Вода - одно из самых распространенных соединений на Земле. Она есть не только в реках и морях; во всех живых организмах тоже присутствует вода. Без нее невозможна жизнь. Вода - хороший растворитель (в ней легко растворяются разные вещества). животных и сок растений состоят преимущественно из воды. Вода существует вечно; она постоянно переходит из почвы в атмосферу и организмы и обратно. Более 70% земной поверхности покрыто водой.
Что такое вода
Круговорот воды
Вода рек, морей, озер постоянно испаряется, превращаясь в мельчайшие капли водяного пара. Капли собираются вместе, образуя , из которых вода проливается на землю в виде дождя. В этом состоит круговорот воды в природе. В облаках пар охлаждаемся и возвращается на землю в виде дождя, снега или града. Сточные воды из канализации и с заводов очищаются и затем сбрасываются в море.
Водонапорная станция
Речная вода обязательно содержит примеси, поэтому ее необходимо очищать. Вода поступает в водохранилища, где отстаивается и твердые частицы оседают на дно. Затем вода проходит через фильтры, задерживающие оставшиеся твердые частицы. Вода просачивается через слои чистого гравия, песка или активированного угля, где она очищается от грязи и твердых примесей. После фильтрации воду обрабатывают хлором, чтобы убить болезнетворные бактерии, после чего закачивают ее в резервуары и подают в жилые дома и на заводы. Прежде чем сточная вода уйдет в море, ее нужно очистить. На водоочистной станции ее пропускают через фильтры, задерживающие грязь, затем перекачивают в отстойники, где твердые частицы должны осесть на дно. Бактерии уничтожают остатки органических веществ, разлагая их на безвредные компоненты.
Очистка воды
Вода - хороший растворитель, поэтому она обычно содержит примеси. Очистить воду можно с помощью дистилляции (см. статью « »), но более эффективный метод очистки - деионизация (обессоливание). Ионы - это атомы или молекулы, утратившие или приобретшие электроны и в силу этого получившие положительный или отрицательный заряд. Для деионизации берется вещество, называемое ионитом . В нем есть положительно зараженные ионы водорода (Н +) и отрицательно заряженные ионы гидроксида (ОН —) Когда загрязненная вода проходит через ионит, ионы примесей заменяются ионами водорода и гидроксида из ионита. Ионы водорода и гидроксида соединяются, образуя новые молекулы воды. Вода, прошедшая через ионит, уже не содержит примесей.
Вода как растворитель
Вода - превосходный растворитель, очень многие вещества легко растворяются в ней (см. так же статью « «). Именно поэтому в природе редко встречается чистая вода. В молекуле воды электрические заряды слегка разделены, так как атомы водорода располагаются с одной стороны молекулы. Из-за этого ионные соединения (соединения, состоящие из ионов) так легко растворяются в ней. Ионы заряжены, и молекулы воды притягивают их.
Вода, как и все растворители, может растворить только ограниченное количество вещества. Раствор называется насыщенным, когда растворитель не может растворить дополнительную порцию вещества. Обычно количество вещества, которое способен растворить растворитель, возрастает при нагревании. В горячей коде сахар растворяется легче, чем в холодной. Шипучие напитки - это водные распоры углекислого газа. Чем выше , тем большее количество газа способен поглотить раствор. Поэтому когда мы открываем банку с напитком и тем самым, уменьшаем давление, из напитка вырывается углекислый газ. При нагревании растворимость газов уменьшается. В 1 литре речной и морской воды обычно растворено около 0,04 грамма кислорода. Этого хватит водорослям, рыбам и другим обитателям морей и рек.
Жесткая вода
В жесткой воде растворены минералы, попавшие туда из горных пород, по которым текла вода. 
