§ 7. Характеристики розчинів

У хімії розчини умовно поділяють на концентровані та розведені. Розчин, в якому міститься багато розчиненої речовини та, відповідно, мало розчинника, називають концентрованим (рис. 7.1). Наприклад, розсіл – це концентрований розчин кухонної солі, а цукровий сироп – концентрований розчин цукру. У розведеному розчині міститься мало розчиненої речовини. Підсолений суп і несолодкий чай із цукром – розведені розчини.

Мал. 7.1. Концентрований та розбавлений розчини відрізняються кількістю частинок розчиненої речовини у розчиннику

Відомий вам оцет є водним розчином оцтової кислоти. Його випускають різної концентрації (від 4 до 12%), обов'язково вказуючи на етикетці (рис. 7.2).

Мал. 7.2. Розчини оцтової кислоти різної концентрації: а, б розбавлені розчини (столовий або яблучний оцет); в - концентрований розчин (оцтова есенція)

Чіткої межі між концентрованими і розведеними розчинами немає, як немає межі між поняттями «мало» і «багато». Іноді вважають, що в концентрованому розчині маси розчиненої речовини та розчинника повинні відрізнятися не більше ніж у 10 разів, тобто концентрований – це розчин із масовою часткою розчиненої речовини понад 10 %.

Насичені та ненасичені розчини

Розчин, у якому речовина ще може розчинятися за певної температури, називають ненасиченим (рис. 7.3, а, с. 40). Ненасиченим, наприклад, буде розчин, отриманий додаванням 5 г кухонної солі (приблизно одна чайна ложка) до 100 г води.

Мал. 7.3.Розчини різної концентрації: а - ненасичений розчин (додані кристали речовини з часом розчиняються); б - насичений розчин (при додаванні речовини воно вже не розчиняється); в - пересичений розчин (розчинена речовина виділяється з розчину, додані кристали збільшуються в розмірах)

Розчин, у якому за певної температури речовина більше не розчиняється, називають насиченим (рис. 7.3, б, с. 40). У насиченому розчині вміст розчиненої речовини є максимальним за цих умов. Наприклад, розчинність кухонної солі при кімнатній температурі становить 36 г на 100 г води, отже для приготування насиченого розчину потрібно розчинити 36 г солі в 100 г води. Більшу кількість солі за цих умов розчинити вже неможливо. Маса цього розчину дорівнюватиме 136 г.

При повільному охолодженні насичених розчинів багатьох солей або при поступовому випаровуванні води надлишкова сіль виділяється з розчину у вигляді кристалів або утворюється пересичений розчин (рис. 7.3 в).

За певних умов можна отримати пересичений розчин, тобто розчин, в якому розчинено речовини більше, ніж може бути розчинено за даної температури. Такі розчини дуже нестабільні і при незначному впливі «намагаються» надлишок речовини виділити в осад. Наприклад, пересичений розчин ацетату натрій навіть від дотику до нього виділяє надлишок солі і перетворюється в суміш води з сіллю.

Кристалізація пересиченого розчину

Масова частка розчиненої речовини

Однією з характеристик розчинів є масова частка розчиненої речовини, яку ви вивчали ще у 7 класі.

• Масова частка розчиненої речовини у розчині показує, яка частина маси розчину посідає розчинене речовина.

Згадаймо, що масову частку розраховують за такою формулою:

При цьому маса розчину дорівнює сумі мас всіх компонентів розчину:

m(розчину) = m(речовини) + m(води)

Знаючи масу розчину та масову частку розчиненої речовини, можна обчислити масу розчиненої речовини:

m(речовини) = w(речовини) · m(розчину)

Щоб повторити, як розраховувати масову частку розчиненої речовини, розглянемо типові завдання.

Завдання 1. Обчисліть масу розчину кислоти з часткою 30 %, який містить 90 г кислоти.

Знаючи склад насичених розчинів, можна розрахувати масову частку речовин у них або визначити маси речовин для їх приготування.

Завдання 2. При певній температурі у воді масою 100 г розчиняється ферум(II) сульфат масою максимум 26,3 г. Обчисліть масову частку ферум(II) сульфату в такому насиченому розчині.

Завдання 3. За кривою розчинності (рис. 6.3) визначте максимальну розчинність калій нітрату при 20 °С і розрахуйте масову частку солі в такому насиченому розчині.

