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 Kc. 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.
растворимость
Растворимость описывает, сколько растворенного вещества может раствориться в заданном объеме конкретного растворителя. Растворимость обычно выражается в виде массы растворенного вещества на объем растворителя или массы растворенного вещества на массу растворителя. Например, растворимость хлорида натрия в воде при комнатной температуре составляет 36 г на 100 мл воды. Если растворимость указывается в массе растворенного вещества на массу растворителя, то для дальнейших расчетов массу растворителя необходимо будет перевести в объем.
Растворимость изменяется в зависимости от температуры. Например, растворимость карбоната натрия в воде составляет 7 г на 100 мл при температуре около 0 °C, 22 г на 100 мл при комнатной температуре и 44 г на 100 мл при 100 °C. Растворимость имеет тенденцию увеличиваться с температурой, хотя есть и исключения.
Раствор с максимальным количеством растворенного в нем растворенного вещества называется насыщенным раствором. На этом этапе дальнейшее добавление растворенного вещества останется нерастворенным и останется в виде осадка в растворе. Например, раствор 36 г хлорида натрия, растворенный в 100 мл воды комнатной температуры, является насыщенным раствором хлорида натрия.
Растворимость растворенного вещества варьируется от растворителя к растворителю. Например, хлорид натрия имеет растворимость 36 г на 100 мл в воде комнатной температуры, но его растворимость в метаноле составляет всего 1,1 г на 100 мл, а его растворимость в диметилформамиде еще ниже и составляет 0,034 г на 100 мл.
Один из способов предсказать, насколько растворимым будет растворимое вещество в растворителе, — следовать правилу «подобное растворяется подобным». Полярные растворенные вещества или растворенные вещества с ионными связями или большими внутримолекулярными различиями в электроотрицательности, как правило, более растворимы в полярных растворителях и менее растворимы в неполярных растворителях. Неполярные растворенные вещества, как правило, лучше растворимы в неполярных растворителях и менее растворимы в полярных растворителях.
Равновесие растворимости
Когда растворенное вещество растворяется, молекулы растворителя образуют слабые взаимодействия с молекулами растворенного вещества под действием межмолекулярных сил, одновременно взаимодействуя друг с другом с помощью внутримолекулярных сил. Процесс растворения и удержания растворенного вещества в растворе известен как сольватация. Растворение происходит по-разному в зависимости от растворяемой молекулы. Ионные соли, сильные кислоты и сильные основания будут диссоциировать на составляющие их ионы. Комплексы переходных металлов обычно заменяют некоторые из своих лигандов на молекулы растворителей. Другие молекулы могут быть просто сольватированы как есть.
Каждый обратимый процесс растворения может быть записан в виде химического уравнения и имеет константу равновесия. Например, при растворении хлорида натрия в воде будет написано:
NaCl(s) ⇌ Na+(aq) + Cl-(aq)
Когда раствор еще не насыщен, обычно предпочтительнее растворение. Как только раствор насыщен, он находится в динамическом равновесии. На каждую дополнительную молекулу хлорида натрия, которая растворяется, молекула хлорида натрия будет выпадать в осадок из раствора, поэтому общих изменений в системе не происходит.
Для общей реакции aA + bB ⇌ cC + dD упрощенная константа равновесия записывается как:
![Уравнение равновесия Keq=[C]^c[D]^d/[A]^a[B]^b; Формула химической реакции.](/CDNSource/lm/labs/47/47_Concepts_2.jpg)
При расчете константы равновесия для процесса растворения концентрации любых твердых веществ могут быть установлены равными 1. Таким образом, существует более простой вариант уравнения, предназначенный для соединений, диссоциирующих при растворении, таких как ионные соли:
AxBy(s) ⇌ xA+(aq) + yB-(aq)
Ksp = [A]x[B]y
Ksp называется произведением растворимости и может использоваться всякий раз, когда требуется константа равновесия.