В такой воде мыло плохо мылится, потому что оно вступает в реакции с минералами и образует хлопья. Существует жесткая вода двух видов; разница между ними в типе растворенных минералов. Тип минералов, растворенных в воде, зависит от типа горных пород, по которым течет вода (см. рис.). Временная жесткость воды возникает при реакции известняка с дождевой водой. Известняк - это нерастворимый карбонат кальция, а дождевая вода - слабый раствор угольной кислоты. Кислота вступает в реакцию с карбонатом кальция и образует гидрокарбонат, который растворяется в воде и придаст ей жесткость.
При кипении или испарении воды с временной жесткостью часть минералов выпадает в осадок, образуя накипь на дне чайника или сталактиты и сталагмиты в пещере. Вода с постоянной жесткостью содержит другие кальциевые и магниевые соединения, например гипс. Эти минералы при кипячении не выпадают в осадок.
Умягчение воды
Удалить минералы, делающие воду жесткой, можно путем добавления в раствор стиральной соды или путем ионного обмена - процесса, аналогичного деионизации воды при очистке. Вещество, содержащее ионы натрии, которые обмениваются с находящимися в воде ионами кальция и магния. В ионообменнике жесткая вода проходит через цеолит - вещество, содержащие натрий. В цеолите ионы кальция и магния замешаются на ионы натрия, которые не придают воде жесткости. Стиральная сода - это карбонат натрия. В жесткой воде она вступает в реакцию с соединениями кальция и магния. В результате получаются нерастворимые соединения, не образующие хлопьев.
Загрязнение воды
Когда неочищенная вода с заводов и из домов попадает в моря и реки, происходит загрязнение воды. Если в воде слишком много отходов, бактерии, разлагающие органические вещества, размножаются и поглощают почти весь кислород. В такой воде выживают только болезнетворные бактерии, способные жить в воде без кислорода. Когда уровень растворенного а воде кислорода снижается, рыбы и растения умирают. В воду также попадает мусор, пестициды и нитраты из удобрении, ядовитые - свинец, ртуть. Ядовитые вещества, в том числе металлы, попадают в организм рыб, а от них - в организмы других животных и даже человека. Пестициды убивают микроорганизмы и животных, нарушая тем самым природный баланс. Удобрения с полей и моющие средства, содержащие фосфаты, попадая в воду, вызывают усиленный рост растений. Растения и бактерии, питающиеся мертвыми растениями, поглощают кислород, снижая его содержание в воде.
Краткая характеристика роли воды для организмов
Вода - важнейшее неорганическое соединение, без которого невозможна жизнь на . Это вещество является и важнейшей частью , и играет большую роль как внешний фактор для всех живых существ.
На планете Земля вода встречается в трех агрегатных состояниях: газообразном (пары в , жидком (вода в и туманообразная в атмосфере) и твердом (вода в ледниках, айсбергах и т.д.). Формула парообразной воды - Н 2 О, жидкой (Н 2 О) 2 (при Т = 277 К) и (Н 2 O) n - для твердой воды (кристаллы льда), где n = 3, 4, … (зависит от температуры - чем ниже температура, тем больше величина n). Молекулы воды объединяются в частицы с формулой (Н 2 O) n в результате образования особых химических связей, называемых водородными; такие частицы называются ассоциатами; за счет образования ассоциатов возникают более рыхлые структуры, чем жидкая вода, поэтому при температуре ниже 277 К плотность воды, в отличие от других веществ, не увеличивается, а уменьшается, в результате лед плавает на поверхности жидкой воды и глубокие водоемы не промерзают до дна, тем более что вода имеет малую теплопроводность. Это имеет большое значение для организмов, живущих в воде, - они не погибают при сильных морозах и выживают во время зимних холодов до наступления более благоприятных температурных условий.
Наличие водородных связей обусловливает высокую теплоемкость воды, что делает возможным жизнь на поверхности Земли, так как наличие воды способствует уменьшению перепада температур днем и ночью, а также зимой и летом, ведь при охлаждении вода конденсируется и тепло выделяется, а при нагревании вода испаряется, на разрыв водородных связей затрачивается и поверхность Земли не перегревается.