Завдання 4. Обчисліть маси купрум(II) сульфату та води, що містяться в мідному купоросі масою 25 г.

Лінгвістична задача

Латиною centrum означає «центр», а з префіксом con- це слово означає «скупчення, зосередження» (сил або засобів). Поясніть значення термінів «концентричні (наприклад, кола)», «концентровані (наприклад, розчини)» та «концентрація (розчинів)».

• Рекордсменом розчинності у воді є стибій(III) хлорид. Алхіміки називали цю речовину серйозною олією. За звичайних умов 1 л води можна розчинити майже 10 кг цієї речовини. Ще одним вражаючим прикладом розчинності твердих речовин є цезій флуорид: при 0 ° С в 1 л води розчиняється понад 5 кг цієї речовини.

• У північних морях, де температура води нижча, ніж у теплих, живе набагато більше риби, тому що розчинність кисню в холодній воді більша.

Ключова ідея

Розчин, в якому речовина вже не може розчинятися за певної температури, називають насиченим, а якщо речовина ще може розчинятися, то розчин є ненасиченим. Розчини з великою кількістю розчиненої речовини називають концентрованими, а з малим розведеними.

Завдання для засвоєння матеріалу

77. Дайте визначення поняттям: "розчинність", "насичений розчин", "ненасичений розчин", "розведений розчин", "концентрований розчин".

78. Чи можна приготувати розчин, який одночасно є і насиченим, і розбавленим? і концентрованим, і ненасиченим? Наведіть приклади.

79. За даними, наведеними в попередньому параграфі, визначте, чи можна приготувати насичений при 20 °С розчин, використовуючи 10 г води та по 1 г солей: а) кухонної солі; б) калійної селітри; в) крейди.

80. У 100 г води при 20 °С розчинили кухонну сіль масою 32 г. Чи буде такий розчин: а) насиченим; б) концентрованим?

81. Який об'єм води необхідний для приготування насиченого розчину калію хлориду, що містить 54 г солі, якщо розчинність калій хлориду за даної температури становить 33 г на 100 г води? Обчисліть масу цього розчину.

82. При температурі 60 °С 100 г води максимально розчиняється 110 г калій нітрату. Визначте масову частку солі в насиченому за цієї температури розчині.

83. Який обсяг води необхідний для приготування насиченого розчину магній сульфату, що містить 10 г солі, якщо розчинність солі за даної температури дорівнює 33,7 г на 100 г води?

84. В 1 л води при 0 ° С та атмосферному тиску розчиняється близько 500 л гідроген хлориду (н. у.).Обчисліть масову частку гідрогену хлориду в насиченому розчині. Як змінити умови, щоб отримати більш концентрований розчин?

85. Визначте максимально можливу масу калій хлориду, яку можна розчинити у воді масою 100 г при 25 °С, якщо для приготування насиченого розчину за цієї температури на 25 г води потрібна сіль масою 8,75 г.

86. Розрахуйте масу осаду, що утворюється при зливанні розчину, який містить ферум(ІІІ) хлорид у достатній кількості, та 200 г розчину з масовою часткою гідроксиду натрій 0,24.

87. До розчину калій карбонату масою 200 г з масовою часткою солі 6,9 % додавали хлоридну кислоту до припинення виділення газу. Обчисліть обсяг газу, що виділився (н. у.).

88. Хлоридну кислоту масою 150 г з масовою часткою кислоти 3,65 % нейтралізували барій гідроксидом. Обчисліть масу утвореної солі.

89*. При застосуванні цинку як мікродобрива його додають у кількості близько 4 кг цинку сульфат гептагідрату ZnSO₄ · 7H₂O на гектар. Обчисліть масу безводної солі у цьому зразку кристалогідрату.

90*. Обчисліть масову частку солі у розчині, отриманому додаванням води масою 500 г: а) до мідного купоросу масою 62,5 г; б) глауберової солі масою 80,5 г; в) залізного купоросу масою 278 г; г) манган(ІІ) сульфат гептагідрату MnSO₄ · 7H₂O масою 138,5 р.

91*. Для обробки рослин використовують розчин ферум(ІІ) сульфату з масовою часткою 2%. Обчисліть маси ферум(ІІ) сульфату гептагідрату та води, необхідні для приготування такого розчину масою 1 кг.

