"Химия", Журин А.А.
Раствор — однородная смесь, в которой частицы одного вещества распределены между частицами другого. Растворы встречаются в быту и лаборатории: например, солёная вода — это вода с растворённой солью. Чтобы понять, как образуется раствор, нужно различать растворитель и растворённое вещество, а также знать, от чего зависят скорость и предел растворения. Растворимость показывает, сколько вещества способно раствориться при определённых условиях; процесс может сопровождаться нагреванием или охлаждением.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Раствор — однородная смесь растворителя и растворённого вещества. Смесь называют однородной, потому что её состав одинаков во всех частях и отдельные компоненты не различаются глазом. Например, в хорошо перемешанной солёной воде нельзя увидеть крупинки соли. Это понятие помогает отличить раствор от смеси, в которой частицы или слои заметны отдельно.
Растворитель — вещество, в котором распределяется другое вещество при образовании раствора. Он обеспечивает среду, куда переходят частицы растворяемого вещества, и взаимодействует с ними. Часто растворителем служит компонент, которого в смеси больше, но ориентироваться нужно и на его роль. Например, в солёной воде растворитель — вода, а не соль.
Растворённое вещество — компонент раствора, частицы которого распределяются среди частиц растворителя. После растворения оно не исчезает, а становится частью однородной смеси. Его частицы невозможно увидеть невооружённым глазом, но они остаются в растворе. Это понятие позволяет понять, почему свойства и состав раствора зависят от добавленного вещества.
Растворимость — способность вещества растворяться в данном растворителе при определённых условиях. Она связана с количеством вещества, которое может раствориться в заданном количестве растворителя, например при определённой температуре. У разных веществ растворимость различается, а при изменении условий она может меняться. Понятие нужно, чтобы определить, достигнут ли предел растворения.
Когда вещество соприкасается с растворителем, частицы растворителя движутся и взаимодействуют с частицами вещества. Они проникают между ними и постепенно отделяют одни частицы от других. Затем частицы растворённого вещества перемещаются вместе с частицами растворителя и распространяются по всему объёму. Поэтому раствор становится однородным не мгновенно, а по мере распределения частиц.
Растворение — не простое исчезновение вещества: частицы растворённого вещества сохраняются, но переходят в новое окружение. Между частицами растворителя и растворяемого вещества возникают взаимодействия, а прежние взаимодействия между частицами вещества ослабевают или разрушаются. Именно поэтому одно вещество может хорошо растворяться в выбранном растворителе, а другое — плохо. Если раствор испарить, растворённое вещество часто можно снова получить, например в виде кристаллов.
Перемешивание ускоряет растворение, потому что приносит к поверхности вещества новые порции растворителя и уносит от неё частицы, уже перешедшие в раствор. Измельчение тоже помогает: у мелких частиц суммарная поверхность контакта с растворителем больше, чем у крупных кристаллов той же массы. Из-за этого растворитель может взаимодействовать с большим числом частиц одновременно. Оба приёма обычно влияют на скорость, но не обязательно увеличивают предельное количество растворяемого вещества.
Если в раствор при данных условиях можно добавить и растворить ещё вещества, он называется ненасыщенным. В насыщенном растворе достигнута граница растворимости: дополнительная порция уже не растворяется полностью. Эта граница зависит от вещества и условий, в частности от температуры. Поэтому о насыщенности нельзя судить только по тому, видны ли в жидкости кристаллы: прозрачный раствор тоже может быть насыщенным.
При растворении может изменяться температура раствора. Для разъединения частиц исходного вещества и растворителя нужна энергия, а при образовании новых взаимодействий энергия выделяется. Если на разъединение требуется больше теплоты, чем выделяется при образовании взаимодействий, раствор охлаждается; если выделение преобладает — нагревается. Значит, нельзя считать, что любое растворение обязательно сопровождается только нагреванием или только охлаждением.
| Что сравниваем | Что происходит | Что важно учитывать |
|---|---|---|
| Ненасыщенный раствор | Добавленное вещество может раствориться дополнительно. | Сравнивают с пределом растворимости при данных условиях. |
| Насыщенный раствор | Достигнута граница растворимости; добавка не растворяется полностью. | Предел зависит от вещества и температуры. |
| Перемешивание | Растворение обычно идёт быстрее. | Ускорение процесса не обязательно меняет предельное количество вещества. |
| Измельчение вещества | Увеличивается поверхность контакта с растворителем, поэтому растворение ускоряется. | При той же температуре растворимость обычно не становится больше только из-за измельчения. |
| Изменение температуры при растворении | Раствор может нагреваться или охлаждаться. | Результат зависит от соотношения поглощаемой и выделяемой теплоты. |
Пользуйтесь таблицей, чтобы не путать скорость растворения с его пределом. Перемешивание и измельчение помогают веществу раствориться быстрее, а насыщенность показывает, может ли раствор принять ещё вещества. При сравнении растворов учитывайте температуру: от неё зависит растворимость.