Молекулы воды образуют водородные связи не только между собой, но и с молекулами других веществ (углеводов, белков, нуклеиновых кислот), что является одной из причин возникновения комплекса химических соединений, в результате образования которого и возможно существование особого вещества - живого вещества, образующего различные .
Экологическая роль воды огромна и имеет два аспекта: она является как внешним (первый аспект), так и внутренним (второй аспект) экологическим фактором. Как внешний экологический фактор вода входит в состав абиотических факторов (влажность, среда обитания, составная часть климата и микроклимата). Как внутренний фактор вода играет большую роль внутри клетки и внутри организма. Рассмотрим роль воды внутри клетки.
В клетке вода выполняет следующие функции:
1) среда, в которой располагаются все органоиды клетки;
2) растворитель как для неорганических, так и для органических веществ;
3) среда для протекания различных биохимических процессов;
4) катализатор для реакций обмена между неорганическими веществами;
5) реагент для процессов гидролиза, гидратации, фотолиза и т.д.;
6) создает определенное состояние клетки, например тургор, что делает клетку упругой и механически прочной;
7) выполняет строительную функцию, состоящую в том, что вода входит в состав различных клеточных структур, например мембран, и т. д.;
8) является одним из факторов, объединяющих все клеточные структуры в единое целое;
9) создает электрическую проводимость среды, переводя неорганические и органические соединения в растворенное состояние, вызывая электролитическую диссоциацию ионных и сильно полярных соединений.
В организме роль воды состоит в том, что она:
1) выполняет транспортную функцию, так как переводит вещества в растворимое состояние, а полученные растворы за счет различных сил (например, осмотического давления и др.) перемещаются от одного органа к другому;
2) осуществляет проводящую функцию за счет того, что в организме содержатся растворы электролитов, способные проводить электрохимические импульсы;
3) связывает воедино отдельные органы и системы органов за счет наличия в воде особых веществ (гормонов), осуществляя при этом гуморальную регуляцию;
4) является одним из веществ, которые регулируют температуру тела организма (вода в виде пота выделяется на поверхность тела, испаряется, за счет чего теплота поглощается и организм охлаждается);
5) входит в состав пищевых продуктов и т. д.
Значение воды вне организма охарактеризовано выше (среда для обитания, регулятор температуры внешней среды и т. д.).
Для организмов большую роль играет пресная вода (содержание солей менее 0,3%). В природе химически чистой воды практически не существует, наиболее чистой является дождевая вода сельской местности, удаленной от крупных населенных пунктов. Для организмов пригодна вода, содержащаяся в пресных водоемах - реках, прудах, пресных озерах.
Вода - растворитель
жидкое вещество, в котором растворяются другие вещества вещество, которое растворилось в растворителе Растворённое вещество Растворитель Великолепный растворитель
Мы хотим выяснить Многие вещества в воде могут распадаться на невидимые мельчайшие частицы, то есть растворяться. Следовательно, для многих веществ вода – хороший растворитель. Предлагаю провести опыты и выявить способы, с помощью которых можно будет получить ответ на вопрос, растворяется вещество в воде или нет. Что берём? Что наблюдаем? Поваренная соль? Сах ар ный песок? Речной песок? Глина? От чего зависит растворимость (эксперимент) ?
Растворимость – это содержание растворенного вещества в насыщенном растворе. Бывают:
Проведем опыт Наполни прозрачный стакан кипячёной водой. Всыпь в него чайную ложку поваренной соли. Помешивая воду, наблюдай, что происходит с кристалликами соли.
Соль растворилась в воде. Прозрачность не изменилась. Цвет не изменился. А вот вкус – да! Раствор стал соленый.
В пустой стакан вставь воронку с фильтром и пропусти через неё воду с солью. Соль вместе с водой прошла через фильтр, она не осталась на фильтре. А вкус после фильтрования прежний. Значит она растворилась.
