Истинные растворы характеризуются полной гомогенностью и благодаря небольшой разнице между размерами молекул растворенного вещества и растворителя, а также отсутствию пограничных поверхностей раздела между ними представляют собой однофазные дисперсные системы.

Для истинных растворов характерна большая прочность связи между растворенным веществом и растворителем. Растворенное вещество в дальнейшем не отделяется от раствора и, находясь под непрерывным воздействием теплового движения, остается равномерно распределенным в жидкости. Раствор сохраняет гомогенность неопределенно долгое время, если только в нем не происходит никаких самопроизвольных вторичных процессов, изменяющих химическую природу (состав) растворенного вещества (гидролиз, окисление, действие света и т. п.). В дальнейшем будем рассматривать только истинные растворы.

1. Концентрация, способы ее выражения

   1. Растворимость веществ.

По растворимости в воде все вещества делятся на три группы: 1) хорошо растворимые, 2) малорастворимые и 3) практически нерастворимые. Последние называют также нерастворимыми веществами. Однако следует отметить, что абсолютно нерастворимых веществ нет. Если опустить в воду стеклянную палочку или кусочек золота или серебра, то они в ничтожно малых количествах все же растворяются в воде. Стекло, металлы, некоторые соли - это примеры практически нерастворимых в воде веществ (твердые вещества). К ним следует также отнести керосин, растительное масло (жидкие вещества), благородные газы (газообразные вещества).

Примером малорастворимых в воде веществ могут служить гипс, сульфат свинца (твердые вещества), диэтиловый эфир, бензол (жидкие вещества), метан, азот, кислород (газообразные вещества).

Многие вещества в воде растворяются весьма хорошо. Примером таких веществ могут служить сахар, медный купорос, гидроксид натрия (твердые вещества), спирт, ацетон (жидкие вещества), хлороводород, аммиак (газообразные вещества).

Из приведенных примеров следует, что растворимость, прежде всего, зависит от природы веществ. Кроме того, она зависит также от температуры и давления. Сам процесс растворения обусловлен взаимодействием частиц растворимого вещества и растворителя; это самопроизвольный процесс.

По соотношению преобладания числа частиц, переходящих в раствор и удаляющихся из раствора, различают растворы насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные. С другой стороны, по относительным количествам растворенного вещества и растворителя растворы подразделяют на разбавленные и концентрированные.

Раствор, в котором данное вещество при данной температуре больше не растворяется, т. е. раствор, находящийся в равновесии с растворяемым веществом, называют насыщенным, а раствор, в котором еще можно растворить добавочное количество данного вещества, - ненасыщенным.

Отношение массы вещества, образующего насыщенный раствор при данной температуре, к массе растворителя называют растворимостью (7.3.1.) этого вещества, или коэффициентом растворимости(7.3.2.):

(7.3.1),(7.3.2).

Понятие растворимости бессмысленно для полностью растворимых веществ друг в друге (этиловый спирт – вода).

Зависимость растворимости веществ от температуры и природы растворителя. Растворимость веществ существенно зависит от природы растворяемого вещества и растворителя, температуры и давления. Еще в середине прошлого тысячелетия опытным путем было установлено правило, согласно которому подобное растворяется в подобном. Так, вещества с ионным (соли, щелочи) или ковалентно-полярным (спирты, альдегиды) типом связи хорошо растворимы в полярных растворителях, в первую очередь в воде. И наоборот, растворимость кислорода в бензоле, например, на порядок выше, чем в воде, так как молекулы О 2 и С 6 Н 6 неполярны.

Для подавляющего большинства твердых тел растворимость увеличивается с повышением температуры.

Если раствор, насыщенный при нагревании, осторожно охладить так, чтобы не выделялись кристаллы соли, то образуется пересыщенный раствор. Пересыщенным называют раствор, в котором при данной температуре содержится большее количество растворенного вещества, чем в насыщенном растворе. Пересыщенный раствор неустойчив, и при изменении условий (при встряхивании или внесении в раствор затравки для кристаллизации) выпадает осадок, над которым остается насыщенный раствор.

В отличие от твердых тел растворимость газов в воде с повышением температуры уменьшается, что обусловлено непрочностью связи между молекулами растворенного вещества и растворителя. Другой важной закономерностью, описывающей растворимость газов в жидкостях, является закон Генри: Растворимость газа прямо пропорциональна его давлению над жидкостью.