В стакан с водой добавляют небольшую порцию соли и перемешивают. Нужно определить, что является растворителем, а что — растворённым веществом. Сначала определяем, какой компонент образует среду, в которой распределяется другой. Затем называем вещества по их роли в смеси.
Ответ: растворитель — вода, растворённое вещество — соль. Перемешивание помогает частицам соли распределиться быстрее, но не меняет названия компонентов.
В насыщенный раствор при неизменной температуре добавили ещё несколько кристаллов вещества. Нужно предсказать, растворятся ли они полностью. В условии прямо сказано, что раствор насыщенный, то есть при этой температуре достигнута граница растворимости. Поэтому оцениваем добавку именно относительно достигнутого предела.
Ответ: кристаллы не растворятся полностью. Если часть вещества всё же растворится из-за изменения условий, например температуры, нужно заново оценить растворимость, но по условию таких изменений нет.
Две одинаковые порции вещества растворяют в воде: одну в виде крупных кристаллов без перемешивания, другую — измельчённой и при перемешивании. Нужно сравнить скорость и объяснить разницу. Масса вещества одинакова, поэтому сравниваем прежде всего площадь поверхности и обновление контакта с водой. Эти факторы влияют на то, как быстро частицы переходят в раствор.
Ответ: быстрее растворится измельчённое вещество при перемешивании. Причина — более тесный и частый контакт с водой, а не обязательно более высокая растворимость.
Ошибка: считать, что вещество исчезает. Такое впечатление возникает, потому что частицы растворённого вещества слишком малы и равномерно распределены, чтобы видеть их глазом. Но они остаются в растворе, а иногда их можно снова выделить, например испарив растворитель. Проверка: спросите себя, из чего состоял раствор и что останется после удаления растворителя.
Ошибка: путать растворимость со скоростью растворения. Перемешивание и измельчение ускоряют процесс, поэтому кажется, будто вещества можно растворить больше. На деле они помогают быстрее распределить частицы, но не обязательно меняют предельное количество. Проверка: отдельно отвечайте на вопросы «как быстро?» и «сколько максимально?».
Ошибка: считать любой прозрачный раствор ненасыщенным. Прозрачность говорит лишь о том, что частицы не видны, но не показывает, достигнут ли предел растворимости. Насыщенный раствор тоже может быть прозрачным, если избыток твёрдого вещества ещё не появился или его отделили. Проверка: учитывайте условия и возможность растворить дополнительную порцию, а не только внешний вид.
Ошибка: полагать, что при растворении всегда выделяется теплота. Так могут думать, если встречали только примеры с нагреванием. Но процесс включает и поглощение, и выделение энергии, а итог зависит от того, какой эффект сильнее. Проверка: допускайте оба варианта — раствор может нагреться или охладиться.
Чтобы разбираться в растворении, нужно помнить, что вещества состоят из частиц, а смеси бывают однородными и неоднородными. Растворы и растворимость понадобятся при изучении концентрации и приготовлении растворов заданного состава, а также химических реакций в растворах. Растворение связано с переходом частиц вещества в раствор, тогда как плавление — это переход твёрдого вещества в жидкое состояние. Эти процессы не следует смешивать, даже если в обоих случаях твёрдое вещество перестаёт выглядеть прежним.
Почему растворённое вещество перестаёт быть видимым?
При растворении частицы вещества распределяются между частицами растворителя по всему объёму. Они становятся слишком мелкими и удалёнными друг от друга, чтобы их можно было различить глазом. Вещество при этом не исчезает.
Как определить, какое вещество в растворе является растворителем?
Растворитель — это компонент, в котором распределяется растворённое вещество. Часто его больше, но это не всегда единственный признак. Например, в солёной воде растворитель — вода, а растворённое вещество — соль.
Чем насыщенный раствор отличается от ненасыщенного?
В ненасыщенном растворе при данной температуре можно растворить ещё некоторое количество вещества. В насыщенном достигнута граница растворимости, поэтому добавка вещества не растворяется полностью.
Почему измельчённое вещество растворяется быстрее?
У измельчённого вещества больше общая поверхность соприкосновения с растворителем. Поэтому больше частиц одновременно взаимодействует с ним. Это ускоряет растворение, но само по себе обычно не меняет предельное количество вещества, которое может раствориться.
Почему при растворении раствор иногда нагревается, а иногда охлаждается?
При растворении одни взаимодействия между частицами разрушаются, а другие возникают. На это может требоваться теплота или, наоборот, теплота может выделяться. В зависимости от того, какой эффект преобладает, раствор нагревается или охлаждается.
§ 37. Растворение веществ