Проведем опыт Наполни прозрачный стакан кипячёной водой. Всыпь в него чайную ложку сахарного песка. Помешивая воду, наблюдай, что происходит с кристалликами сахара.
Сахар растворился в воде. Прозрачность воды не изменилась. Цвет не изменился. Сахара не стало видно в воде. А вот вкус –да!
В пустой стакан вставь воронку с фильтром и пропусти через неё воду с сахаром. Сахар растворился в воде. Он не остался на фильтре, прошел вместе с водой. А вкус после фильтрования прежний.
Проведем опыт Размешай в стакане с водой чайную ложку речного песка. Дай смеси отстояться.
Изменился цвет воды, она стала мутной, грязной. Крупные песчинки легли на дно, мелкие плавают. Песок не растворился.
В пустой стакан вставь воронку с фильтром и пропусти через неё содержимое. Песок остался на фильтре, вода прошла и очистилась. Фильтр помогает очистить воду от частиц, которые в ней не растворяются.
Проведем опыт Размешай в стакане с водой чайную ложку глины. Дай смеси отстояться.
Глина не растворилась в воде, вода мутная, крупные частицы глины упали на дно, а мелкие плавают в воде.
Пропусти содержимое стакана через бумажный фильтр. Вода проходит через фильтр, а не растворившиеся частицы остаются на фильтре. Фильтр помог очистить воду от частиц, которые не растворились в воде.
Государственное общеобразовательное учреждение Тульской области «Тульский областной центр образования» (отделение адаптированного общего образования для обучающихся с нарушением интеллектуальной сферы № 1)
Тема: Способность воды растворять твердые вещества (соль, сахар и др.). Растворимые и нерастворимые вещества. Растворы в быту (стиральные, питьевые и т.д.). Растворы в природе: минеральная, морская вода.
Биология 6 класс. Индивидуальное обучение.
Урок получения новых знаний.
Учитель: Курбатова Н.С.
Цели урока: формировать знания в области свойств воды, в частности, способности воды растворять вещества; расширить представления ученицы о растворах в быту и природе и их применении.
Задачи:
Обучающие:
- повторить ранее изученные свойства воды;
- познакомить ученицу со способностью воды растворять некоторые вещества;
- познакомить ученицу с растворами в быту и природе и их применением;
- учить определять пригодность воды для питья и приготовления пищи.
Воспитывающие:
- воспитывать отношение к воде, как важному природному ресурсу;
- формировать навыки бережного отношения к природе.
Коррекционные:
- развивать навыки наблюдения, сравнения при выполнении практической работы;
- развитие навыка правильной речи (построение полных распространенных предложений при ответах на вопросы учителя);
- расширение словарного запаса;
- коррекция логического мышления на основе анализа и установления закономерностей;
- развитие произвольного внимания.
Оборудование:
1. Пластиковые стаканы;
2. Пластиковые ложки;
3. Фильтровальная бумага;
4. Глина, соль;
5. Компьютер, файл с презентацией.
Ход урока
1. Организационный момент.
Приветствие. Сообщение темы и целей урока.
Слайд 2
. (Изображения воды в природе в разных состояниях.)
- Что изображено на фотографиях? (туман, река, снег, лед, облако)
- Что общего на фотографиях? (Вода в разных состояниях.)
- Вода обладает уникальной способностью. Она может находиться в жидком, твердом, газообразном состоянии.
Сегодня мы продолжаем изучать свойства воды.
2.
Повторение.
Слайды 3-8.
Свойства воды.
- Ты уже знаешь некоторые свойства воды.
- Рассмотри схемы и сформулируй их. Слайды 5-11
.
(Не имеет цвета, формы, вкуса и запаха, прозрачная, текучая.)
3. Изучение нового материала.
На этом уроке ты познакомишься с еще одним свойством воды. Для этого проведем опыт.
Практическая работа.
