Зависимость растворимости различных веществ от природы растворителя, температуры и давления
Растворимость веществ в различных растворителях, например в воде, колеблется в широких пределах. Если в 100 г воды при комнатной температуре растворяется более 10 г вещества, то такое вещество принято называть легкорастворимым; если менее 1 г вещества – малорастворимым, наконец, вещество считается практически нерастворимым если в 100 г воды переходит менее 0,1 г вещества. К легкорастворимым веществам относятся поваренная соль (при 20 °С в 100 г воды растворяется 35,8 г NaCl), медный купорос СuSO4·5H2O (20,7 г), аммиак NH3 (67,9 г); труднорастворимые вещества – гипс СаSO4 (0,195 г),; практически нерастворимые – сульфат бария ВаSO4 (0,00023 г), хлорид серебра АgСl (0,00015 г), карбонат кальция СаСО3 (0,00013 г). Абсолютно нерастворимых веществ не существует.
На растворимость веществ в общем случае оказывает влияние природа растворяемого вещества и природа растворителя, температура, давление.
Влияние природы растворителя и растворяемого вещества.Опытным путем установлено правило, согласно которому подобное растворяется в подобном. Так, вещества с ионным (соли, щелочи) или полярным (спирты, альдегиды) типом связи хорошо растворимы в полярных растворителях, например, в воде. И наоборот, растворимость кислорода в бензоле, например, на порядок выше, чем в воде, так как молекулы О2 и С6Н6 неполярны.
Растворимость газов в жидкостях может меняться в очень широких пределах. Так, например, в 100 объемах воды при 20 °С растворяется 2 объема водорода, 3 объема кислорода, 88 объемов оксида углерода (IV). В этих же условиях в 1 объеме воды растворяется свыше 400 объемов хлороводорода и 700 объемов аммиака.
Растворимость жидкостей в жидкостях очень сложным образом зависит от их природы. Можно выделить три класса жидкостей, различающихся способностью к взаимному растворению.
1. Жидкости, практически не растворяющиеся друг в друге (Н2О – Нg, Н2О – С6Н6).
2. Жидкости, неограниченно растворяющиеся друг в друге (Н2О – С2Н5OН, Н2О – СН3СООН).
3. Жидкости, ограниченно растворяющиеся друг в друге (Н2О – С2Н5OС2Н5, Н2О – С2H6NH2).
Растворимость твердых веществ в жидкостях в первую очередь определяется характером химических связей в их кристаллических решетках. Молекулярные (или атомные) кристаллы, структурными единицами которых являются атомы или молекулы с ковалентным неполярным типом связи, практически не растворимы в воде (например, графит, алмаз, сера, кристаллический иод и др.).
Влияние температуры на растворимость газов, жидкостей и твердых веществ. С повышением температуры растворимость почти всех твердых веществ и взаимная растворимость жидкостей увеличивается.
Растворимость газов в жидкостях с повышением температуры уменьшается. Известно, что если оставить в теплом помещении стакан с холодной водой, то через некоторое время внутренние стенки стакана покрываются пузырьками воздуха.
Влияние давления. В отличие от твердых веществ и жидкостей, на растворимость газов очень сильно влияет давление, под которым находится газ. Если же давление газа увеличить, например, в два раза, то во столько же раз увеличится и концентрация его молекул над жидкостью, а следовательно, и скорость растворения газа. В общем виде зависимость растворимости газов от давления выражается законом Генри: при постоянной температуре растворимость газа в жидкости прямо пропорциональна его давлению над жидкостью:
C(X) = КГ · Р(Х)
где C(X) – концентрация газа в насыщенном растворе, моль/л; КГ – постоянная Генри для газа X, моль·л–1·Па–1; Р(Х) – давление газа Х над раствором, Па.
Закону Генри строго подчиняются только такие газы, растворимость которых сравнительно невелика и которые не вступают в химическое взаимодействие с растворителем.
Растворение всегда сопровождается убылью энергии Гиббса, при этом независимо от знака изменения энтальпии при растворении всегда ΔG < 0, так как переход вещества в раствор сопровождается значительным возрастанием энтропии вследствие стремления системы к разупорядочению.