Розчини. Процес розчинення речовин
РОЗДІЛ 1 ПОВТОРЕННЯ ТА ПОГЛИБЛЕННЯ ТЕОРЕТИЧНИХ ПИТАНЬ КУРСУ ХІМІЇ ОСНОВНОЇ ШКОЛИ
§ 11. Розчини. Процес розчинення речовин
Усвідомлення змісту цього параграфа дає змогу:
Наводити означення понять “розчин” і “розчинність”;
Характеризувати види розчинів і механізм їх утворення;
Пояснювати зміст і значення сольватів, гідратів, кристалогідратів;
Чинники, які впливають на розчинність речовин;
Теплові ефекти під час розчинення різних речовин;
Розуміти суть хімічної теорії розчинів.
Ви вже знаєте, що
Газуватими розчинами є повітря та інші суміші газів.
До рідких розчинів належать гомогенні суміші газів, рідин і твердих речовин з рідинами.
Твердими розчинами є скло, сплави металів один з одним.
У процесі розчинення частинки розчинюваної речовини (йони, молекули) під впливом хаотичного руху частинок розчинника переходять у
Мал. 15. Термоскоп
Розчинник – це компонент розчину, який перебуває у тому самому агрегатному стані, що й розчин.
Утворення багатьох розчинів супроводжується тепловими ефектами.
Дослід 1. У велику хімічну склянку наливаємо воду і занурюємо в неї термоскоп (мал. 15). Фіксуємо положення рівня рідини в трубці за допомоги рухомого гумового кільця на трубці. Додаємо у воду кілька мілілітрів концентрованої сульфатної кислоти (або кілька кусочків їдкого натру) і, перемішавши рідину термоскопом, фіксуємо підвищення температури розчину (за підвищенням рівня рідини в трубці).
Дослід 2. У хімічній склянці з водою, в яку занурено термоскоп, розчиняємо амоній нітрат. Температура розчину при цьому помітно знижується.
Теплові ефекти, що спостерігалися під час розчинення речовин, пояснює хімічна, або сольватна, теорія розчинів, запропонована Д. І. Менделєєвим у 1887 р. Суть теорії полягає в тому, що між частинками розчиненої речовини і молекулами розчинника відбувається взаємодія, в результаті якої утворюються нестійкі сполуки змінного складу – сольвати або гідрати, якщо розчинником є вода. В їх утворенні головну роль відіграють неміцні міжмолекулярні сили, зокрема водневий зв’язок.
Сучасна теорія розчинів розглядає розчинення як сукупність таких процесів:
– взаємодія розчинника з частинками розчиненої речовини – сольватація (утворюються зв’язки), що супроводжується виділенням теплоти;
– руйнування структури розчиненої речовини і кристалічних граток – йонізація, що відбувається з поглинанням теплоти;
– розподіл сольватованих (гідратованих) частинок в об’ємі розчинника – дифузія.
Залежно від співвідношення значень теплових ефектів процес розчинення речовини може бути екзо – або ендотермічним.
Підтвердженням існування процесу сольватації (гідратації) є утворення кристалогідратів: 
Мал. 16. Зневоднення мідного купоросу
Кристалогідрати – це кристалічні речовини, до складу яких входить певне число молекул води.
Утворення кристалогідратів супроводжується виділенням теплоти, а для відщеплення води кристалогідрати потрібно нагрівати.
Дослід 3. У пробірку поміщаємо 1-2 г кристалів мідного купоросу і, закріпивши її у штативі трохи похило в бік отвору (чому?), поступово нагріваємо (мал. 16). При цьому кристалізаційна вода відщеплюється від купрум(ІІ) сульфату. Водяна пара частково конденсується в холоднішій частині пробірки, і вода стікає в інший попередньо висушений циліндр, на дно якого вміщено 2-3 кристали калій перманганату. При нагріванні мідний купорос, перетворюючись у безводний купрум(ІІ) сульфат, утрачає колір і стає білим порошком.
За розглянутим вище механізмом у воді розчиняється багато сполук з йонними і молекулярними (полярними) кристалічними гратками. А речовини з атомними або металічними кристалічними гратками у воді практично не розчиняються. Розчинність речовини чисельно дорівнює її концентрації у насиченому розчині за даних умов.
Розчинність речовин залежить від: а) природи речовини; б) природи розчинника; в) умов розчинення (температури, тиску).
Речовини йонної природи (солі, луги) або речовини, молекули яких є полярними (кислоти), добре розчиняються у полярних розчинниках. Речовини молекулярної, але неполярної будови добре розчиняються у неполярних або малополярних розчинниках, погано – у воді. Діє емпіричне правило: подібне розчиняється у подібному.
З підвищенням температури розчинність більшості твердих речовин збільшується, зростає і взаємна розчинність рідин. А розчинність газів, навпаки, зменшується з підвищенням температури. Це пояснюється тим, що розчинність газів – процес екзотермічний.
Тиск впливає тільки на розчинність газів: у разі підвищення тиску їх розчинність збільшується, а в разі зниження – зменшується.
Коротко про головне
Розчин – неоднорідна система змінного складу, що містить розчинювану речовину, розчинник і продукти їх взаємодії. Розчини бувають газуваті, рідкі й тверді.
Розчини посідають проміжне місце між хімічними сполуками та сумішами. З одного боку, вони так само, як і хімічні сполуки, гомогенні; утворення розчинів переважно супроводжується тепловими ефектами, що засвідчує взаємодію розчиненої речовини з розчинником. З іншого – у розчинах немає чіткого співвідношення між розчиненою речовиною і розчинником; розчин можна розділити на окремі складові – як суміш. Розчинення – складний фізико-хімічний процес, що складається із сольватації (гідратації), йонізації, дифузії.
Розчинність речовини – це її здатність переходити у розчин. Розчинність дорівнює концентрації речовини у насиченому розчині. Вона залежить від природи розчинюваної речовини і розчинника та зовнішніх чинників – температури і тиску.