Слайды 9-10. Опыт No1.
- Начнем опыт. Налей воду в стакан.
- Какого цвета вода в стакане? (Бесцветная, прозрачная).
- В стакан с водой, добавь немного соли. Понаблюдай, что происходит.
- Какой вода стала? (Мутная, потом бесцветная).
- Видны в воде крупинки соли? (Нет)
- Они исчезли?
- Вода растворила соль полностью.
- В результате опыта мы получили необходимое человеку вещество - раствор соли. Скажи, как люди используют раствор соли?
Слайд 11
. Опыт No2.
- Теперь добавь в стакан с чистой водой глину. Размешай.
- Что ты видишь? Какого цвета вода? (мутная, непрозрачная)
- Глина растворилась в воде не полностью. Часть твердых веществ осела на дно стакана.
Не все вещества растворяются в воде. Стекло, серебро, золото — это практически нерастворимые в воде вещества (твердые вещества). К ним также относят керосин, растительное масло (жидкие вещества), некоторые газы.
- Примеры растворимых веществ: поваренная соль, сахар, сода, вишневый сок, крахмал.
Составь слово из карточек и скажи, с каким свойством воды ты познакомилась. (Растворитель)
Вода хороший растворитель многих твердых веществ. Не все вещества растворяются в воде. Слайд 12 .
Физкульминутка.
Вновь у нас физкультминутка,
Наклонились, ну-ка, ну-ка!
Распрямились, потянулись,
А теперь назад прогнулись.
Хоть зарядка коротка,
Отдохнули мы слегка.
Слайды 13-14.
Опыт No3
. Очистка воды.
- Вода стала грязная.
- Грязную воду (воду, которая имеет посторонний цвет, запах) в пищу употреблять нельзя. Почему? (Может нанести вред организму.)
- Как ты думаешь, можно ли очистить мутную воду от частиц песка, глины?
- Как это можно сделать? (Использовать фильтр.)
- Фильтр - это устройство для очистки воды.
Рассматривание бытового фильтра. Слайд 13.
- Мы сделаем фильтр из специальной бумаги. Вырежи круг. Сделай надрез от края к центру. Сложи в виде конуса.
- Возьми пустой стакан. Вставь в него конус из фильтровальной бумаги.
- Налей загрязненную воду в стакан через конус из фильтровальной бумаги. Наблюдай, что происходит. (Чистая вода капает в стакан. На фильтре остаются твердые частицы.)
- Имеет ли полученная вода цвет? Прозрачная ли она? (Рассматривание предметов за стаканом.)
- Получилась прозрачная вода. Мы сделали простейший фильтр. Процесс очистки воды называется фильтрованием.
Попробуй пропустить через фильтр соленую воду. Повтори те же действия, что и при фильтровании воды с примесью глины. (Ученица делает новый фильтр. Вставляет его в чистый стакан. Наливает через фильтр раствор соли.)
Наблюдай, что происходит. Остались ли на фильтре частицы соли?
Соль растворилась в воде, стала невидимой и вместе с ней прошла через фильтр. Очистить воду от растворимых веществ с помощью фильтра, не удается.
Слайд 15.
Для сохранения здоровья, мы должны употреблять в пищу чистую воду. Для очистки воды люди создают устройства различной сложности.
А как очищается вода в природе?
- Большую роль в очистке воды от многих примесей играет песок. (Пример - родник.)
Вода в природе всегда содержит различные растворенные вещества. Поэтому помни, что не всякая водица для питья годится. Если ты не знаешь, чист ли источник, пить из него воду нельзя.
4. Включение нового материала в систему знаний.
Растворы в природе и в быту. Слайды 16-19.
