Растваральнасць - гэта што такое?

Хімія - цікавая і досыць складаная навука. Яе тэрміны і паняцці трапляюцца нам у паўсядзённым жыцці, і не заўсёды інтуітыўна зразумела, што яны азначаюць і які іх сэнс. Адным з такіх паняццяў з'яўляецца растваральнасць. Гэты тэрмін шырока выкарыстоўваецца ў тэорыі раствораў, і ў паўсядзённым жыцці мы сутыкаемся з яго прымяненнем таму, што акружаны гэтымі самымі растворамі. Але важна не столькі само ўжыванне гэтага паняцця, колькі тыя фізічныя з'явы, што яно абазначае. Але перш чым перайсці да асноўнай часткі нашага апавядання, перанясемся ў дзевятнаццатае стагоддзе, калі Свантэ Арэніусам і Вільгельм Оствальд сфармулявалі тэорыю электралітычнай дысацыяцыі.

гісторыя

Пачынаецца даследаванне раствораў і растваральнасці з фізічнай тэорыі дысацыяцыі. Яна самая простая для разумення, аднак занадта прымітыўная і толькі ў частцы момантаў супадае з рэальнасцю. Сутнасць гэтай тэорыі ў тым, што растворанай рэчыва, трапляючы ў раствор, распадаецца на зараджаныя часціцы, званыя іёнамі. Менавіта гэтыя часціцы і абумоўліваюць хімічныя ўласцівасці раствора і некаторыя яго фізічныя характарыстыкі, у тым ліку праводнасць і тэмпературу кіпення, плаўлення і крышталізацыі.

Аднак ёсць больш складаныя тэорыі, якія разглядаюць раствор як сістэму, часціцы у якой ўзаемадзейнічаюць паміж сабой і ўтвараюць так званыя сольваты - іёны, акружаныя дыполь. Дыполь - гэта, у цэлым, нейтральная малекула, полюса якой рознаіменных зараджаныя. Дыполь з'яўляецца часцей за ўсё малекула растваральніка. Трапляючы ў раствор, растворанай рэчыва распадаецца на іёны, а дыполі прыцягваюцца да адных іёнам рознаіменных зараджаным ў адносінах да іх канцом, а да іншых іёнам - адпаведна іншым рознаіменных зараджаным ў адносінах да іх канцом. Такім чынам і атрымліваюцца сольваты - малекулы з абалонкай з іншых нейтральных малекул.

Зараз пагаворым крыху пра сутнасць саміх тэорый і паглядзім на іх больш уважліва.

тэорыі раствораў

Адукацыяй такіх часціц можна растлумачыць мноства з'яў, якія нельга было апiсаць з дапамогай класічнай тэорыі раствораў. Напрыклад, цеплавой эфект рэакцыі растварэння. З пазіцый тэорыі Арэніусам, складана сказаць, чаму пры растварэнні аднаго рэчыва ў іншым цеплыня можа паглынацца і вылучацца. Так, адбываецца разбурэнне крышталічнай рашоткі, і таму энергія альбо затрачваецца і раствор астуджаецца, альбо вылучаецца пры распадзе з-за надмернасці энергіі хімічных сувязяў. Але растлумачыць гэта з пазіцый класічнай тэорыі аказваецца немагчымым, бо застаецца незразумелым сам механізм разбурэння. А калі ўжыць хімічную тэорыю раствораў, становіцца зразумела, што малекулы растваральніка, вклиниваясь ў пустэчы рашоткі, руйнуюць яе знутры, як бы "агароджваючы" іёны адзін ад аднаго сольватной абалонкай.

У наступным раздзеле мы разгледзім, што такое растваральнасць і ўсё, што звязана з гэтай, здавалася б, просты і інтуітыўна зразумелай велічынёй.

паняцце растваральнасці

Чыста інтуітыўна зразумела, што растваральнасць паказвае, як добра тое ці іншае рэчыва раствараецца ў дадзеным канкрэтным растваральніку. Аднак пра прыроду растварэння рэчываў нам вядома звычайна вельмі мала. Чаму, напрыклад, мел не раствараецца ў вадзе, а павараная соль - наадварот? Уся справа тут у трываласці сувязяў ўнутры малекулы. Калі сувязі трывалыя, то з-за гэтага гэтыя часціцы не могуць диссоциировать на іёны, тым самым разбурыўшы крышталь. Таму ён і застаецца нерастваральныя.

Растваральнасць - гэта колькасная характарыстыка, якая паказвае, якая частка растворанага рэчыва знаходзіцца ў выглядзе сольватированных часціц. Яе велічыня залежыць ад прыроды растворанага рэчывы і растваральніка. Растваральнасць у вадзе для розных рэчываў розная, у залежнасці ад сувязяў паміж атамамі ў малекуле. Рэчывы з кавалентная сувязь маюць самую нізкую растваральнасць, тады як з іённымі - самую высокую.

Але не заўсёды атрымоўваецца зразумець, якая велічыня растваральнасці вялікая, а якая маленькая. Таму ў наступным раздзеле абмяркуем, чаму роўная растваральнасць розных рэчываў у вадзе.