Аманбаева Жанар Жумабековна
Актюбинская область г.Шалкар
Средняя школа №5
Предмет: Начальная школа

Тема: Вода - растворитель. Растворимые и нерастворимые в воде вещетсва.
Задачи урока: дать представление о воде как растворителе, о растворимых и нерастворимых веществах; познакомить с понятием «фильтр», с простейшими способами определения растворимых и нерастворимых веществ; подготовить доклад на тему «Вода – растворитель».
Оборудование и наглядные пособия: учебники, хрестоматии, тетради для самостоятельной работы; наборы: стаканы пустые и с кипяченой водой; коробочки с поваренной солью, сахаром, речным песком, глиной; чайные ложки, воронки, фильтры из бумажных салфеток; гуашь (акварельные краски), кисти и листы для рефлексии; презентация, выполненная в Power Point, мультимедийный проектор, экран.

ХОД УРОКА
I. Организационный момент
У. Всем доброе утро! (Слайд 1)
Приглашаю вас на третье заседание школьного научного клуба «Мы и окружающий мир».
II. Сообщение темы и цели урока
Учитель. Сегодня у нас гости, учителя из других школ, которые пришли на заседание клуба. Предлагаю председателю клуба, Порошиной Анастасии, открыть заседание.
Председатель. Мы сегодня собрались на заседание клуба по теме «Вода – растворитель». Задание всем присутствующим: подготовить доклад на тему «Вода – растворитель». На этом уроке вам вновь предстоит стать исследователями свойств воды. Изучать эти свойства вы будете в своих лабораториях, с помощью «консультантов» – Макаренкова Михаила, Старковой Олеси и Стениной Юлии. Каждая лаборатория должна будет выполнить следующее задание: провести опыты и наблюдения, а в конце заседания обсудить план сообщения «Вода – растворитель».

III. Изучение нового материала
У. С разрешения председателя я хочу сделать первое сообщение. (Слайд 2) Такое же заседание по теме «Вода – растворитель» недавно провели ученики села Мирного. Открыл заседание Костя Погодин, который напомнил всем присутствующим еще об одном удивительном свойстве воды: многие вещества в воде могут распадаться на невидимые мельчайшие частицы, то есть растворяться. Следовательно, для многих веществ вода – хороший растворитель. После этого Маша предложила провести опыты и выявить способы, с помощью которых можно будет получить ответ на вопрос, растворяется вещество в воде или нет.

У. Предлагаю вам на заседании клуба определить растворимость в воде таких веществ, как поваренная соль, сахар, речной песок и глина.
Давайте предположим, какое вещество, по вашему мнению, растворится в воде, а какое не растворится. Выскажите свои предположения, догадки и продолжите высказывание: (Слайд 3)

У. Подумаем вместе, какие гипотезы будем подтверждать. (Слайд 3)
Предположим … (соль растворится в воде)
Допустим … (сахар растворится в воде)
Возможно … (песок не растворится в воде)
Что, если … (глина не растворится в воде)

У. Давайте, и мы проведем опыты, которые помогут нам в этом разобраться. Перед работой председатель напомнит вам правила при проведении опытов и раздаст карточки, на которых эти правила напечатаны. (Слайд 4)
П. Посмотрите на экран, где записаны правила.
«Правила при проведении опытов»
Необходимо бережно относиться ко всем приборам. Их можно не только разбить, ими можно и пораниться.
Во время работы можно не только сидеть, но и стоять.
Опыт проводит один из учеников (докладчик), остальные молча наблюдают или по просьбе докладчика помогают ему.
Обмен мнениями по результатам проведенного опыта начинается только после того, как докладчик разрешает его начать.
Переговариваться друг с другом нужно тихо, не мешая остальным.
Подходить к столу и проводить замену лабораторного оборудования можно только по разрешению председателя.

IV. Практическая работа
У. Предлагаю председателю выбрать «консультанта», который прочитает вслух из учебника порядок действий при проведении первого опыта. (Слайд 5)
1) П. Проведите опыт с поваренной солью. Проверьте, растворяется ли в воде поваренная соль.
«Консультант» из каждой лаборатории берет один из подготовленных наборов, и проводит опыт с поваренной солью. В прозрачный стакан наливает кипяченую воду. Всыпает в воду небольшое количество поваренной соли. Группа наблюдает, что происходит с кристалликами соли, и исследует воду на вкус.
Председатель (как в игре КВН) зачитывает один и тот же вопрос каждой группе, а представители от лабораторий отвечают на них.

