в кислоті катіонами металічного елемента, тому кислотні залишки таких солей містять Гідроген, наприклад KHSO₄, KН₂РО₄, K₂НРО₄.

Назви кислотних залишків кислих солей складають так, щоб у них було відображено наявність Гідрогену. Так, кислотний залишок HSO – ₄ одновалентний і має назву гідрогенсульфат, а сіль KНSO₄ — калій гідрогенсульфат. А яка валентність кислотного залишку калій гідрогенортофосфату К₂НРО₄? Міркуємо так: у молекулі ортофосфатної кислоти Н₃РО₄ відбулося заміщення двох атомів Гідрогену. Отже, залишок двовалентний. Саме тому у формулі після символу одновалентного Калію стоїть індекс 2.

Наявність двох атомів Гідрогену в назві кислої солі передають приставкою «дигідроген», наприклад: KН₂РО₄ — калій дигідрогенортофосфат.

ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ КИСЛИХ СОЛЕЙ. Кислі солі багато в чому повторюють хімічні властивості середніх солей, хоча мають певні особливості. Зупинимось на них.

1. Електролітична дисоціація

Кислі солі, утворені сильними кислотами, дисоціюють повністю і в одну стадію:

Кислі солі, утворені слабкими кислотами, дисоціюють у дві стадії.

на другій — частково й дисоціація є оборотною реакцією:

2. Кислі солі більш сильної кислоти взаємодіють з кислими солями слабкіших кислот, утворюючи слабкішу кислоту й середню чи кислу сіль сильної кислоти:

ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ СЕРЕДНІХ СОЛЕЙ. Поєднання у складі солей катіонів металічних елементів й аніонів кислотних залишків обумовлює їхні хімічні властивості. Розглянемо хімічні властивості середніх солей.

Попрацюйте групами

Завдання 1. Попрацюйте зі схемою задля відновлення знань про хімічні властивості солей та уміння складати відповідні рівняння реакцій.

Завдання 2. Проілюструйте схему прикладами молекулярних рівнянь реакцій, а для реакцій йонного обміну складіть також повні й скорочені йонні рівняння.

Завдання 3. Позначте рівняння реакцій, які належать до окисно-відновних.

Зверніть увагу! Розчинні у воді карбонати стійкі до розкладання.

ПОШИРЕННЯ СОЛЕЙ У ПРИРОДІ, ЗАСТОСУВАННЯ. Найбільше поширення у природі мають сульфати, карбонати, хлориди.

Природні сульфати — це гіпс CaSO₄ · 2Н₂О; глауберова сіль Na₂SO₄ · 10H₂О; гірка сіль MgSO₄ · 7H₂О. Із наведених формул стає зрозуміло, що вони належать до кристалогідратів. Нагріванням гіпсу зменшують вміст у ньому кристалізаційної води й одержують алебастр 2СаSO₄ · Н₂О. Саме з алебастру накладають пов’язки при переломах кісток. Глауберову сіль Na₂SO₄ · 10H₂О застосовують у виробництві скла, соди, фарб, у медицині. Гірку сіль MgSO₄ · 7H₂О використовують в обробці тканин, дубінні шкіри, виготовленні медичних препаратів.

КАРБОНАТИ В ПРИРОДІ. Карбонати існують у природі переважно у вигляді кальцій карбонату СаСО₃. Крейда, мармур, вапняки, ракушняк — усе це кальцій карбонат з певним умістом некарбонатних домішок. Чистий кальцій карбонат трапляється в природі у вигляді мінералу кальциту (мал. 64, а). Ісландський шпат (кальцій карбонат високої чистоти) (мал. 64, б) застосовують в оптиці.

Мал. 64. Мінерали: а — кальцит; б — ісландський шпат

Серед карбонатів найбільше застосовується вапняк (мал. 65).

Мал. 65. Зразок вапняку

Вапняки різних родовищ відрізняються кількістю домішок, тому мають різне забарвлення — від білого або світло-жовтого до темного. Їх використовують у металургії, будівництві, виробництві скла, цементу, кальцій карбіду, негашеного та гашеного вапна тощо. Вапняками укріплюють дороги, вапнують кислотні ґрунти. Знамениті одеські катакомби — це колишні каменярні, у яких добували ракушняк — вапняк органічного походження (мал. 66).

Мал. 66. Ракушняк: а — зразок; б — природні поклади

До карбонатів органічного походження належить також кальцій карбонат, що входить до складу кісток людини і тварин.

Крейду використовують у паперовій і гумовій промисловості як наповнювач, у будівництві та під час ремонту приміщень для побілки. Звичайно ж вам відомо, що вона входить до складу зубного порошку, нею роблять записи на класній дошці. До українських традицій належить вибілювання хати крейдою (мал. 67). Завдяки чому вона має ошатний привабливий вигляд, а проживання в такому помешканні є безпечним.

Мал. 67. Музей-садиба Г. С. Сковороди у смт Чорнухи

Природні запаси мармуру (мал. 68, а) значно менші, аніж вапняку та крейди. Колір мармуру — білий, проте наявність різних домішок надає йому різного забарвлення. З мармуру виготовляють скульптури (мал. 68, б). У будівництві його використовують як облицювальний матеріал, наприклад станції метрополітену (мал. 68, в).

Мал. 68. Мармур: а — зразок; б — скульптура; в — облицьована мармуром станція метро

Крім карбонатів Кальцію, у природі трапляються карбонати інших металічних елементів: доломіт MgCO₃ · CaCO₃ (мал. 69, а), сидерит FeCO₃ (мал. 69, б), малахіт Cu₂(OH)₂CO₃ (мал. 69, в) та деякі інші.