Вода очень хороший растворитель. Она может растворить почти все. Даже некоторые металлы. В воде может раствориться, например, серебро. Этим раствором лечили желудочно - кишечные заболевания и раны. Воду, в которой растворены минеральные соли называют минеральной водой. Такая вода помогает вылечить много заболеваний. В местах, где находятся минеральные источники строят санатории. Еще один пример природного солевого раствора - морская вода. В отличие от пресной и минеральной воды она не пригодна для питья. Не все водные растворы полезны для здоровья и пригодны для употребления в пищу. У них есть другое назначение.
- Как мы используем способность воды растворять вещества? (Рассматривание фотографий. Беседа.)
Секрет прост, но гениален. Молекула воды сама по себе электронейтральна. Однако электрический заряд внутри молекулы распределен очень неравномерно. Область атомов водорода имеет положительно настроенный «характер», а «местожительство» кислорода славится выразительной отрицательной заряженностью.
Если энергия притяжения молекул воды к молекулам какого-либо вещества преобладает по сравнению с энергией притяжения между молекулами воды, то вещество растворяется. Если же такое условие не соблюдается, то «чуда» тоже, соответственно, не происходит.
Главным «светофором» с зажжённым красным цветом для воды являются жиры. Именно поэтому, если мы вдруг «награждаем» одежду выразительным маслянистым пятном, фраза «Просто добавь воды» в этой ситуации не будет спасительной.
Хотя, из-за того, что подсознательно мы привыкли видеть воду в роли универсального растворителя, которому практически — любая проблема «по плечу», мы часто всё равно пытаемся решить проблему с помощью воды. И когда у нас ничего не получается, то чаще всего мы сердимся, а на самом деле, надо бы… радоваться. Да, именно радоваться!
Ведь по той причине, что вода лишена возможности растворять жиры, мы можем … жить.Потому что именно благодаря тому, что жиры входят для воды в «чёрный список», не растворяемся мы сами.
А вот соли, щелочи и кислоты для воды — настоящее «лакомство». Кстати, такие химические свойства опять — таки приходятся очень на руку человеку. Ведь если бы это было не так, то продукты распада бы создавали в организме настоящую свалку, а кровь бы автоматически сгущалась. Поэтому, если человека лишить воды, то уже на 5 сутки он умирает. Кроме того, безусловно, если регулярно не получать необходимое количество («среднестатистическая» норма 2-3 литра в сутки), нерастворенные соли значительно увеличивают риск образования камней в почках, а также мочевом пузыре.
Впрочем, безусловно, именно из-за того, что вода растворяет, например, те же соли, не стоить превращаться и в бесконтрольного «водохлёба», ставящего дерзкие «рекорды», просто потому что к тому обязал какой-нибудь спор. Ведь так можно очень сильно нарушить минеральный баланс организма.
Кстати, пропуская через себя (причём, как в прямом, так и переносном смысле) и понимая физико-химическую сущность этого явления, легко понять и роль воды в качестве растворителя во многих других сферах как бытового, так и производственного плана.
Раствором называется термодинамически устойчивая гомогенная (однофазная) система переменного состава, состоящая из двух или более компонентов (химических веществ). Компонентами, составляющими раствор, являются растворитель и растворенное вещество. Обычно растворителем считается тот компонент, который в чистом виде существует в таком же агрегатном состоянии, что и полученный раствор (например, в случае водного раствора соли растворителем является, конечно, вода). Если же оба компонента до растворения находились в одинаковом агрегатном состоянии (например, спирт и вода), то растворителем считается компонент, находящийся в большем количестве.
Растворы бывают жидкими, твердыми и газообразными.
Жидкие растворы – это растворы солей, сахара, спирта в воде. Жидкие растворы могут быть водными и неводными. Водные растворы – это растворы, в которых растворителем является вода. Неводные растворы – это растворы, в которых растворителями являются органические жидкости (бензол, спирт, эфир и т.д.). Твёрдые растворы – сплавы металлов. Газообразные растворы – воздух и другие смеси газов.