термодинамика
Один из основных принципов термодинамики заключается в том, что системы движутся к более низкоэнергетическим, более неупорядоченным состояниям, когда это возможно. Это одна из движущих сил химических реакций. Тем не менее, может быть трудно предсказать, что поражает наилучшим балансом энергии и беспорядка, исходя только из химического уравнения.
Например, при растворении растворенного вещества наблюдается как увеличение, так и уменьшение беспорядка. Переход от упорядоченного твердого тела к сольватированным молекулам, движущимся в растворе, увеличивает беспорядок растворенного вещества, особенно если молекулы также диссоциируют на составляющие их ионы. Тем не менее, молекулы растворителя должны собраться в упорядоченную «клетку» вокруг каждой молекулы или диссоциированного иона, чтобы сольватировать его.
Константа равновесия реакции связана с количеством энергии в системе, доступной для выполнения обратимой работы, которое называется свободной энергией Гиббса или энергией Гиббса и сокращается как G. Изменение энергии Гиббса до и после реакции или процесса записывается как ΔG, и его можно вычислить из константы равновесия для этой реакции с помощью следующего уравнения:
ΔG = –RT ln(K)
где R — постоянная идеального газа, T — температура в Кельвинах, а K — постоянная равновесия.
Если ΔG положительна, система имеет более высокую энергию Гиббса в конце реакции, чем в начале реакции. Обычно это означает, что система должна поглощать энергию для выполнения реакции. Если ΔG отрицательный, система имеет более низкую энергию Гиббса в конце реакции. Это означает, что у системы уже было достаточно энергии для выполнения реакции. Реакции с отрицательным ΔG называются спонтанными реакциями.
Энергия Гиббса связана с двумя другими полезными термодинамическими параметрами, энтропией (S) и энтальпией (H), следующим уравнением:
ΔG = ΔH – TΔS
Энтропия представляет собой беспорядок или случайность системы. Мы предполагаем, что наши реакции протекают в изолированной системе, поэтому во время реакции не может быть чистого уменьшения энтропии. Конечная величина энтропии должна быть равна или больше начальной величины, то есть общее изменение энтропии (ΔS) должно быть нулевым или положительным. Как только система находится в равновесии, не происходит чистого изменения энтропии.
Энтальпия представляет собой внутреннюю энергию системы плюс любую работу, вызванную изменениями давления или объема в системе. Поскольку любое изменение давления или объема в процессе растворения будет пренебрежимо малым, мы можем рассматривать изменение энтальпии как количество энергии, передаваемой в систему или из нее во время реакции, обычно как тепло.
Если изменение энтальпии (ΔH) положительное, система имеет больше внутренней энергии в конце реакции, чем в начале, и поэтому поглощает энергию во время реакции. Обычно это наблюдается по мере того, как система становится холоднее во время реакции, поэтому мы называем эти реакции эндотермическими. Если изменение энтальпии отрицательное, система имеет меньше внутренней энергии в конце реакции. Таким образом, система должна была выделять энергию во время реакции, обычно в виде тепла. Эти реакции называются экзотермическими.
Ссылки
- Harris, D.C. (2015). Количественный химический анализ. Нью-Йорк, Нью-Йорк: W.H. Freeman and Company.
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 Kc. 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.
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 Kc. 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.
Videos from this collection:
Now Playing
Solubility
Chemistry
92.4K Views
Lab Techniques
Chemistry
233.3K Views
Scientific Measurement and Lab Skills
Chemistry
160.4K Views
Stoichiometry, Product Yield, and Limiting Reactants
Chemistry
83.2K Views
Redox Reactions
Chemistry
129.2K Views
Ideal Gas Law
Chemistry
145.1K Views
Acid and Base Concentrations
Chemistry
116.9K Views
Buffers
Chemistry
141.8K Views
Enthalpy of Reaction
Chemistry
132.7K Views
Metal Flame Emission
Chemistry
75.4K Views
Balmer Series
Chemistry
81.3K Views
Beer's Law
Chemistry
83.4K Views
Concentration Dependence
Chemistry
28.5K Views
Temperature Dependence
Chemistry
30.1K Views
Galvanic Cells
Chemistry
74.1K Views
See More