П. (Слайд 6) Изменилась ли прозрачность воды? (Прозрачность не изменилась)
Изменился ли цвет воды? (Цвет не изменился)
Изменился ли вкус воды? (Вода стала соленой)
Можно ли сказать, что соль исчезла? (Да, она растворилась, исчезла, ее не видно)

У. Сделайте вывод. (Соль растворилась) (Слайд 6)
П. Прошу всех приступить к выполнению второго опыта, для которого необходимо использовать фильтры.
У. Что такое фильтр? (Прибор, устройство или сооружение для очищения жидкостей, газов от твёрдых частиц, примесей.) (Слайд 7)
У. Прочитайте вслух порядок действий при выполнении опыта с фильтром. (Слайд 8)
Учащиеся пропускают воду с солью через фильтр, наблюдают и исследуют воду на вкус.

П. (Слайд 9) Осталась ли соль на фильтре? (На фильтре пищевая соль не осталась)

Удалось ли очистить воду от соли? (Пищевая соль прошла с водой через фильтр)
У. Сделайте вывод из своих наблюдений. (Соль растворилась в воде) (Слайд 9)
У. Подтвердилась ли ваша гипотеза?
У. Все правильно! Молодцы!
У. Результаты опыта оформите письменно в Тетради для самостоятельной работы (с. 30). (Слайд 10)

2) П. (Слайд 11) Проделаем такой же опыт еще раз, только вместо соли положим чайную ложку сахарного песка.
«Консультант» из каждой лаборатории берет второй набор и проводит опыт с сахаром. В прозрачный стакан наливает кипяченую воду. Всыпает в воду небольшое количество сахара. Группа наблюдает, что происходит и исследует воду на вкус.
П. (Слайд 12) Изменилась ли прозрачность воды? (Прозрачность воды не изменилась)
Изменился ли цвет воды? (Цвет воды не изменился)
Изменился ли вкус воды? (Вода стала сладкой)
Можно ли сказать, что сахар исчез? (Сахар стал невидимым в воде, вода его растворила)
У. Сделайте вывод. (Сахар растворился) (Слайд 12)
У. Пропустите воду с сахаром через бумажный фильтр. (Слайд 13)
Учащиеся пропускают воду с сахаром через фильтр, наблюдают и исследуют воду на вкус.
П. (Слайд 14) Остался ли сахар на фильтре? (На фильтре сахара не видно)
Изменился ли вкус воды? (Вкус воды не изменился)
Удалось ли очистить воду от сахара? (Воду от сахара очистить не удалось, вместе с водой он прошел через фильтр)
У. Сделайте вывод. (Сахар растворился в воде) (Слайд 14)
У. Подтвердилась ли гипотеза?
У. Верно. Молодцы!
У. Результаты опыта оформите письменно в Тетради для самостоятельной работы. (Слайд 15)

3) П. (Слайд 16) Проверим утверждения и проведем опыт с речным песком.
У. Прочитайте в учебнике порядок действий при проведении опыта.
Проводят опыт с речным песком. Размешивают в стакане с водой чайную ложку речного песка. Дают смеси отстояться. Наблюдают, что происходит с песчинками и водой.
П. (Слайд 17) Изменилась ли прозрачность воды? (Вода стала мутной, грязной)
Изменился ли цвет воды? (Цвет воды изменился)
Исчезли ли песчинки? (Более тяжелые песчинки опускаются на дно, а мелкие плавают в воде, делая ее мутной)
У. Сделайте вывод. (Песок не растворился) (Слайд 17)
У. (Слайд 18) Пропустите содержимое стакана через бумажный фильтр.
Учащиеся пропускают воду с сахаром через фильтр, наблюдают.
П. (Слайд 19) Что проходит через фильтр, а что остается на нем? (Вода проходит через фильтр, а речной песок остался на фильтре и песчинки хорошо видны)
Очистилась ли вода от песка? (Фильтр помогает очистить воду от частиц, которые в ней не растворяются)
У. Сделайте вывод. (Речной песок в воде не растворился) (Слайд 19)
У. Верным ли было ваше предположение о растворимости песка в воде?
У. Отлично! Молодцы!
У. Результаты опыта оформите письменно в Тетради для самостоятельной работы. (Слайд 20)

