Теоретическое введение

ИЗУЧЕНИЕ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ СОЛЕЙ

Цель работы:

1. Ознакомиться с явлениями, происходящими при растворении веществ.

2. Изучить основные понятия, характеризующие растворы.

3. Научиться изготавливать водные растворы солей с заданной массовой долей растворённого вещества:

1) из чистого вещества;

2) из другого раствора.

Теоретическое введение

Вода в нашей жизни самое обычное и весьма распространённое вещество на Земле. Химическая формула воды H₂O (оксид водорода). Вода представляет собой бесцветную (в толстом слое голубую) жидкость без вкуса и запаха, плотность (при температуре 4 ^оС) равна 1000кг/м³, температура кипения (при нормальном атмосферном давлении 101,3 кПа) – 100 ^оС, температура кристаллизации – 0 ^оС.

В том или ином виде вода находится повсюду. Она заполняет впадины земной поверхности, образуя океаны и моря. Громадными массами снега и льда покрывает полюса Земли и вершины высоких гор. Водяные пары всегда присутствуют в воздухе. Собираясь в мельчайшие капли, вода образует облака, из которых выпадают дожди. Однако природная вода всегда содержит примеси различных других веществ, т. е. образует водные растворы.

В общем случае раствором называется твёрдая или жидкая гомогенная система, состоящая из двух или более компонентов, относительные количества которых могут изменяться в широких пределах. Всякий раствор состоит из растворённого вещества (или веществ) и растворителя, т.е. среды, в которой это вещество равномерно распределяется. Наиболее важным видом растворов являются те, в которых в качестве растворителя используется жидкость, поэтому ознакомимся с явлениями, происходящими при растворении веществ на примере водных растворов.

При внесении вещества (например, кристалла соли) в воду (растворитель) от его поверхности начинают отрываться отдельные молекулы, которые в результате диффузии равномерно распределяются по всему объёму растворителя. Отделение молекул вызывается, во-первых, колебанием молекул растворяемого вещества, во-вторых, притяжением со стороны молекул растворителя. Этот процесс называется растворением, и должен бы был продолжаться до полного исчезновения кристаллов. Однако наряду с растворением в жидкости происходит обратный процесс – кристаллизация. Перешедшие в раствор молекулы, ударяясь о поверхность ещё не растворившегося вещества, снова притягиваются к нему и входят в состав кристаллов. Через некоторое время скорость растворения вещества становится равной скорости кристаллизации, т.е. в жидкости устанавливается динамическое равновесие.

Раствор, находящийся в равновесии, называют насыщенным, при этом данное вещество при заданной температуре уже больше не растворяется растворителем. Если растворение вещества ещё может происходить, то раствор называют ненасыщенным. Растворы с низким содержанием растворенного вещества называют разбавленными, с высоким – концентрированными.

Растворимость вещества показывает, какая масса данного вещества может раствориться в определённом объёме воды при данной температуре, чтобы водный раствор стал насыщенным.

Растворимость веществ различна. Их разделяют на растворимые вещества и практически нерастворимые (таблица 8.1).

Таблица 8.1 – Примеры растворимость различных веществ в воде

агрегатное состояние вещества	хорошо растворимы в воде	плохо растворимы в воде	изменение растворимости при повышении температуры
твёрдые вещества	соли (NaCl, CuSO4)	мел, глина	для большинства веществ – увеличивается, однако для немногих (например, сульфата кальция и гидрооксида кальция) – уменьшается
жидкости	спирт, глицерин	бензин, растительное масло
газы	кислород, азот, углекислый газ		уменьшается

При использовании растворов очень важно знать, сколько растворённого вещества содержится в данном растворе. По способу выражения содержания растворённого вещества в растворе различают долевой способ (массовая доля,мольная доля, объёмная доля) и концентрационный способ (молярная концентрация, моляльная концентрация, нормальная концентрация).

Массовая доля растворённого вещества w – это отношение массы вещества (в кг) к массе раствора (в кг)

; [ w ] = 100%,

где .

Мольная доля растворённого вещества χ – это отношение количества вещества (в моль) к сумме количеств всех веществ (в моль), находящихся в растворе

; [ χ ] = 100%.

Объёмная доля растворённого вещества j – это отношение объёма вещества (в литрах) к объёму раствора (в литрах)

; [ j ] = 100%,

Молярная концентрация С_М – это отношение количества растворённого вещества (в моль) к объёму раствора (в литрах)

; [ С_М ] = моль/л. (8.1)

Моляльная концентрация С_b – это отношение количества растворённого вещества (в моль) к массе растворителя (в кг)

; [ С _b ] = моль/кг. (8.2)