параўнанне

У прыродзе існуе вельмі шмат вадкіх растваральнікаў. Яшчэ больш існуе альтэрнатыўных рэчываў, якія могуць служыць апошнімі пры дасягненні пэўных умоваў, напрыклад пэўнага агрэгатнага стану. Становіцца ясна, што калі збіраць дадзеныя аб растваральнасці адзін у адным кожнай пары "раствораны рэчыва - растваральнік", не хопіць і цэлай вечнасці, таму што камбінацый атрымліваецца велізарны лік. Таму так павялося, што на нашай планеце універсальным растваральнікам і эталонам з'яўляецца вада. Зрабілі гэта таму, што яна найбольш распаўсюджаная на Зямлі.

Такім чынам, была складзена табліца растваральнасці ў вадзе для многіх сотняў і тысяч рэчываў. Усе мы бачылі яе, але ў больш кароткім і зразумелым варыянце. У клетках табліцы ўпісаны літары, якія абазначаюць растваральнасць рэчыва, нерастваральныя або малорастворимое. Але ёсць больш вузкаспецыялізаваныя табліцы для тых, хто сур'ёзна разбіраецца ў хіміі. Там паказана дакладнае колькасную значэнне растваральнасці ў грамах на літр раствора.

Зараз звернемся да тэорыі такога паняцця, як растваральнасць.

хімія растваральнасці

Як адбываецца сам працэс растварэння, мы ўжо разабралі ў папярэдніх раздзелах. Але вось як, напрыклад, запісаць гэта ўсё ў выглядзе рэакцыі? Тут усё не так проста. Скажам, пры растварэнні кіслаты адбываецца рэакцыя ўзаемадзеяння іёна вадароду з вадой з адукацыяй іёна гидроксония H ₃ O ^+. Такім чынам, для HCl раўнанне рэакцыі будзе выглядаць так:

HCl + H ₂ O = H ₃ O ⁺ + Cl ^-

Растваральнасць соляў, якая залежыць ад іх структуры, таксама вызначаецца сваёй хімічнай рэакцыяй. Выгляд апошняй залежыць ад структуры солі і сувязяў ўнутры яе малекул.

Мы разабраліся з тым, як запісаць графічна растваральнасць соляў у вадзе. Зараз прыйшла пара практычнага прымянення.

прымяненне

Калі пералічваць тыя выпадкі, калі гэтая велічыня неабходная, не хопіць і стагоддзя. Ўскосна з дапамогай яе можна вылічаць іншыя велічыні, якія аказваюцца вельмі важнымі для даследавання любога раствора. Без яе мы не змаглі б даведацца дакладную канцэнтрацыю рэчывы, яго актыўнасць, не змаглі б ацаніць, вылечыць ці лекі чалавека ці заб'е (бо ў вялікіх колькасцях нават вада небяспечная для жыцця).

Акрамя хімічнай прамысловасці і навуковых мэтаў, разуменне сутнасці растваральнасці неабходна яшчэ і ў побыце. Бо часам патрабуецца прыгатаваць, скажам, пересыщенный раствор якога-небудзь рэчывы. Напрыклад, гэта трэба для атрымання крышталяў солі для хатняга задання дзіцяці. Ведаючы растваральнасць солі ў вадзе, мы з лёгкасцю можам вызначыць, колькі патрабуецца яе засыпаць ў посуд, каб яна пачала выпадаць у асадак і ўтвараць крышталі ад празмернасці.

Перш чым завяршыць наш кароткі экскурс у хімію, пагаворым аб некалькіх сумежных з растваральнасцю паняццях.

Што яшчэ цікавага?

На наш погляд, калі вы дайшлі да гэтага падзелу, то напэўна ўжо зразумелі, што растваральнасць - гэта не проста дзіўная хімічная велічыня. Яна з'яўляецца асновай для іншых велічынь. І сярод іх: канцэнтрацыя, актыўнасць, канстанта дысацыяцыі, pH. І гэта далёка не поўны спіс. Вы напэўна чулі хоць адно з гэтых слоў. Без гэтых ведаў аб прыродзе раствораў, вывучэнне якіх пачалося з растваральнасці, мы ўжо не можам прадставіць сучасную хімію і фізіку. Пры чым тут фізіка? Часам фізікі таксама маюць справу з растворамі, вымераюць іх праводнасць, выкарыстоўваюць і іншыя іх ўласцівасці для сваіх патрэб.

заключэнне

У гэтым артыкуле мы пазнаёміліся з такім хімічным паняццем, як растваральнасць. Гэта, напэўна, была даволі карысная інфармацыя, так як большасць з нас наўрад ці ўяўляюць сабе глыбінную сутнасць тэорыі раствораў, не маючы жадання пагрузіцца падрабязна ў яе вывучэнне. У любым выпадку вельмі карысна трэніраваць свой мозг, спазнаючы нешта новае. Бо ўсё жыццё чалавек павінен "вучыцца, вучыцца і яшчэ раз вучыцца".