4) П. (Слайд 21) Проделайте такой же опыт с кусочком глины.
Проводят опыт с глиной. Размешивают в стакане с водой кусочек глины. Дают смеси отстояться. Наблюдают, что происходит с глиной и водой.
П. (Слайд 22) Изменилась ли прозрачность воды? (Вода стала мутной)
Изменился ли цвет воды? (Да)
Исчезли ли частицы глины? (Более тяжелые частицы опускаются на дно, а мелкие плавают в воде, делая ее мутной)
У. Сделайте вывод. (Глина не растворилась в воде) (Слайд 22)
У. (Слайд 23) Пропустите содержимое стакана через бумажный фильтр.
П. (Слайд 24) Что проходит через фильтр, а что остается на нем? (Вода проходит через фильтр, а не растворившиеся частицы остаются на фильтре.)
Очистилась ли вода от глины? (Фильтр помог очистить воду от частиц, которые не растворились в воде)
У. Сделайте вывод. (Глина не растворяется в воде) (Слайд 24)
У. Гипотеза подтвердилась?
У. Молодцы! Все правильно!
У. Прошу одного из членов группы зачитать выводы, записанные в тетради, всем присутствующим.
У. Есть ли у кого - нибудь дополнения, уточнения?
У. Сделаем выводы из опытов. (Слайд 25)

Все ли вещества растворяются в воде? (Соль, сахарный песок растворились в воде, а песок и глина не растворились.)
Всегда ли с помощью фильтра можно выявить, растворяется вещество в воде или нет? (Растворившиеся в воде вещества проходят через фильтр вместе с водой, а не растворившиеся частицы остаются на фильтре)
У. Прочитайте о растворимости веществ в воде в учебнике (с. 87).
У. Сделайте вывод о свойстве воды как растворителя. (Вода – растворитель, но не все вещества в ней растворяются) (Слайд 25)
У. Советую членам клуба прочитать рассказ в хрестоматии «Вода – растворитель» (с. 46). (Слайд 26)
Почему же ученым пока не удалось получить абсолютно чистую воду? (Потому что в воде растворены сотни, а может и тысячи разных веществ)

У. Как люди используют свойство воды растворять некоторые вещества?
(Слайд 27) Безвкусная вода становится сладкой или соленой благодаря сахару или соли, так как вода растворяет и приобретает их вкус. Это свойство человек использует, когда готовит пищу: заваривает чай, варит компот, супы, солит и консервирует овощи, заготавливает варенье.
(Слайд 28) Когда мы моем руки, умываемся или купаемся, когда стираем одежду, то используем жидкую воду и ее свойство – растворителя.
(Слайд 29) В воде также растворяются газы, в частности кислород. Благодаря этому в реках, озерах, морях живут рыбы и другие. Соприкасаясь с воздухом, вода растворяет кислород, углекислый газ и другие газы, которые находятся в нем. Для живых организмов, обитающих в воде, например, рыб, очень важен кислород, растворенный в воде. Он им нужен для дыхания. Если бы кислород не растворялся в воде, то водоемы были бы безжизненными. Зная это, люди не забывают насыщать кислородом воду в аквариуме, где живут рыбки, или прорубают зимой проруби в водоемах для улучшения жизни подо льдом.
(Слайд 30) Когда рисуем акварельными красками или гуашью.

У. Обратите внимание на задание, записанное на доске. (Слайд 31) Предлагаю составить коллективный план выступления на тему «Вода – растворитель». Обсудите его в своих лабораториях.
Заслушивание планов по теме «Вода – растворитель», составленных учащимися.

У. Давайте все вместе сформулируем план выступления. (Слайд 31)
Примерный план выступления по теме «Вода – растворитель»
Введение.
Растворение веществ в воде.
Выводы.
Использование людьми свойства воды растворять некоторые вещества.
Экскурсия в «Выставочный зал». (Слайд 32)

У. При подготовке сообщения вы можете использовать дополнительную литературу, подобранную ребятами, помощниками докладчиков по теме нашего заседания. (Обратить внимание учащихся на выставку книг, интернет – страничек)

V. Итог урока
Какое свойство воды исследовали на заседании клуба? (Свойство воды как растворителя)
К какому выводу мы пришли, исследовав это свойство воды? (Вода – хороший растворитель для некоторых веществ.)
Как вы думаете, трудно быть исследователями?
Что показалось наиболее сложным, интересным?
Пригодятся ли вам знания, приобретенные в ходе исследования этого свойства воды в дальнейшей жизни? (Слайд 33) (Очень важно помнить о том, что вода – растворитель. Вода растворяет соли, среди которых есть как полезные для человека, так и вредные. Поэтому пить воду из источника, если вы не знаете, чист ли он, нельзя. Не зря в народе есть пословица: «Не всякая водица для питья годится».)

