Хімія. 9 клас. Гранкіна

§ 7. НАСИЧЕНІ Й НЕНАСИЧЕНІ, КОНЦЕНТРОВАНІ Й РОЗВЕДЕНІ РОЗЧИНИ. КРИСТАЛОГІДРАТИ

НАСИЧЕНІ Й НЕНАСИЧЕНІ РОЗЧИНИ

Існують речовини, які змішуються в будь-яких співвідношеннях, наприклад спирт і вода. Взаємна розчинність інших речовин обмежена.

Наприклад, візьмемо склянку з водою й додамо небагато (кілька кристаликів) кухонної солі. Сіль добре розчиняється. Осаду на дні склянки немає. Можна додати ще кілька кристаликів. Сіль знову вся розчиниться. Вочевидь таку саму операцію можна виконати ще кілька разів.

Розчин, у якому речовина ще може розчинятися за певної температури, називається ненасиченим.

Продовжимо додавати сіль в отриманий розчин. З якогось моменту сіль перестане розчинятися, і як би ми не намагалися її розчинити, перемішуючи розчин, осад буде присутній. Розчин над осадом називають насиченим (рис. 22).

Рис. 22. Насичений розчин

Розчин, у якому речовина більше не розчиняється за певних умов, називають насиченим.

Отже, існує така концентрація розчиненої речовини, за якої ця речовина за незмінних умов більше не розчиняється. Це пояснюється тим, що кількість частинок, здатних перейти в розчин, часто обмежена. У насичених розчинах число частинок розчиненої речовини, які переходять у розчин, дорівнює числу частинок, які з розчину переходять в осад. Рухливу рівновагу, що установилася між осадом і насиченим розчином, називають динамічною (рис. 23).

Рис. 23. Динамічна рівновага в насиченому розчині

• Насиченим називають розчин над осадом.

Зверніть увагу, що ми говоримо про розчинення речовин за одних і тих самих умов. Це дуже важливо. Чому? Про це розповімо в наступному параграфі.

Дізнайтеся більше

Обережно охолоджуючи розчин деяких речовин, насичений за більш високої температури, можна одержати пересичений розчин, вміст розчиненої речовини в якому більший, ніж у насиченому розчині за даної температури. Такі розчини нестійкі. Наприклад, пересичені розчини легко можна одержати з натрій ацетату. Напевно, ця сіль є у вашій шкільній лабораторії, а якщо немає — то її можна одержати взаємодією харчової соди й оцту. Варто одержати досить концентрований розчин за постійного нагрівання, обережно охолодити його й кинути кристалик цієї самої солі, як моментально чудовим чином увесь розчин перетворюється на льодоподібну масу.

КОНЦЕНТРОВАНІ Й РОЗВЕДЕНІ РОЗЧИНИ

Такі якісні поняття, як «розведений» і «концентрований», свідчать тільки про те, що розчин містить мало або багато розчиненої речовини. Якщо ми розчинимо декілька кристалів цукру в склянці води, розчин буде розведений, а якщо в тому самому об'ємі води розчинимо 3 столові ложки цукру — розчин буде концентрованим.

Концентрація розчину — це величина, яка характеризує співвідношення між розчиненою речовиною й розчинником.

Зазвичай указують чисельне значення концентрації розчину. У 7 класі ви вивчали один з виразів концентрації розчиненої речовини — масову частку (ω). Дуже умовно для речовин, що добре розчиняються у воді, розбавленим можна вважати розчин з ω < 10-15 %, а концентрованим — ω > 40-50 %. Однак для розчинів різних речовин ці значення можуть бути різними.

Не плутайте насичені розчини з концентрованими, а ненасичені — з розведеними. Наприклад, розчинність кальцій гідроксиду дорівнює 0,185 г в 100 г води, отже, розчин насичений, тобто більше ця речовина не розчиняється, але концентрація її дуже низька, тобто це розведений розчин.

Інший приклад. У 100 г води може розчинитися 211,5 г цукру. У цьому випадку ми одержимо насичений розчин. Під час розчинення 100 г цукру в 100 г води одержуємо концентрований розчин, але ненасичений, тобто в ньому ще може розчинятися цукор.

КРИСТАЛОГІДРАТИ

Згадаємо, що частинки (молекули або йони) розчиненої речовини у водних розчинах гідратовані, тобто з'єднані з молекулами води. Під час нагрівання розчинів вода випаровується, а частинки розчиненої твердої речовини з'єднуються між собою, утворюючи кристали з певними кристалічними ґратками. При цьому частина молекул води із гідратної оболонки частинок може увійти до складу кристала. Такі кристали називають кристалогідратами (рис. 24). Кристалогідрати містяться і в осадах у насичених розчинах. Воду, яка міститься в кристалогідратах, називають кристалізаційною.

