33. Растворение. Растворимость веществ в воде

Определения и обозначения

Растворение — процесс распределения частиц растворённого вещества между частицами растворителя с образованием раствора. Например, при растворении соли её частицы расходятся и оказываются среди частиц воды. Это понятие помогает описать, что происходит с веществом, когда оно как будто исчезает в жидкости.

Раствор — однородная смесь растворителя и растворённого вещества. Растворитель — вещество, в котором растворяют другое вещество, а растворённое вещество — то, которое распределяется в растворителе. Определение позволяет отличить раствор от смеси, в которой заметны отдельные кусочки или слои.

Растворимость — наибольшая масса вещества, которая растворяется в 100 г растворителя при данной температуре. Например, запись «36 г на 100 г воды при 20 °C» означает, что при этой температуре больше 36 г вещества в 100 г воды не растворится. Растворимость нужна, чтобы сравнивать вещества и находить предельное количество для заданной массы растворителя.

Насыщенный раствор — раствор, в котором при данных условиях растворилось максимально возможное количество вещества. Если при той же температуре добавить ещё вещества, оно уже не растворится и останется отдельно. Понятие насыщения помогает определить, может ли раствор принять дополнительное количество вещества.

Как это устроено

При растворении частицы вещества отделяются друг от друга, а затем распределяются между частицами растворителя. Для этого растворителю нужно взаимодействовать с частицами вещества и «разделять» их. Перемешивание постоянно подводит новые порции растворителя к поверхности вещества, поэтому процесс идёт быстрее. Измельчение тоже ускоряет растворение: у мелких частиц больше общая поверхность соприкосновения с растворителем.

Молекулы воды взаимодействуют с частицами многих веществ и окружают их. Такое взаимодействие помогает частицам отделиться от соседей и перейти в воду, после чего они распределяются в ней. Поэтому вещество может стать невидимым, хотя его частицы остаются в растворе. Если взаимодействие с водой недостаточно сильное, вещество растворяется слабо или почти не растворяется.

По растворимости в воде вещества при определённой температуре делят на хорошо растворимые, малорастворимые и практически нерастворимые. Это не три состояния раствора, а группы, показывающие, сколько вещества может раствориться. Частицы хорошо растворимого вещества могут распределиться по всему объёму воды, тогда как у малорастворимого вещества заметная часть может остаться в виде осадка. Практически нерастворимые вещества переходят в воду в крайне малом количестве.

Растворимость зависит от природы и растворителя, и растворяемого вещества: разные частицы взаимодействуют с водой неодинаково. Она зависит и от температуры, поэтому предельная масса при нагревании может отличаться от предельной массы при охлаждении. Изменение температуры способно изменить, сколько вещества удерживается в растворе. По этой причине значения растворимости сравнивают только при одинаковой температуре.

Если в растворе ещё может раствориться добавленное вещество, раствор называют ненасыщенным. Когда достигнуто предельное количество при данной температуре, раствор становится насыщенным. Различие определяется не тем, насколько раствор выглядит густым или окрашенным, а сравнением количества растворённого вещества с его растворимостью. При добавлении избытка вещества в насыщенный раствор лишняя часть остаётся нерастворённой.

Растворимость веществ в воде

Таблица помогает сравнить вещества по количеству, которое может раствориться в воде, и по виду смеси. При проверке сначала перемешайте смесь и дайте частицам осесть: осадок показывает, что часть вещества не растворилась. Помните, что растворимость сравнивают при одинаковой температуре.

Разбор задач

Во всех задачах растворимость указана для 100 г воды, поэтому сначала соотносим её с массой воды в условии. Затем находим максимальную массу вещества, которая может раствориться. В конце сравниваем предел с количеством внесённого вещества или с количеством, которое требуется растворить.

Задача 1. При 20 °C в 100 г воды растворяется не более 36 г вещества. Какую массу вещества можно растворить в 200 г воды при той же температуре?