VI. Рефлексия
Как мы используем свойство воды растворять некоторые вещества на уроках изобразительного искусства? (Когда рисуем акварельными красками или гуашью)
Предлагаю вам, используя это свойство воды, раскрасить воду в стакане в такой цвет, который наиболее полно соответствует вашему настроению. (Слайд 34)
«Желтый цвет» – радостное, светлое, хорошее настроение.
«Зеленый цвет» – спокойное, уравновешенное.
«Синий цвет» – грустное, печальное, тоскливое настроение.
Покажите свои листы с раскрашенной водой в стакане.

VII. Оценивание
Благодарю председателя, «консультантов» и всех участников заседания за активную работу.
VIII. Домашнее задание

В обычной неассоциированной жидкости, например в такой, как бензин, молекулы свободного скользят одна вокруг другой. В воде же они скорее катятся, чем скользят. Молекулы воды, как известно, соединены между собой водородными связями, поэтому прежде чем произойдет какое-либо смещение, нужно разорвать хотя бы одну из этих связей. Эта особенность и определяет вязкость воды.

Диэлектрической постоянной воды называется ее способность нейтрализовать притяжение, существующее между электрическими зарядами. Растворение твердых веществ в воде - сложный процесс, который обусловливается взаимодействием частиц растворенного вещества и частиц воды.

При изучении строения веществ с помощью рентгеновских лучей было установлено, что большинство твердых тел имеет кристаллическое строение, т. е. частицы вещества расположены в пространстве в определенном порядке. Частицы одних веществ расположены так, будто бы они находятся в углах крошечного куба, частицы других - в углах, центре и в середине сторон тетраэдра, призмы, пирамиды и пр. Каждая из этих форм является мельчайшей ячейкой более крупных кристаллов аналогичной формы. У одних веществ в узлах их кристаллической решетки находятся молекулы (у большинства органических соединений), у других (например, у неорганических солей) - ионы, т. е. частицы, состоящие из одного или нескольких атомов, имеющих положительные или отрицательные заряды. Силами, удерживающими ионы в определенном, ориентированном в пространстве порядке кристаллической решетки, являются силы электростатического притяжения разноименно заряженных ионов, составляющих кристаллическую решетку.

Если, например, растворить в воде хлористый натрий, то положительно заряженные ионы натрия и отрицательно заряженные ионы хлора будут отталкиваться друг от друга.

Это отталкивание происходит потому, что у воды высокая диэлектрическая постоянная, т. е. выше, чем у любой другой жидкости. Она уменьшает силу взаимного притяжения между противоположно заряженными ионами в 100 раз. Причину сильно нейтрализующего действия воды нужно искать в расположении ее молекул. Водородный атом в них не делит поровну свой электрон с тем атомом кислорода, к которому он прикреплен. Этот электрон всегда ближе к кислороду, чем к водороду. Поэтому водородные атомы заряжены положительно, а кислородные - отрицательно.

Когда какое-либо вещество, растворяясь, распадается на ионы, кислородные атомы притягиваются к положительным ионам, а водородные - к отрицательным. Молекулы воды, окружающие положительный ион, направляют к нему свои кислородные атомы, а молекулы, которые окружают отрицательный ион, устремляются к нему своими атомами водорода. Таким образом молекулы воды образуют как бы решетку, которая отделяет ионы друг от друга и нейтрализует их притяжение (рис. 12). Чтобы оторвать друг от друга ионы, находящиеся в кристаллической решетке, и перевести их в раствор, необходимо преодолеть силу притяжения этой решетки. При растворении солей такой силой является притяжение ионов решетки молекулами воды, характеризуемое так называемой энергией гидратации. Если при этом энергия гидратации по сравнению с энергией кристаллической решетки будет достаточно велика, то ионы будут отрываться от последней и перейдут в раствор.

Взаимосвязь между молекулами воды и ионами, оторванными от решетки, в растворе не только не ослабевает, а становится еще теснее.

Как уже отмечалось, в растворе ионы окружаются и разобщаются молекулами воды, которые, ориентируясь на них своими противоположными по заряду частями, образуют так называемую гидратную оболочку (рис. 13). Величина этой оболочки различна у разных ионов и зависит от заряда иона, его размера и, кроме того, от концентрации ионов в растворе.