Процесс растворения . Растворение – это сложный физико-химический процесс. При физическом процессе происходит разрушение структуры растворяемого вещества и распределение его частиц между молекулами растворителя. Химический процесс – это взаимодействие молекул растворителя с частицами растворенного вещества. В результате этого взаимодействия образуются сольваты. Если растворителем является вода, то образующиеся сольваты называются гидратами. Процесс образования сольватов называется сольватацией, процесс образования гидратов – гидратацией. При упаривании водных растворов образуются кристаллогидраты – это кристаллические вещества, в состав которых входит определенное число молекул воды (кристаллизационная вода). Примеры кристаллогидратов: CuSO 4 . 5H 2 O – пентагидрат сульфата меди (II); FeSO 4 . 7H 2 O – гептагидрат сульфата железа (II).
Физический процесс растворения идёт с поглощением энергии, химический – с выделением . Если в результате гидратации (сольватации) выделяется больше энергии, чем ее поглощается при разрушении структуры вещества, то растворение – экзотермический процесс. Выделение энергии происходит при растворении NaOH, H 2 SO 4 , Na 2 CO 3 , ZnSO 4 и других веществ. Если для разрушения структуры вещества надо больше энергии, чем её выделяется при гидратации, то растворение – эндотермический процесс. Поглощение энергии происходит при растворении в воде NaNO 3 , KCl, NH 4 NO 3 , K 2 SO 4 , NH 4 Cl и некоторых других веществ.
Количество энергии, которое выделяется или поглощается при растворении, называется тепловым эффектом растворения .
Растворимостью вещества называется его способность распределяться в другом веществе в виде атомов, ионов или молекул с образованием термодинамически устойчивой системы переменного состава. Количественной характеристикой растворимости является коэффициент растворимости , который показывает, какая максимальная масса вещества может раствориться в 1000 или 100 г воды при данной температуре. Растворимость вещества зависит от природы растворителя и вещества, от температуры и давления (для газов). Растворимость твердых веществ в основном увеличивается при повышении температуры. Растворимость газов с повышением температуры уменьшается, но при повышении давления увеличивается.
По растворимости в воде вещества делят на три группы:
1. Хорошо растворимые (р.). Растворимость веществ больше 10 г в 1000г воды. Например, 2000 г сахара растворяется в 1000 г воды, или в 1 л воды.
2. Малорастворимые (м.). Растворимость веществ от 0,01 г до 10 г в 1000 г воды. Например, 2 г гипса (CaSO 4 . 2 H 2 O) растворяется в 1000 г воды.
3. Практически нерастворимые (н.). Растворимость веществ меньше 0,01 г в 1000 г воды. Например, в 1000 г воды растворяется 1,5 . 10 -3 г AgCl.
При растворении веществ могут образоваться насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные растворы.
Насыщенный раствор – это раствор, который содержит максимальное количество растворяемого вещества при данных условиях. При добавлении вещества в такой раствор вещество больше не растворяется.
Ненасыщенный раствор – это раствор, который содержит меньше растворяемого вещества, чем насыщенный при данных условиях. При добавлении вещества в такой раствор вещество еще растворяется.
Иногда удается получить раствор, в котором растворенного вещества содержится больше, чем в насыщенном растворе при данной температуре. Такой раствор называется пересыщенным. Этот раствор получают при осторожном охлаждении насыщенного раствора до комнатной температуры. Пересыщенные растворы очень неустойчивы. Кристаллизацию вещества в таком растворе можно вызвать путем потирания стеклянной палочкой стенок сосуда, в котором находится данный раствор. Этот способ применяется при выполнении некоторых качественных реакций.
Растворимость вещества может выражаться и молярной концентрацией его насыщенного раствора (п.2.2).