1. Запишем соотношение: на 100 г воды приходится максимум 36 г вещества.
2. Масса воды увеличилась в два раза: 200 / 100 = 2. Значит, при той же температуре предельная масса вещества тоже увеличится в два раза.
3. Вычислим: 36 × 2 = 72 г.

Ответ: в 200 г воды можно растворить не более 72 г вещества. Здесь предполагается, что вещество растворяют при 20 °C.

Задача 2. Растворимость вещества равна 40 г на 100 г воды. В 150 г воды внесли 70 г вещества. Сколько растворится и останется ли осадок?

1. Находим, во сколько раз масса воды больше 100 г: 150 / 100 = 1,5.
2. Рассчитываем предел для 150 г воды: 40 × 1,5 = 60 г. Это максимальная масса, которая может раствориться.
3. Сравниваем: внесли 70 г, а раствориться может 60 г. Разность 70 − 60 = 10 г останется нерастворённой.

Ответ: растворится 60 г вещества, а 10 г останется в виде осадка или отдельных частиц. Раствор будет насыщенным.

Задача 3. Растворимость при 20 °C составляет 30 г на 100 г воды. В 200 г воды растворили 50 г вещества. Определите, насыщенный ли получен раствор и сколько вещества можно добавить до насыщения.

1. Рассчитываем предельную массу для 200 г воды: 30 × (200 / 100) = 60 г.
2. Сравниваем с уже растворённой массой: 50 г меньше предела 60 г. Следовательно, раствор ненасыщенный.
3. Находим, сколько ещё можно добавить: 60 − 50 = 10 г.

Ответ: раствор ненасыщенный; до насыщения можно добавить 10 г вещества. Расчёт верен при условии, что температура остаётся равной 20 °C.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что растворимость дана на 100 г раствора. Обычно её указывают на 100 г растворителя, например воды, поэтому масса раствора в расчёте не используется. Так ошибаются, смешивая понятия «раствор» и «растворитель». Проверьте себя: в знаменателе должно стоять количество воды, а не сумма воды и растворённого вещества.

Ошибка: сравнивать растворимость, измеренную при разных температурах, как будто условия одинаковы. Её величина может меняться при нагревании или охлаждении, поэтому такое сравнение не покажет, какое вещество растворяется лучше при одной и той же температуре. Перед сравнением найдите температурные условия для обоих значений. Если они различаются, сравнение без дополнительных данных делать нельзя.

Ошибка: думать, что перемешивание или измельчение увеличивает растворимость. Их часто принимают за способ «растворить больше», потому что вещество исчезает быстрее. На самом деле они ускоряют процесс, а предельное количество задаётся растворимостью при данной температуре. Проверьте себя: если изменились только перемешивание или размер кусочков, предел не пересчитывают.

Ошибка: называть раствор насыщенным лишь потому, что он кажется концентрированным. Внешний вид не показывает, достигнута ли предельная масса: для этого нужно знать растворимость при нужной температуре и количество растворённого вещества. Сравните эти величины или проверьте, может ли добавленное вещество ещё раствориться. Избыток, оставшийся на дне, указывает на насыщение раствора при данных условиях.

Связь с другими темами

Для изучения растворения нужно различать чистое вещество и смесь, а также понимать, какое вещество называют растворителем, а какое — растворённым. Это помогает определять состав раствора и не путать массу воды с массой всей смеси. Растворимость пригодится при приготовлении раствора заданного состава: она показывает, возможно ли растворить выбранное количество вещества в заданной массе воды. Она также связана с кристаллизацией: при изменении условий растворённое вещество может выделяться из раствора в виде кристаллов.

Что запомнить

• Раствор — однородная смесь растворителя и растворённого вещества.
• Растворимость характеризует максимальную массу вещества, растворяющуюся в 100 г растворителя.
• Растворимость указывают для определённой температуры.
• Перемешивание и измельчение ускоряют растворение.
• Насыщенный раствор содержит максимально возможное при данных условиях количество растворённого вещества.
• Избыток вещества в насыщенном растворе остаётся нерастворённым.