Кристалогідрати — це кристалічні речовини, до складу яких входять молекули води.

Наприклад, один із найпоширеніших кристалогідратів — мідний купорос. Його формулу записують так: CuSO4 · 5H2O. Це означає, що в складі кристала на 1 формульну одиницю купрум(ІІ) сульфату припадає 5 молекул кристалізаційної води.

Рис. 24. Кристалогідрат

Мідний купорос — назва традиційна, а от хімічна правильно звучить так: купрум(ІІ) сульфат пентагідрат.

Завдання 1. Назвіть кристалогідрати: FeSO4 · 7H2O і Na2SO4 · 10H2O.

Відповідь дивіться наприкінці параграфа.

Завдання 2. Напишіть формули кристалогідратів: кальцій сульфат дигідрат, натрій карбонат декагідрат.

Відповідь дивіться наприкінці параграфа.

Дізнайтеся більше

Цифри у формулах кристалогідратів перед молекулами води можуть бути різними, і в назві їх указують за допомогою префіксів, утворених в основному від грецьких числівників (іноді від латинських). Ця таблиця допоможе вам правильно скласти назви.

Префікси, утворені з коренів грецьких (і деяких латинських) числівників:

1/2 — гемі-

1 — моно-

2 — ди- або бі-

3 — три-

4 — тетра-

5 — пента-

6 — гекса-

7 — гепта-

8 — окта-

9 — еннеа- або нона- (лат.)

10 — дека-

Зверніть увагу, що кристалогідрати мають свої традиційні назви: FeSO4 · 7Η2Ο — залізний купорос. Однак безводну сіль FeSO4 уже назвати купоросом не можна, тому потрібно застосувати хімічну назву: ферум(ІІ) сульфат (рис. 25).

Рис. 25. Кристалогідрати

У природі до складу мінералів теж часто входять молекули води, тобто вони є кристалогідратами.

Як рахувати молярні маси кристалогідратів?

Приклад 1. Обчисліть молярну масу мідного купоросу.

Розв'язання

Запишемо формулу:

CuSO4 · 5H2O.

Цей запис означає, що молярна маса кристалогідрату дорівнює молярній масі CuSO4 плюс 5 молярних мас води.

Одержуємо:

— Найголовніше не забути, що « · » у формулі кристалогідратів вважаємо як знак «+». Це не множення!

Завдання 3. Обчисліть молярну масу залізного купоросу.

Відповідь дивіться наприкінці параграфа.

Властивості кристалогідратів

Під час обережного нагрівання кристалогідратів вода, яка входить до їхнього складу, випаровується. При цьому може змінюватися колір кристалогідрату.

Дослід «Нагрівання кристалогідратів»

Візьмемо гарні сині кристали мідного купоросу й почнемо обережно нагрівати. Під час нагрівання кристалогідрати поступово втрачають воду й змінюють колір. Так, наприклад, за t ≤ 100 °С сині кристали CuSO4 · 5H2O стають блідо-синіми CuSO4 · 3H2O, а за t = 150 °С стають блакитними CuSO4 · H2O, за t = 258 °С кристали повністю втрачають воду й перетворюються на білі безводні кристали CuSO4. Причина зміни кольору — видалення молекул води з кристалогідрату.

Мозковий штурм

Є розчин медичного спирту. Потрібно збільшити концентрацію спирту в цьому розчині, тобто забрати зайву воду. Запропонуйте рішення. Перегонку не використовуємо.

Можливий і зворотний процес: безводний мідний купорос білого кольору на повітрі поступово стає блакитним, приєднуючи молекули води з повітря. Гідрати можуть утворювати не тільки кристалічні речовини. Наприклад, сульфатна кислота активно з'єднується з молекулами води, утворюючи моногідрати H2SO4 · H2O. Вона так активно поглинає воду, що її часто використовують для осушення газів, нафтопродуктів та ін. Інші речовини, які утворюють кристалогідрати, також можна використовувати як осушувачі.

Зробимо висновки:

ДОМАШНІЙ ЕКСПЕРИМЕНТ

Як виростити кристал?

Під час виконання дослідів дотримуйтеся правил безпеки! Просимо допомоги батьків!

Перед виконанням експерименту треба приготувати собі на кухні робоче місце, заслати стіл клейонкою. Після закінчення роботи все прибрати та помити руки.