В продолжение нескольких лет физико-химики изучали воду в основном как растворитель электролитов. В результате получено много сведений об электролитах, но очень мало о самой воде. Как ни странно, но только в последние годы появились работы, посвященные изучению отношения воды к веществам, которые в ней практически не растворяются.

Наблюдалось немало поразительных явлений. Например, однажды труба, по которой шел природный газ при t = 19°С, оказалась забитой, мокрым снегом с водой. Стало ясным, что дело здесь не в температуре, а в других свойствах воды. Возник ряд вопросов: почему вода замерзла при столь высокой температуре, как вода могла соединиться с веществами, которые в ней нерастворимы.

Эта тайна еще не была раскрыта, когда обнаружилось, что даже такие благородные газы, как аргон и ксенон, которые не вступают ни в какие химические реакции, могут связываться с водой, образуя некоторое подобие соединений.

Рис. 13. Разъединение ионов Na + и С1 - полярными молекулами воды, образующими вокруг них гидратную оболочку.

Интересные результаты по растворимости в воде метана были получены в Иллинойсе. Молекулы метана не образуют ионов в воде и не воспринимают водородных связей; притяжение между ними и молекулами воды очень слабое. Однако метан все же, хотя и плохо, растворяется в воде, и его диссоциированные молекулы образуют с ней соединения - гидраты, в которых несколько молекул воды присоединены к одной молекуле метана. При этой реакции высвобождается в 10 раз больше тепла, чем при растворении метана в гексане (метан растворяется в гексане лучше, чем в воде).

Факт растворения метана в воде представляет большой интерес. Ведь по объему молекула метана вдвое больше молекулы воды. Чтобы метан растворился в воде, между ее молекулами должны образоваться довольно большие «дырки». Для этого требуется значительная затрата энергии, большая чем для испарения воды (примерно 10 000 калорий на каждый моль). Откуда же появляется столько энергии? Силы притяжения между молекулами метана и воды слишком слабы, они не могут дать столько энергии. Поэтому существует другая возможность: структура поды изменяется в присутствии метана. Предположим, что молекула растворенного метана окружена оболочкой из 10-20 молекул воды. При образовании таких ассоциаций молекул выделяется теплота. В пространстве, занятом молекулой метана, исчезают силы взаимного притяжения между молекулами воды, а значит, и внутреннее давление. В таких условиях, как мы видели, вода замерзает при температуре выше нуля.

Вот почему молекулы, находящиеся в промежутке между метаном и водой, могут кристаллизоваться, что и произошло в описанном выше случае. Замороженные гидраты могут поглощаться раствором и выделяться из него. Эта теория известна как теория айсбергов. Практически, как показывают исследования, все непроводящие вещества, которые подвергались испытанию, образуют устойчивые кристаллические гидраты. В то же время у электролитов такая тенденция выражена слабо. Все это ведет к совершенно новому пониманию растворимости.

Считалось, что растворение электролитов происходит в результате действия сил притяжения. Теперь же доказано, что растворение неэлектролитов происходит не благодаря силам притяжения между этими веществами и водой, а в результате недостаточного притяжения между ними. Вещества, не распадающиеся на ионы, соединяются с водой, так как они устраняют внутреннее давление и тем самым способствуют появлению кристаллических образований.

Чтобы лучше понять образование таких гидратов, целесообразно рассмотреть их молекулярную структуру.

Доказано, что образующиеся гидраты имеют кубическую структуру (решетку) в отличие от гексагональной структуры льда. Дальнейшие работы исследователей показали что гидрат может иметь две кубические решетки: в одной из них промежутки между молекулами равны 12, в другой - 17 А. В меньшей решетке 46 молекул воды, в большей 136. Дырки молекул газа в меньшей решетке имеют 12-14 граней, а в большей - 12-16, к тому же они разнятся по своим размерам и заполняются молекулами различной величины, причем могут быть заполнены не все дырки. Такая модель с большой степенью точности объясняет действительное строение гидратов.

Роль таких гидратов в жизненных процессах трудно переоценить. Эти процессы происходят в основном в промежутках между молекулами воды и протеина. Вода при этом имеет сильную тенденцию к кристаллизации, так как в протеиновой молекуле содержится много неионных, или неполярных, групп. Всякий такой гидрат образуется при меньшей плотности, чем лед, поэтому его образование может вести к значительному разрушительному расширению.

