Przeczytaj
Rozpuszczalność
Substancje stałe, ciekłe lub gazowe różnią się zdolnościami do tworzenia z innymi substancjami układów homogenicznychukładów homogenicznych. Rozpuszczanie to fizyczny proces mieszania się dwóch substancji, prowadzący do otrzymania roztworu.
Rozpuszczalność substancji zależy od:
rodzaju substancji rozpuszczonej;
rodzaju rozpuszczalnika;
temperatury (rozpuszczalność większości ciał stałych i cieczy rośnie wraz ze wzrostem temperatury, a rozpuszczalność gazów maleje);
ciśnienia – tylko dla gazów (ich rozpuszczalność rośnie wraz ze wzrostem ciśnienia oraz od wpływu wspólnego jonu);
stanu rozdrobnienia substancji stałej;
bodźców mechanicznych, takich jak mieszanie przy rozpuszczaniu ciała stałego w cieczy, wstrząsy obniżające rozpuszczalność gazu w cieczy, które ułatwiają wydzielanie gazu z roztworu.
Rozpuszczalność jest cechą danej pary substancji rozpuszczanej i rozpuszczalnika w określonej temperaturze. Na ogół ilość substancji, którą można rozpuścić w danej ilości rozpuszczalnika i w określonej temperaturze, jest ograniczona i prowadzi do uzyskania tzw. roztworu nasyconegoroztworu nasyconego. Ilość substancji niezbędnej do uzyskania roztworu nasyconego określa wielkość fizyczna zwana rozpuszczalnością.
Rozpuszczalność to liczba gramów danej substancji niezbędna do nasycenia 100 g rozpuszczalnika w danej temperaturze. Krzywe rozpuszczalności przedstawiają zmiany rozpuszczalności substancji w zależności od temperatury.
Efekty towarzyszące procesowi rozpuszczania to np. zmiana temperatury i zmiana objętości roztworu (zjawisko dylatacji dylatacji lub kontrakcjikontrakcji). W czasie rozpuszczania następuje solwatacja, czyli otaczanie cząsteczek (lub jonów) substancji rozpuszczonej przez cząsteczki rozpuszczalnika. Solwatację w roztworach wodnych nazywamy hydratacją.
Pojęcie rozpuszczalności nie odnosi się jedynie do cieczy i gazów. Przykładem są amalgamaty otrzymywane poprzez rozpuszczenie metali w ciekłej rtęci. Ponieważ większość metali jest rozpuszczalna w rtęci, amalgamaty znalazły zastosowanie w kopalniach złota. Dlaczego? Główną trudnością podczas wydobywania złota jest oddzielanie bardzo małych cząstek czystego złota od ton kruszonej skały. Jednym ze sposobów na osiągnięcie tego jest mieszanie zawiesiny pokruszonej skały z ciekłą rtęcią, która rozpuszcza złoto (a także wszelkie metaliczne srebro, które może być obecne). Bardzo gęsty płynny amalgamat złoto‑rtęć jest następnie izolowany, a rtęć oddestylowana.
Etapy procesu rozpuszczania
Proces rozpuszczania substancji krystalicznej w ciekłym rozpuszczalniku przebiega w kilku etapach, które zostały przedstawione w poniższej tabeli. Poszczególne etapy mogą być procesami egzoenergetycznymiegzoenergetycznymi lub endoenergetycznymiendoenergetycznymi.
Etapy procesu rozpuszczania | Charakterystyka energetyczna etapów procesu rozpuszczania | Typ etapu |
|---|---|---|
niszczenie sieci krystalicznej substancji (odrywanie jonów z powierzchni kryształu) | energia potrzebna do zniszczenia sieci krystalicznej substancji rozpuszczonej jest przekazana z otoczenia do układu (EIndeks dolny 11). | proces endoenergetyczny |
niszczenie oddziaływań międzycząsteczkowych w rozpuszczalniku | energia potrzebna do zniszczenia oddziaływań międzycząsteczkowych w rozpuszczalniku jest przekazana z otoczenia do układu (EIndeks dolny 22). | proces endoenergetyczny |
powstanie oddziaływań między jonami substancji rozpuszczonej a cząsteczkami rozpuszczalnika | energia uwodnienia (hydratacji) jonów substancji rozpuszczonej jest uwalniania w trakcie procesu do otoczenia (EIndeks dolny 33). | proces egzoenergetyczny |
Rozpuszczanie stałego w wodzie jest procesem, któremu towarzyszy podwyższenie temperatury układu, gdyż:
Rozpuszczanie stałego w wodzie jest natomiast procesem, któremu towarzyszy obniżenie temperatury układu, gdyż:
Słownik
(gr. homogenés ,,jednorodny”, ,,pokrewny”) układ, w którym występuje tylko jedna faza
roztwór zawierający maksymalną w danych warunkach (temperatury, ciśnienia) ilość substancji rozpuszczonej (równą jej rozpuszczalności w tych warunkach)
zmiana objętości mieszaniny lub roztworu, która jest wynikiem zachodzącej reakcji chemicznej lub oddziaływań pomiędzy składnikami mieszaniny. W roztworach i mieszaninach, w których nie zachodzą reakcje chemiczne, zjawisko kontrakcji prowadzi do zmniejszenia objętości. Wynika to z obniżonej ruchliwości cząsteczek wskutek powstawania aglomeratów połączonych oddziaływaniami międzycząsteczkowymi. Mieszaniną, która wykazuje mniejszą objętość niż użyte do jej sporządzenia składniki, jest mieszanina wody i etanolu. W tym przypadku za zjawisko kontrakcji odpowiadają utworzone wiązania wodorowe powstające pomiędzy atomami wodoru grupy hydroksylowej etanolu a wolnymi parami elektronów na atomie tlenu w cząsteczce wody
inaczej: rozszerzalność cieplna; zmiana rozmiarów ciała podczas ogrzewania, która jest wynikiem wzrostu energii ruchu jego cząsteczek, prowadząca do zwiększenia średnich odległości między nimi. Zjawisku dylatacji podlegają ciała stałe, ciecze oraz gazy. Istnieją różnice w sposobach rozszerzania termicznego - można wyróżnić tutaj izotropowość i jednolitość. Izotropowość cechuje się zwiększaniem rozmiarów danego obiektu o taką samą wartość w każdym kierunku, natomiast anizotropowość wykazuje ukierunkowane rozszerzanie się. Przykładem zastosowania dylatacji cieczy jest zasada działania termometrów. Podczas mierzenia temperatury za pomocą termometru możemy zaobserwować rozszerzalność cieczy pod wpływem ciepła, dzięki czemu można odczytać temperaturę badanego środowiska
proces przebiegający z wydzieleniem energii do otoczenia
proces przebiegający z pochłanianiem energii z otoczenia
ilość substancji niezbędnej do uzyskania roztworu nasyconego, charakterystyczna dla danej substancji rozpuszczanej i rozpuszczalnika; zależy od temperatury prowadzenia procesu
(łac. solvo „poluzowanie”, „rozwiązać”) oddziaływanie cząsteczek rozpuszczalnika z jonami lub cząsteczkami substancji rozpuszczonej, prowadzące do powstania połączeń zw. solwatami
Bibliografia
Krzeczkowsk M., Loch J., Mizera A., Repetytorium chemia : Liceum - poziom podstawowy i rozszerzony, Wydawnictwo Szkolne PWN, Warszawa - Bielsko‑Biała 2010.