Кристали з розчину можна виділити не тільки під час випарювання. Якщо в насичений розчин, наприклад, мідного купоросу внести кристалик цієї самої солі, закріплений на ниточці, то поступово він буде рости, збільшуватися, тому що до нього будуть прикріплюватися нові кристали CuSO4 · 5H2O (рис. 26).

Рис. 26. Вирощування кристалів CuSO4

Насичений розчин готуємо так: у металічній ємності нагріваємо воду, у процесі нагрівання весь час додаємо кристали мідного купоросу й помішуємо розчин. Як тільки вода дійде до кипіння (не кип'ятити), а нова порція кристалів уже не буде розчинятися — розчин готовий.

Важливо, щоб використовуваний посуд був чистий, а вода — дистильована. Домішки будуть спотворювати структуру кристала та сповільнять його ріст. Так можна виростити кристали цукру, солі. Гарні безбарвні кристали утворюють алюмокалієві галуни KAl(SO4)2 · 12H2O, темно-фіолетові кристали — хромокалієві галуни KCr(SO4)2 · 12H2O.

Дізнайтеся більше

Галун

Галуном називають калій-алюміній сульфат додекагідрат KAl(SO4)2 · 12H2O. У давнину в Україні для знежирювання і протравлювання поверхні яйця перед розписуванням його фарбами користувалися алюмокалієвим галуном, звідси давня назва писанок на Поділлі — галунки. Галуни застосовують у медицині та косметології як дезінфікуючий і бактерицидний засіб, вони входять до складу масок і лосьйонів для жирної та пористої шкіри. Можна застосовувати тверді кристали, трошки змочені у воді, як дезодоранти.

І знову задачі...

Приклад 2. Обчисліть масову частку кристалізаційної води в кристалогідраті FeSO4 · 7H2O.

Приклад 3. Маса кристалогідрату CaSO4 · 2H2O дорівнює 17,2 г. Визначте кількість речовини безводної солі й води, які містяться в цьому зразку кристалогідрату.

ВІДПОВІДІ НА ЗАВДАННЯ ПАРАГРАФА

Завдання 1. Ферум(ІІ) сульфат гептагідрат і натрій сульфат декагідрат.

Завдання 2. CaSO4 · 2H2O; Na2CO3 · 10H2O.

Завдання 3. M(FeSO4 · 7H2O) = (56 + 32 + 16 · 4) + 7(2 + 16) = 152 + 126 = 278 г/моль.

ПЕРЕВІРТЕ СВОЇ ЗНАННЯ

  • 70. Які розчини називають насиченими? ненасиченими?
  • 71. Яка величина чисельно характеризує концентрацію розчину?
  • 72. Які речовини називають кристалогідратами?
  • 73. Що таке кристалізаційна вода?
  • 74. Де використовують кристалогідрати?

ВИКОНАЙТЕ ЗАВДАННЯ

75. Опишіть, як приготувати насичений розчин; ненасичений розчин. Як зробити насичений розчин ненасиченим, і навпаки?

76. Обчисліть масову частку кристалізаційної води в кристалогідратах: CoCl2 · 6H2O; CoCl2 · 4H2O; CoCl2 · H2O.

77. Формула кристалогідрату MgSO4 · 7Η2Ο. Обчисліть його молярну масу.

78. Маса кристалогідрату Na2SO4 · 10H2O дорівнює 32,2 г. Визначте масу безводної солі й води, які містяться в цьому зразку кристалогідрату.

79. Мідний купорос повністю висушили. Втрата маси склала 9 г. Визначте масу вихідного кристалогідрату.

Для допитливих

80. Розгляньте рисунок і вкажіть тип реакції, перебіг якої схематично зображено на ньому: а) обміну; б) заміщення; в) розкладу; г) сполучення.

Запропонуйте за поданим малюнком дві умови задачі й розв'яжіть їх.

81. У медичному спирті міститься 4 % води, в абсолютному спирті води зовсім немає. Як із допомогою однієї речовини — порошку купрум(ІІ) сульфату — розпізнати ці речовини? Стисло опишіть хід експерименту.

82. Масова частка води в кристалогідраті MgSO4 · xH2O становить 51,2 %. Визначте х у формулі кристалогідрату.

83. Масова частка безводної солі в кристалогідраті FeCl2 · xH2O дорівнює 63,8 %. Визначте х у формулі кристалогідрату.

84. Під час нагрівання кристалічної соди Na2CO3 · nH2O масою 2,86 г маса зменшилася на 1,8 г. Виведіть формулу кристалічної соди.