Константа растворимости. Рассмотрим процессы, возникающие при взаимодействии малорастворимого, но сильного электролита сульфата бария BaSO 4 с водой. Под действием диполей воды ионы Ba 2+ и SO 4 2 - из кристаллической решетки BaSO 4 будут переходить в жидкую фазу. Одновременно с этим процессом под влиянием электростатического поля кристаллической решетки часть ионов Ba 2+ и SO 4 2 - вновь будет осаждаться (рис.3). При данной температуре в гетерогенной системе, наконец, установится равновесие: скорость процесса растворения (V 1) будет равна скорости процесса осаждения (V 2), т.е.
BaSO 4 ⇄ Ba 2+ + SO 4 2 -
твёрдая раствор
Рис. 3. Насыщенный раствор сульфата бария
Раствор, находящийся в равновесии с твердой фазой BaSO 4 , называется насыщенным относительно сульфата бария.
Насыщенный раствор представляет собой равновесную гетерогенную систему, которая характеризуется константой химического равновесия:
, (1)
где a (Ba 2+) – активность ионов бария; a(SO 4 2-) – активность сульфат-ионов;
a (BaSO 4) – активность молекул сульфата бария.
Знаменатель этой дроби – активность кристаллического BaSO 4 – является постоянной величиной, равной единице. Произведение двух констант дает новую постоянную величину, которую называют термодинамической константой растворимости и обозначают К s °:
К s ° = a(Ba 2+) . a(SO 4 2-). (2)
Эту величину раньше называли произведением растворимости и обозначали ПР.
Таким образом, в насыщенном растворе малорастворимого сильного электролита произведение равновесных активностей его ионов есть величина постоянная при данной температуре.
Если принять, что в насыщенном растворе малорастворимого электролита коэффициент активности f ~1, то активность ионов в таком случае можно заменить их концентрациями, так как а(X ) = f (X ) . С(X ). Термодинамическая константа растворимости К s ° перейдет в концентрационную константу растворимости К s:
К s = С(Ba 2+) . С(SO 4 2-), (3)
где С(Ba 2+) и С(SO 4 2 -) – равновесные концентрации ионов Ba 2+ и SO 4 2 - (моль/л) в насыщенном растворе сульфата бария.
Для упрощения расчётов обычно пользуются концентрационной константой растворимости К s , принимая f (Х ) = 1 (приложение 2).
Если малорастворимый сильный электролит образует при диссоциации несколько ионов, то в выражение К s (или К s °) входят соответствующие степени, равные стехиометрическим коэффициентам:
PbCl 2 ⇄ Pb 2+ + 2 Cl - ; K s = С (Pb 2+) . С 2 (Cl -);
Ag 3 PO 4 ⇄ 3 Ag + + PO 4 3 - ; K s = С 3 (Ag +) . С (PO 4 3 -).
В общем виде выражение концентрационной константы растворимости для электролита A m B n ⇄ m A n+ + n B m - имеет вид
K s = С m (A n+) . С n (B m -),
где С - концентрации ионов A n+ и B m - в насыщенном растворе электролита в моль/л.
Величиной K s принято пользоваться только в отношении электролитов, растворимость которых в воде не превышает 0,01 моль/л.
Условия образования осадков
Предположим, с - фактическая концентрация ионов трудно растворимого электролита в растворе.
Если С m (A n +) . С n (B m -) > K s , то произойдет образование осадка, т.к. раствор становится пересыщенным.
Если С m (A n +) . С n (B m -) < K s , то раствор является ненасыщенным и осадок не образуется.
Свойства растворов . Ниже рассмотрим свойства растворов неэлектролитов. В случае электролитов в приведённые формулы вводится поправочный изотонический коэффициент.
Если в жидкости растворено нелетучее вещество, то давление насыщенного пара над раствором меньше давления насыщенного пара над чистым растворителем. Одновременно с понижением давления пара над раствором наблюдается изменение его температуры кипения и замерзания; температуры кипения растворов повышаются, а температуры замерзания понижаются по сравнению с температурами, характеризующими чистые растворители.
Относительное понижение температуры замерзания или относительное повышение температуры кипения раствора пропорционально его концентрации.
Загрузка...