Что скрывается в прозрачной и мутной смеси
Сравни три смеси на уровне частиц. Ползунок показывает, какие частицы проходят через обычный бумажный фильтр.
Сравни исходную смесь, фильтр и собранную жидкость.
Схема объясняет процесс; размеры, расстояния и цвета частиц условны. Это учебная модель, а не инструкция проведения опыта.
Растворитель окружает частицы
При растворении частицы растворяемого вещества отделяются друг от друга и взаимодействуют с растворителем. Если растворитель — вода, окружение частицы молекулами воды называют гидратацией. Растворение не означает исчезновения вещества.
- Исходные вещества
Вода и кристалл
- Разделение частиц
Связи с соседями преодолеваются
- Взаимодействие с водой
Частицы гидратируются
- Однородное распределение
Образуется раствор
В водном растворе соль NaCl представлена гидратированными ионами, а сахар — преимущественно молекулами. Поэтому одинаково прозрачные смеси могут иметь разное строение. Вода служит средой распределения частиц, а не пустым пространством между ними.
Растворение включает взаимодействие вещества с растворителем. Частицы вещества сохраняются и распределяются в смеси.
Насыщенность сравнивает с пределом
Ненасыщенный раствор может растворить дополнительное количество данного вещества при тех же условиях. Насыщенный уже достиг предела растворимости. Температуру нужно указывать: предел меняется, поэтому одно и то же содержание может оказаться ниже или на уровне предела.
Насыщенность сравнивает с пределом
ОДНО ВЕЩЕСТВО • ОДНА ТЕМПЕРАТУРА
Осадок не входит в массу раствора над ним. Насыщенный раствор необязательно концентрированный.
Наличие кристаллов на дне после установления равновесия указывает, что раствор над ними насыщен. Сами кристаллы не входят в массу растворённого вещества. Раствор может быть насыщенным и без видимого осадка, если всё внесённое количество как раз равно пределу.
Подробности: понятия и примеры
| Признак / объект | Что означает | Пояснение |
|---|---|---|
| Ненасыщенный | Содержание ниже предела | Ещё порция может раствориться |
| Насыщенный | Содержание достигло предела | Избыток останется отдельной фазой |
| Раствор и осадок | Жидкость над кристаллами | Кристаллы не часть раствора |
Насыщенность оценивают при определённых условиях. Осадок и раствор над ним — разные части системы.
Модель молекулы воды H₂O
В модели молекулы воды два атома H соединены с одним O; цвета и размеры условны.
Ben Mills · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Строение кристалла поваренной соли
Кристаллическая структура NaCl: формула задаёт соотношение частиц, а не отдельную молекулу в кристалле.
Walkerma · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Растворимость и скорость — разные вопросы
Растворимость характеризует предельное содержание вещества при заданных условиях. Она зависит от природы вещества и растворителя, температуры, а для газов заметно зависит и от давления. В одном растворителе разные вещества растворяются неодинаково.
| Признак / объект | Что означает | Пояснение |
|---|---|---|
| Перемешивание | Ускоряет обмен у поверхности | Не меняет сам предел растворимости |
| Измельчение | Увеличивает поверхность | Помогает быстрее достичь равновесия |
| Температура | Меняет условия равновесия | Эффект зависит от вещества |
Измельчение кристалла и перемешивание обычно ускоряют растворение, но сами по себе не увеличивают равновесную растворимость. Температура меняет и скорость, и предел: для многих твёрдых веществ предел растёт при нагревании, для газов часто уменьшается.
Скорость описывает время процесса, а растворимость — его предел. Эти характеристики нельзя подменять друг другом.
Читаем растворимость в граммах на воду
Пусть условная соль при выбранной температуре растворяется в количестве 30 г на 100 г воды. В 200 г воды предельная масса составит 60 г. Если внести 80 г, то после равновесия 60 г окажутся в растворе, а 20 г останутся твёрдыми.
- Предел
30 г соли на 100 г воды
- Воды вдвое больше
В 200 г воды растворится 60 г
- Внесено 80 г
20 г останутся в осадке
- Масса жидкой части
200 + 60 = 260 г
Масса самого насыщенного раствора равна 200 + 60 = 260 г. Нельзя включать в неё оставшиеся 20 г кристаллов. Число 30 в условии — отношение к 100 г воды, а не процент от массы раствора: доля соли здесь 60/260 ≈ 23,1 %. Рассчитаем кристаллизацию в упрощённой модели без кристаллогидратов: при высокой температуре растворилось 60 г соли в 100 г воды, при охлаждении предел снизился до 40 г на 100 г воды. Если вода не испаряется, выпадет 20 г соли, а масса раствора над кристаллами станет 140 г. Массовая доля растворённой соли равна 40/140 ≈ 28,6 %, а не 40 %. Тепловой эффект растворения складывается из затрат на разделение частиц и выделения энергии при сольватации.
Растворимость часто задают на массу растворителя. Массовую долю считают относительно массы всего раствора.
Шесть выводов
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Химия, 11 класс», § 23. Материал переработан и дополнен разъяснениями; источник: 11 класс. Химия — § 23. Растворение как физико-химический процесс.pdf. Указаны условия реакций, единицы величин и границы применимости моделей. Числовые примеры решены по шагам.
Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.
OpenStax: Chemistry 2e