Мал. 69. Зразки карбонатів: а — доломіт; б — сидерит; в — малахіт

ПОШИРЕННЯ ХЛОРИДІВ У ПРИРОДІ. Україна багата запасами кам’яної солі NaCl, або галіту (мал. 70, а). Ця незамінна харчова добавка та сповільнювач псування багатьох продуктів є у кожній домівці (мал. 70, б). Металічний елемент Калій утворює природні поклади калійної солі, сильвініту, польового шпату, ортоклазу.

Мал. 70. Кам’яна сіль: а — мінерал галіт; б — кухонна сіль

• З раніше вивченого на уроках географії та хімії пригадайте, де в Україні є поклади солей лужних, лужноземельних елементів, Магнію, Купруму, і складіть таблицю з такими колонками: «назва мінералу», «хімічна формула основної складової», «використання».

Світовий океан містить чи не найбільшу кількість солей на нашій планеті. Зважаючи на те, що Земля на 2/3 вкрита водою, вміст металічних елементів у гідросфері не менший, ніж у літосфері. Вода морів та океанів через вміст у ній різних солей солоногірка на смак. 100 г морської води в середньому містять 3,5 г солей, серед яких на натрій хлорид припадає майже 78 %. На схемі (мал. 71) подано окремі приклади застосування солей.

Мал. 71. Використання солей

ДОБУВАННЯ СЕРЕДНІХ СОЛЕЙ. У лабораторії солі можна добувати різними способами. Більшість із них вам відомі.

1. Взаємодія металу з кислотою.

2. Взаємодія основного або амфотерного оксиду з кислотою.

3. Взаємодія основи з кислотою.

4. Взаємодія амфотерного гідроксиду з кислотою.

5. Взаємодія солі з кислотою.

6. Взаємодія основного або амфотерного оксиду з кислотним оксидом.

7. Взаємодія металу з розчином солі іншого металічного елемента.

8. Взаємодія металу з неметалом (добувають солі безоксигенових кислот).

ДОБУВАННЯ КИСЛИХ СОЛЕЙ.

1. Взаємодія кислот з недостачею основи.

2. Взаємодія основи з надлишком кислотного оксиду.

Хімія — це життя: сторінка природодослідника

Лабораторний дослід 7

Виявлення у розчинах ортофосфат-іонів

Вам знадобляться: пробірки, штативи для пробірок, розчини солі ортофосфатної кислоти й аргентум(І) нітрату.

Завдання. Проведіть реакцію між розчинами натрій ортофосфату й аргентум(І) нітрату. Спостерігайте за явищем, що супроводжує цю реакцію, поясніть його. Запишіть результати спостереження у зошит. Складіть молекулярне, повне і скорочене йонні рівняння проведеної реакції.

У висновку зазначте, за допомогою якої якісної реакції можна виявити в розчині ортофосфат-іони.

Сторінка ерудита

Родовища кухонної солі в Україні розташовані поблизу Артемівська Донецької області та в Карпатах. Людина здавна використовує цю сіль як харчову добавку і консервувальний засіб (соління риби, м’яса, грибів, квашення овочів тощо).

Наші предки знали ціну солі, адже був час, коли вона коштувала дорожче, ніж золото. З давніх часів й дотепер в Україні зберігся звичай зустрічати гостей хлібом-сіллю (мал. 72).

Мал. 72. Зустріч гостей хлібом-сіллю

А ще є приказка: «Щоб пізнати людину, треба з нею пуд солі з’їсти». Один пуд дорівнює 16 кг. І життєвий досвід доводить, що приказка ця небезпідставна. Доросла людина за рік споживає близько 3 кг солі. Неважко підрахувати, що двоє з’їдають пуд солі десь за 2,5-3 роки. Кухонна сіль є цінною сировиною для виробництва натрію, хлору, натрій гідроксиду.

Моря й океани мають різну солоність — так називають вміст солей в одиниці об’єму морської води. Проте якісний склад солей практично однаковий, і вчені схиляються до думки про те, що Світовий океан у давні часи був єдиним.

Морські рослини й тварини пристосувалися до життя в солоній воді. Крім того, їхні організми накопичують у своєму тілі окремі йони, що входять до складу солей морів та океанів. Ось чому морепродукти багаті на Кальцій, Силіцій, Йод, Купрум, Магній, Фосфор та інші елементи.

Знаємо, розуміємо

• 1. Дайте визначення й наведіть приклади кислих і середніх солей.
• 2. Назвіть хімічні властивості середніх солей.
• 3. Що вам відомо про добування і властивості кислих солей?
• 4. Назвіть відомі вам поклади солей в Україні.
• 5. Наведіть приклади використання солей.

Застосовуємо

• 1. Складіть формули солей: кальцій гідрогенкарбонат, барій ортофосфат, алюміній хлорид, магній гідрогенортофосфат, натрій карбонат, купрум(ІІ) нітрат. Класифікуйте їх на середні та кислі солі, солі безоксигенових і оксигеновмісних кислот.
• 2. Із переліку формул випишіть окремо формули оксидів, основ, кислот, солей.

• 3. Складіть якомога більше рівнянь реакцій добування ферум(ІІ) хлориду.
• 4. Укажіть, між якими парами речовин відбудеться взаємодія в розчині.

А залізо і станум(ІІ) хлорид

В свинець і натрій хлорид

• 5*. Через деякий час маса залізної пластинки, зануреної в розчин купрум(ІІ) сульфату, збільшилася на 1,32 г, а катіонів Купруму(2+) в розчині не залишилось. Обчисліть масу солі, що прореагувала.