Итак, вода - это своеобразное и сложное вещество с определенными и разнообразными химическими свойствами. Она имеет стройную и в то же время меняющуюся физическую структуру.

Развитие всей живой и в значительной части неживой природы неразрывно связано с характерными особенностями воды.

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.

Понятие растворимости используется в химии для описания свойств твердого вещества, которое смешивается с жидкостью и растворяется в ней. Полностью растворимы лишь ионные (заряженные) соединения. Для практических нужд достаточно помнить несколько правил или уметь найти их, чтобы при случае воспользоваться ими и узнать, растворятся или нет те или иные ионные вещества в воде. Фактически, в любом случае растворяется некоторое количество атомов, даже если изменения не заметны, поэтому для проведения точных экспериментов иногда требуется вычислить это количество.

Шаги

Использование простых правил

1. Узнайте больше об ионных соединениях. В нормальном состоянии каждый атом имеет определенное число электронов, но иногда он может захватить дополнительный электрон или потерять свой. В результате образуется ион , который имеет электрический заряд. Если ион с отрицательным зарядом (дополнительным электроном) встречает ион с положительным зарядом (без электрона), они связываются вместе, подобно противоположным полюсам двух магнитов. В результате образуется ионное соединение.

   • Ионы с отрицательным зарядом называются анионами , а ионы с положительным зарядом - катионами .
   • В нормальном состоянии количество электронов в атоме равно числу протонов, в результате чего атом электрически нейтрален.

2. Узнайте больше о растворимости. Молекулы воды (H 2 O) обладают своеобразной структурой, что делает их похожими на магнит: с одного конца они имеют положительный, а со второго - отрицательный заряд. При помещении в воду ионного соединения эти водяные "магниты" собираются вокруг его молекул и стремятся оттянуть положительные и отрицательные ионы друг от друга. Молекулы некоторых ионных соединений не очень прочны, и такие вещества растворимы в воде, так как молекулы воды оттягивают ионы друг от друга и растворяют их. В других соединениях ионы связаны крепче, и они нерастворимы , поскольку молекулы воды не в состоянии растащить ионы в стороны.

   • В молекулах некоторых соединений внутренние связи сравнимы по силе с действием молекул воды. Такие соединения называют слабо растворимыми , поскольку значительная часть их молекул диссоциирует, хотя другие остаются не растворенными.

3. Изучите правила растворимости. Поскольку взаимодействие между атомами описывается довольно сложными законами, не всегда можно сразу сказать, какие вещества растворяются, а какие нет. Найдите один из ионов соединения в приведенном ниже описании того, как обычно ведут себя различные вещества. После этого обратите внимание на второй ион и проверьте, не относится ли данное вещество к исключениям из-за необычного взаимодействия ионов.

   • Предположим, вы имеете дело с хлоридом стронция (SrCl 2). Найдите в перечисленных ниже шагах (они выделены жирным шрифтом) ионы Sr и Cl. Cl "обычно растворим"; после этого загляните в приведенные ниже исключения. Ионы Sr там не упомянуты, так что соединение SrCl должно растворяться в воде.
   • Ниже соответствующих правил приведены наиболее распространенные исключения. Существуют и другие исключения, однако вы вряд ли столкнетесь с ними на уроках химии или в лаборатории.

4. Соединения растворимы, если в их состав входят ионы щелочных металлов, то есть Li + , Na + , K + , Rb + и Cs + . Это элементы группы IA таблицы Менделеева: литий, натрий, калий, рубидий и цезий. Почти все простые соединения этих элементов растворимы.

   • Исключение: соединение Li 3 PO 4 нерастворимо.

5. Соединения ионов NO 3 - , C 2 H 3 O 2 - , NO 2 - , ClO 3 - и ClO 4 - растворимы. Их называют соответственно ионами нитратов, ацетатов, нитритов, хлоратов и перхлоратов. Ион ацетата часто обозначают аббревиатурой OAс.

   • Исключения: Ag(OAc) (ацетат серебра) и Hg(OAc) 2 (ацетат ртути) нерастворимы.
   • AgNO 2 - и KClO 4 - лишь "слабо растворимы".

6. Соединения ионов Cl - , Br - и I - обычно растворимы. Ионы хлора, брома и йода образуют соответственно хлориды, бориды и йодиды, которые называют солями галогенов. Эти соли почти всегда растворимы.

   • Исключение: если вторым ионом в паре является ион серебра Ag + , ртути Hg 2 2+ или свинца Pb 2+ , соль нерастворима. Это же верно и для менее распространенных галогенов с ионами меди Cu + и таллия Tl + .

