Растворимость

Растворимость — это мера способности растворенного вещества растворяться в растворителе. Разные растворенные вещества имеют разную растворимость. Например, хлорид натрия имеет растворимость 39 граммов в 100 миллилитрах воды, в то время как хлорид серебра составляет всего 0,002 грамма.

Так почему же так? Растворимость зависит от физических и химических свойств как растворенного вещества, так и растворителя. Вы сами это видели. Например, вы знаете, что сливочное масло не растворяется в воде, но растворяется в оливковом масле.

Термин «подобное растворяет подобное» напоминает нам о том, что растворитель растворяет растворенное вещество с аналогичной полярностью. Таким образом, полярные растворители растворяют полярные растворенные вещества, в то время как неполярные растворители растворяют неполярные растворенные вещества. Кроме того, мы можем влиять на растворимость с помощью других факторов, таких как pH, температура и давление.

Например, растворимость обычно увеличивается с повышением температуры. Подумайте о растворении сахара в кофе со льдом по сравнению с горячим кофе. Теперь, если растворенное вещество растворяется в растворителе, то может быть растворено только определенное количество. При достижении этого предела диссоциированные ионы находятся в равновесии с твердым телом, и раствор насыщается. Это означает, что если вы добавите больше растворенного вещества, оно не растворится.

Мы можем количественно оценить это равновесие с помощью константы равновесия K_c. В этом уравнении используются концентрации растворенных продуктов в числителе и реагентов в знаменателе, каждый из которых приводится в степень их стехиометрического коэффициента. Мы можем использовать эту константу равновесия для понимания термодинамики процесса растворения при переходе от начального нерастворенного состояния к конечному растворенному.

Энтальпия Н раствора является количественной мерой общего теплосодержания системы, а ΔH описывает изменение этого теплосодержания. Если ΔH положительный, это говорит о том, что реакция поглощала тепло, или является эндотермической. Когда ΔH отрицательный, это указывает на то, что реакция выделяет тепло или является экзотермической. Далее, энтропия S описывает степень беспорядка в системе. ΔS равен 0 для обратимой реакции, но в остальном положителен, так как расстройство системы предпочитает увеличиваться.

Наконец, свободная энергия Гиббса, G, является мерой энергии, которая может быть использована для выполнения работы. Он рассчитывается из ΔH и ΔS и зависит от температуры. Когда ΔG положительна, реакция не является спонтанной, и для ее протекания необходимо приложить энергию. Когда ΔG меньше 0, это указывает на спонтанность реакции.

Эти свойства многое говорят нам о том, как растворенное вещество растворяется в растворителе. Например, мы можем использовать энтальпию и энтропию, чтобы узнать, предпочитает ли растворенное вещество оставаться нерастворенным в своей упорядоченной кристаллической форме или неупорядоченным в растворе. И мы можем использовать энергию Гиббса, чтобы узнать, нужно ли нам вводить энергию через тепло, чтобы растворить вещество.

В этой лабораторной работе вы исследуете растворимость соединения при различных температурах и используете титрование для определения точной концентрации насыщенного раствора. Затем вы будете использовать свои данные для расчета термодинамических свойств растворения.