§ 7. Характеристики розчинів

У хімії розчини умовно поділяють на концентровані та розведені. Розчин, в якому міститься багато розчиненої речовини та, відповідно, мало розчинника, називають концентрованим (рис. 7.1).Наприклад, розсіл – це концентрований розчин кухонної солі, а цукровий сироп – концентрований розчин цукру. У розведеному розчині міститься мало розчиненої речовини. Підсолений суп і несолодкий чай із цукром – розведені розчини.

Мал. 7.1. Концентрований та розбавлений розчини відрізняються кількістю частинок розчиненої речовини у розчиннику

Відомий вам оцет є водним розчином оцтової кислоти. Його випускають різної концентрації (від 4 до 12%), обов'язково вказуючи на етикетці (рис. 7.2).

Мал. 7.2. Розчини оцтової кислоти різної концентрації: а, б розбавлені розчини (столовий або яблучний оцет); в - концентрований розчин (оцтова есенція)

Чіткої межі між концентрованими і розведеними розчинами немає, як немає межі між поняттями «мало» і «багато». Іноді вважають, що в концентрованому розчині маси розчиненої речовини та розчинника повинні відрізнятися не більше ніж у 10 разів, т.е. е. концентрований - це розчин з масовою часткою розчиненої речовини більше 10%.

Насичені та ненасичені розчини

Розчин, у якому речовина ще може розчинятися за певної температури, називають ненасиченим (рис. 7.3, а, с. 40). Ненасиченим, наприклад, буде розчин, отриманий додаванням 5 г кухонної солі (приблизно одна чайна ложка) до 100 г води.

Мал. 7.3. Розчини різної концентрації: а - ненасичений розчин (додані кристали речовини з часом розчиняються); б - насичений розчин (при додаванні речовини воно вже не розчиняється); в - пересичений розчин (розчинена речовина виділяється з розчину, додані кристали збільшуються в розмірах)

Розчин, у якому за певної температури речовина більше не розчиняється, називають насиченим (рис. 7.3, б, с. 40). У насиченому розчині вміст розчиненої речовини є максимальним за цих умов. Наприклад, розчинність кухонної солі при кімнатній температурі становить 36 г на 100 г води, отже для приготування насиченого розчину потрібно розчинити 36 г солі в 100 г води. Більшу кількість солі за цих умов розчинити вже неможливо. Маса цього розчину дорівнюватиме 136 г.

При повільному охолодженні насичених розчинів багатьох солей або при поступовому випаровуванні води надлишкова сіль виділяється з розчину у вигляді кристалів або утворюється пересичений розчин (рис. 7.3 в).

За певних умов можна отримати пересичений розчин, тобто розчин, в якому розчинено речовини більше, ніж може бути розчинено за даної температури. Такі розчини дуже нестабільні і при незначному впливі «намагаються» надлишок речовини виділити в осад. Наприклад, пересичений розчин ацетату натрій навіть від дотику до нього виділяє надлишок солі і перетворюється в суміш води з сіллю.

Кристалізація пересиченого розчину

Масова частка розчиненої речовини

Однією з характеристик розчинів є масова частка розчиненої речовини, яку ви вивчали ще у 7 класі.

• Масова частка розчиненої речовини у розчині показує, яка частина маси розчину посідає розчинене речовина.

Згадаймо, що масову частку розраховують за такою формулою:

При цьому маса розчину дорівнює сумі мас всіх компонентів розчину:

m(розчину) = m(речовини) + m(води)

Знаючи масу розчину та масову частку розчиненої речовини, можна обчислити масу розчиненої речовини:

m(речовини) = w(речовини) · m(розчину)

Щоб повторити, як розраховувати масову частку розчиненої речовини, розглянемо типові завдання.

Завдання 1. Обчисліть масу розчину кислоти з часткою 30 %, який містить 90 г кислоти.

Знаючи склад насичених розчинів, можна розрахувати масову частку речовин у них або визначити маси речовин для їх приготування.

Завдання 2. При певній температурі у воді масою 100 г розчиняється ферум(II) сульфат масою максимум 26,3 г. Обчисліть масову частку ферум(II) сульфату в такому насиченому розчині.

Завдання 3. За кривою розчинності (рис. 6.3) визначте максимальну розчинність калій нітрату при 20 °С і розрахуйте масову частку солі в такому насиченому розчині.