7. Соединения иона SO 4 2- (сульфаты) обычно растворимы. Как правило, сульфаты растворяются в воде, однако существует несколько исключений.

   • Исключения: нерастворимы сульфаты следующих ионов: стронция Sr 2+ , бария Ba 2+ , свинца Pb 2+ , серебра Ag + , кальция Ca 2+ , радия Ra 2+ и двухвалентного серебра Hg 2 2+ . Учтите, что сульфат серебра и сульфат кальция все же немного растворяются в воде, и иногда их считают слегка растворимыми веществами.

8. Соединения OH - и S 2- нерастворимы в воде. Это соответственно ионы гидроксида и сульфида.

   • Исключения: помните о щелочных металлах (группа IA) и о том, что почти все их соединения растворимы? Так вот, ионы Li + , Na + , K + , Rb + и Cs + образуют растворимые гидроксиды и сульфиды. Кроме того, растворимы соли кальция Ca 2+ , стронция Sr 2+ и бария Ba 2+ (группа IIA). Учтите, что значительная часть молекул гидроксидов этих элементов все же не растворяется, поэтому иногда их считают "слабо растворимыми".

9. Соединения ионов CO 3 2- и PO 4 3- нерастворимы. Эти ионы образуют карбонаты и фосфаты, которые обычно не растворяются в воде.

   • Исключения: данные ионы образуют растворимые соединения с ионами щелочных металлов: Li + , Na + , K + , Rb + и Cs + , а также с аммонием NH 4 + .

   Использование произведения растворимости K sp

   1. Найдите произведение растворимости K sp (это постоянная величина). Каждое соединение имеет свою константу K sp . Ее значения для различных веществ приведены в справочниках и на сайте (на английском языке). Значения произведения растворимости определяются экспериментально и они могут значительно отличаться друг от друга в различных источниках, поэтому лучше пользоваться таблицей для K sp в вашем учебнике химии, если такая таблица там есть. Если не указано другого, в большинстве таблиц приводится произведение растворимости при температуре 25ºC.

      • К примеру, если вы растворяете иодид свинца PbI 2 , найдите для него произведение растворимости. На сайте bilbo.chm.uri.edu указано значение 7,1×10 –9 .

   2. Запишите химическое уравнение. Сначала определите, на какие ионы распадется молекула вещества при растворении. Затем запишите уравнение с K sp с одной стороны и соответствующими ионами с другой.

      • В нашем примере молекула PbI 2 расщепляется на ион Pb 2+ и два иона I - . При этом достаточно установить заряд лишь одного иона, так как в целом раствор будет нейтральным.
      • Запишите уравнение: 7,1×10 –9 = 2 .

   3. Преобразуйте уравнение так, чтобы решить его. Перепишите уравнение в простом алгебраическом виде. Используйте при этом то, что вам известно о количестве молекул и ионов. Подставьте вместо числа атомов растворяемого соединения неизвестную величину х и выразите количество ионов через х.

      • В нашем примере необходимо переписать следующее уравнение: 7,1×10 –9 = 2 .
      • Поскольку в соединение входит лишь один атом свинца (Pb), число растворенных молекул будет равняться количеству свободных ионов свинца. Таким образом, мы можем приравнять и x.
      • Поскольку на каждый ион свинца приходится два иона йода (I), число атомов йода следует приравнять 2x.
      • В результате получается уравнение 7,1×10 –9 = (x)(2x) 2 .

   4. При необходимости учтите общие ионы. Пропустите данный шаг, если вещество растворяется в чистой воде. Однако если вы используете раствор, который уже содержит один или более интересующих вас ионов ("общих ионов"), растворимость может значительно снизиться. Эффект общих ионов особенно заметен для слабо растворимых веществ, и в подобных случаях можно предполагать, что подавляющее большинство растворенных ионов уже присутствовали в растворе ранее. Перепишите уравнение и учтите в нем известные молярные концентрации (молей на литр, или M) уже растворенных ионов. Откорректируйте неизвестные величины х для этих ионов.

      • Например, если иодид свинца уже присутствует в растворе с концентрацией 0,2M, следует переписать уравнение следующим образом: 7,1×10 –9 = (0,2M+x)(2x) 2 . Поскольку величина 0,2M намного больше x, можно записать уравнение в виде 7,1×10 –9 = (0,2M)(2x) 2 .