Растворение – способность вещества смешиваться с разными растворителями, образуя гомогенные среды. Различают однородные и неоднородные. Количественно свойство материала к размешиванию определяется латинской буквой S. Она показывает, сколько граммов конкретного вещества может перемешиваться в 100 г растворителя при заданной температуре, чтобы образовался насыщенный раствор. Мы разобрались в понятии растворимости, подробно рассмотрим факторы, влияющие на растворимость.
Какие параметры влияют на растворение
Общепринятая классификация:
- хорошо растворимые – в 100 г воды без сложностей растворяется 10 г материала и более. Например, H2O и спирт без проблем перемешиваются в объемных пропорциях;
- средней степени – в 100 г – менее 1 г материала;
- нерастворимые – меньше, чем 0,01 г частиц.
Установлено, что показатель S способны изменить разнообразные параметры. Ключевые – химическая структура растворителя, вид растворяемого материала. Второстепенные – давление, температура, присутствие электролитов или других примесей.
Разберем ключевые факторы, влияющие на растворимость по порядку:
- если в растворителе молекулы имеют одну полярность, то в нем хорошо будут растворяться полярные и ионные соединения. В неполярных жидкостях процесс растворения лучше для сред со слабополярными или неполярными ковалентными связями. Пример – в H2O отлично перемешивается обычная соль, которая имеет ионное соединение. Атом водорода со знаком «+» притягивает ион хлора NaCl с «–». Но в воде плохо растворяется жир, бензин, масло;
- влияние температуры на растворимость. Показатель S может увеличиваться для твердых частиц в воде (у одних солей величина сильно растет, у других менее резко. Например, у обычной поваренной NaCl S практически неизменно). У газов данный параметр снижается (при кипячении в течение продолжительного времени можно удалить газ из жидкости);
- давление – еще один фактор, влияющий на процесс растворения. Здесь применим закон Генри – прямо пропорциональная зависимость процесса растворения от давления газа P. Т.е. при увеличении P показатель S будет расти, при снижении – уменьшаться, причем газ из жидкости будет выделяться в виде пузырьков;
- важный фактор – присутствие посторонних примесей. Как правило, растворение уменьшается. Скорость зависит от степени диффузии растворяемого материала и уровня измельчения твердого.
Наглядно описанные явления демонстрируют диаграммы, на которых видна получаемая зависимость. В этом случае работает принцип Ле-Шателье – при изменении одного из условий (концентрация, давление, теплота плавления) в системе, где установлено равновесие, последнее будет стремиться в направлении реакции, противодействующей примененному изменению.
Знание факторов, влияющих на растворимость веществ, облегчают задачу по выбору требуемого вида растворителя для проведения конкретного процесса.
Характеристики процесса растворения
Растворы можно рассматривать как однородную среду. По свойствам могут быть насыщенными и ненасыщенными, концентрированными или разбавленными. Различаются агрегатным состоянием (твердые, жидкие, газообразные), также включенными в состав компонентами. Большинство химических реакций протекают в растворах, благодаря чему идет комплексное изучение атомной структуры составляющих.
Если твердые частицы равномерно распределены в жидкости – это суспензии. Неоднородное сочетание с газом называют пеной. Если жидкости распределяются равномерно друг в друге, то их можно отнести к эмульсиям.
Вода является идеальным растворителем для многих компонентов. Поэтому большинство смесей изготавливаются именно на водном растворе. Мы описали, какие факторы влияют на растворимость. Растворение может происходить быстро или для него требуется создавать дополнительные условия (нагревание, давление, добавление электролитов).
Произведение растворимости ПР – ключевые понятия
Любой осадок растворяется в небольшом количестве. Над ним находится насыщенный раствор, в котором есть часть уже осадочных частиц. ПР – это коэффициент, характеризующий способность осадка растворяться в той или иной жидкости. Данная константа выражается в виде действия умножения молярных концентраций ионов, которые задействованы в равновесии. Факторов, влияющих на произведение растворимости, не существует, так как показатель ПР остается неизменным при введении в смесь посторонних примесей. А вот величина S может менять значение, если:
- добавить сильную кислоту;
- создать солевой эффект;
- ввести одноименный ион.
Первый вариант увеличивает растворимость осадка, является фактором, заметно влияющим на данный процесс. Одноименный ион существенно снижает фактор S. Явление солевого эффекта проявляется в повышении рассматриваемого параметра, так как в раствор добавляется посторонний электролит с сильной ионной силой. Количественно значения рассчитываются посредством специальных формул химии. Для расчета необходимо знать химические характеристики рассматриваемых составляющих.
Если говорить о растворимости металлов, то здесь используются агрессивные компоненты. В Интернете можно найти таблицу, в которой прописано, при каких условиях «растворяется» конкретный металлический сплав. Для алюминия и его сплавов хорошими растворителями выступают соляная кислота и концентрированные едкие щелочи. Золото, платина – в «царской водке» (соединение соляной и азотной кислоты). Металл магний легко растворяется в растворах хлорида аммония.
Доскональное изучение вопроса о том, от каких факторов зависит растворимость веществ, позволит применять полученные сведения в различных областях промышленности. Открытия будут способствовать созданию новых лекарственных препаратов, компонентов для химической отрасли, производства косметологической продукции и других товаров. В перспективе знания полезны для фармацевтики, электроники, прикладной химии, биологии, физики.
