предыдущий параграф

следующий параграф

Вернемся к растворам, которые нам больше всего известны - к жидким. Как они получаются?

Обычно для этого не требуется особых усилий: достаточно просто всыпать (или влить, если оно жидкое) растворяемое вещество в жидкий растворитель, немножко размешать, и раствор готов. Самый простой пример - водный раствор сахара. Сладкий чай все мы пили, и не раз.
Но сколько сахара можно растворить в воде?

Возьмем четверть стакана холодной воды и будем добавлять сахар, всякий раз его размешивая, чтобы добиться полного растворения. Первые куски сахара растворятся в воде почти мгновенно, как будто в стакане появился голодный динозаврик-сладкоежка.

Хорошо, что наш динозавр - чудовище воображаемое и не представляет никакой опасности ни для кого, кроме: сахара. Голодный "динозавр" - это ненасыщенный раствор, который готов принять ("съесть") все новые и новые порции растворяемого вещества.

Но когда в стакан попадет не второй или третий, а десятый кусок сахара, похоже, что дракончик почти наелся: растворение происходит все труднее. Для этого требуется подолгу размешивать новые порции сахара.

Наступает момент, когда ложка едва движется в густом сахарном сиропе, а кристаллы сахара даже не падают на дно стакана, а плавают в этом сиропе.
Наш дракончик наелся, раствор стал насыщенным.

Насыщенный раствор может спокойно соседствовать с кристаллами, и ничего не будет происходить (если только не меняется температура).

Догадались, в чем дело? Правильно! Даже у самого свирепого и злобного чудовища брюхо не бездонная бочка - когда-нибудь да наполнится. И даже если кругом будет полно добычи, он ее уже не тронет.

Так и насыщенный раствор: он больше не может растворять вещество, которого и так уже "досыта наелся".

"Аппетит" растворителя по отношению к растворенному веществу имеет и количественное выражение: это растворимость вещества, способность его растворяться в данном растворителе при определенной температуре.

Растворимость измеряется концентрацией насыщенного раствора, то есть содержанием растворяемого вещества в определенном количестве растворителя. А это содержание можно выразить по-разному, кому как удобно:

• самое простое - рассчитать коэффициент растворимости. Для этого надо знать, сколько вещества растворилось в 100 г растворителя;
• концентрацию насыщенного раствора можно выразить и с помощью массовой доли растворенного вещества. Массовая доля вещества в растворе показывает, сколько растворенного вещества содержится в 100 г раствора (то есть и растворенного вещества, и растворителя вместе). Массовая доля - величина безразмерная, ее при желании можно выразить и в процентах;
• для малорастворимых веществ содержание растворяемого вещества часто определяют с помощью химической единицы измерения концентрации молярность. Чтобы ее рассчитать, определяют, сколько моль вещества содержится в 1 л раствора.

Помните, сколько сахара было насыпано в стакан к "ненасытному динозаврику"?

Чайных ложек десять-двенадцать. Химики определили, что при комнатной температуре (20 °С) растворимость сахара (химического вещества сахарозы с формулой C₁₂H₂₂O₁₁) можно выразить

• коэффициентом растворимости, равным 203,9 г сахарозы / 100 г воды;
• или массовой долей 0,671 (67,1 %) сахарозы в воде;
• или молярностью насыщенного раствора сахарозы - молярной концентрацией, которая составляет около 6 моль/л.

Задание 48. Растворимость

Если содержание растворенного вещества в растворе (неважно, насыщенном или ненасыщенном) сравнительно маленькое, то раствор считается разбавленным, если большое - концентрированным.

• Разбавленные растворы - это те, в которых массовая доля растворенного вещества составляет всего несколько процентов, или молярность меньше 0,1 моль/л.
• В концентрированных растворах массы растворенного вещества и растворителя можно сравнивать между собой, и еще неизвестно, кто будет иметь перевес. Вот, например, насыщенный раствор сахара оказался концентрированным: в нем сахарозы по массе больше, чем воды.
  Но если вы не сладкоежка, то кладете в чай сахара немного, и раствор сахарозы получается разбавленным.

Каждый знает, что в горячей воде сахар растворяется лучше, чем в холодной. Химики определили и точные значения растворимости сахарозы в воде: при 50 °С это уже 72,3 %, а при 80 °С - 78,4 %.

С нагреванием увеличивается растворимость и у поваренной соли - хлорида натрия NaCl, и у питьевой соды - гидрокарбоната натрия NaHCO₃. В 100 г воды при 20 °С растворяется 35,9 г хлорида натрия или 9,6 гидрокарбоната натрия, а при 80 °С - уже 38,1 г NaCl и 20,2 NaHCO₃.

Но есть вещества, растворимость которых при нагревании раствора уменьшается. Вы обращали когда-нибудь внимание на то, как ведет себя вода в чайнике незадолго до того, как закипеть? Перед кипением, а иногда и раньше, с самого начала нагревания, на внутренних стенках чайника или кастрюли появляются пузырьки воздуха. Почему?

Растворимость всех газов (азота N₂, кислорода O₂, диоксида углерода CO₂), входящих в состав воздуха, с ростом температуры уменьшается. Вот и выделяется излишек растворенного на холоду воздуха, взбаламучивая горячую воду.

Если газы не реагирует с водой каким-то особым образом (как это происходит при растворении хлороводорода HCl или аммиака NH₃), то они и безо всякого нагревания, на холоду, плохо растворимы в воде. А если еще и температура повышается, они и вовсе воде не друзья: Словом, если для чего-то требуется вода без примеси растворенных газов, ее для начала следует просто прокипятить - и большая часть газообразных примесей улетучится.

Среди кристаллических веществ тоже встречаются такие, которые при нагревании растворимы хуже, чем на холоду, например, карбонат лития Li₂CO₃.

Взаимная растворимость жидкостей - вот где впору запутаться и заблудиться, до того она может быть разной. Единственное, что может здесь спасти - старое, еще алхимическое, правило: "подобное растворяется в подобном". Это означает, что жидкости с неполярными молекулами хорошо растворимы в неполярных растворителях (например, растительное масло в бензине или тетрахлориде углерода), но плохо - в воде.

Если же у обоих веществ (и у растворителя, и у растворяемой "добавки") полярные молекулы, то они тоже хорошо растворимы друг в друге. Хорошие примеры - вода и этиловый спирт или вода и ацетон: они смешиваются друг с другом в любых соотношениях и в неограниченном количестве. Вот почему, например, нельзя отмыть пятно от мазута на куртке или джинсах чистой водой: полярные молекулы воды бессильны перед неполярными частицами углеводородов, смесь которых - это и есть мазут. Зато бензин или тетрахлорид углерода неприятное пятно смоют без труда.

Существует еще один вид растворов, совершенно удивительный и невероятный - это пересыщенные растворы.

Если насыщенный раствор слить с кристаллов и дать ему охладиться, то получится такая жидкость, в которой заведомо больше растворенного вещества, чем это полагалось бы по значению его растворимости. Такой раствор - пересыщенный, и ему очень хочется избавиться от излишка растворенного вещества.
Со своим непосильным грузом пересыщенный раствор расстанется при первом же удобном случае - например, если в него попадет крохотный кристаллик или простая пылинка, на который тут же выделятся все "лишние" кристаллы.
Иногда такая кристаллизация "излишков" происходит уже при легком сотрясении сосуда с пересыщенным раствором...

Задание 49. Приготовление растворов

предыдущий параграф

следующий параграф