Завдання 4. Обчисліть маси купрум(II) сульфату та води, що містяться в мідному купоросі масою 25 г.

Лінгвістична задача

Латиною centrum означає «центр», а з префіксом con- це слово означає «скупчення, зосередження» (сил або засобів). Поясніть значення термінів «концентричні (наприклад, кола)», «концентровані (наприклад, розчини)» та «концентрація (розчинів)».

• Рекордсменом розчинності у воді є стибій(III) хлорид. Алхіміки називали цю речовину серйозною олією. За звичайних умов 1 л води можна розчинити майже 10 кг цієї речовини. Ще одним вражаючим прикладом розчинності твердих речовин є цезій флуорид: при 0 ° С в 1 л води розчиняється понад 5 кг цієї речовини.

• У північних морях, де температура води нижча, ніж у теплих, живе набагато більше риби, тому що розчинність кисню в холодній воді більша.

Ключова ідея

Розчин, в якому речовина вже не може розчинятися за певної температури, називають насиченим, а якщо речовина ще може розчинятися, то розчин є ненасиченим. Розчини з великою кількістю розчиненої речовини називають концентрованими, а з малим розведеними.

Завдання для засвоєння матеріалу

77. Дайте визначення поняттям: "розчинність", "насичений розчин", "ненасичений розчин", "розведений розчин", "концентрований розчин".

78. Чи можна приготувати розчин, який одночасно є і насиченим, і розбавленим? і концентрованим, і ненасиченим? Наведіть приклади.

79. За даними, наведеними в попередньому параграфі, визначте, чи можна приготувати насичений при 20 °С розчин, використовуючи 10 г води та по 1 г солей: а) кухонної солі; б) калійної селітри; в) крейди.

80. У 100 г води при 20 °С розчинили кухонну сіль масою 32 г. Чи буде такий розчин: а) насиченим; б) концентрованим?

81. Який об'єм води необхідний для приготування насиченого розчину калію хлориду, що містить 54 г солі, якщо розчинність калій хлориду за даної температури становить 33 г на 100 г води? Обчисліть масу цього розчину.

82. При температурі 60 °С 100 г води максимально розчиняється 110 г калій нітрату. Визначте масову частку солі в насиченому за цієї температури розчині.

83. Який обсяг води необхідний для приготування насиченого розчину магній сульфату, що містить 10 г солі, якщо розчинність солі за даної температури дорівнює 33,7 г на 100 г води?

84. В 1 л води при 0 ° С та атмосферному тиску розчиняється близько 500 л гідроген хлориду (н. у.). Обчисліть масову частку гідрогену хлориду в насиченому розчині.Як змінити умови, щоб отримати більш концентрований розчин?

85. Визначте максимально можливу масу калій хлориду, яку можна розчинити у воді масою 100 г при 25 °С, якщо для приготування насиченого розчину за цієї температури на 25 г води потрібна сіль масою 8,75 г.

86. Розрахуйте масу осаду, що утворюється при зливанні розчину, який містить ферум(ІІІ) хлорид у достатній кількості, та 200 г розчину з масовою часткою гідроксиду натрій 0,24.

87. До розчину калій карбонату масою 200 г з масовою часткою солі 6,9 % додавали хлоридну кислоту до припинення виділення газу. Обчисліть обсяг газу, що виділився (н. у.).

88. Хлоридну кислоту масою 150 г з масовою часткою кислоти 3,65 % нейтралізували барій гідроксидом. Обчисліть масу утвореної солі.

89*. При застосуванні цинку як мікродобрива його додають у кількості близько 4 кг цинку сульфат гептагідрату ZnSO₄ · 7H₂O на гектар. Обчисліть масу безводної солі у цьому зразку кристалогідрату.

90*. Обчисліть масову частку солі у розчині, отриманому додаванням води масою 500 г: а) до мідного купоросу масою 62,5 г; б) глауберової солі масою 80,5 г; в) залізного купоросу масою 278 г; г) манган(ІІ) сульфат гептагідрату MnSO₄ · 7H₂O масою 138,5 р.

91*. Для обробки рослин використовують розчин ферум(ІІ) сульфату з масовою часткою 2%. Обчисліть маси ферум(ІІ) сульфату гептагідрату та води, необхідні для приготування такого розчину масою 1 кг.