Історія
Починається дослідження розчинів і розчинності з фізичної теорії дисоціації. Вона найбільш проста для розуміння, однак занадто примітивна і тільки в частині моментів збігається з реальністю. Суть цієї теорії в тому, що розчинена речовина, потрапляючи в розчин, розпадається на заряджені частинки, що називаються іонами. Саме ці частки і зумовлюють хімічні властивості розчину і деякі його фізичні характеристики, в тому числі провідність і температуру кипіння, плавлення та кристалізації. Однак є більш складні теорії, які розглядають розчин як систему, частинки якої взаємодіють між собою і утворюють так звані сольвати - іони, оточені диполями. Диполь - це, в цілому, нейтральна молекула, полюси якої різнойменно заряджені. Диполем є найчастіше молекула розчинника. Потрапляючи в розчин, розчинена речовина розпадається на іони, а диполі притягуються до іонів різнойменно заряджених по відношенню до них кінцем, а до інших іонів - відповідно іншим різнойменно заряджених по відношенню до них кінцем. Таким чином і виходять сольвати - молекули з оболонкою з інших нейтральних молекул.Тепер поговоримо трохи про суті самих теорій і подивимося на них уважніше.
Теорії розчинів
Утворенням таких частинок можна пояснити безліч явищ, які не піддаються опису за допомогою класичної теорії розчинів. Наприклад, тепловий ефект реакції розчинення. З позицій теорії Арреніуса, складно сказати, чому при розчиненні одного речовини в іншому теплота може поглинатися і виділятися. Так, відбувається руйнування кристалічної решітки, і тому енергія якої витрачається і розчин охолоджується, або виділяється при розпаді через надмірність енергії хімічних зв'язків. Але пояснити це з позицій класичної теорії виявляється неможливим, так як залишається незрозумілим сам механізм руйнування. А якщо застосувати хімічну теорію розчинів, стає зрозуміло, що молекули розчинника, вклиниваясь в порожнечі решітки, руйнують її зсередини, як би "захищаючи" іони один від одного сольватного оболонкою. У наступному розділі ми розглянемо, що таке розчинність і все, що пов'язано з цієї, здавалося б, простий і інтуїтивно зрозумілою величиною.Поняття розчинності
Чисто інтуїтивно зрозуміло, що розчинність показує, як добре те чи інше речовина розчиняється в даному розчиннику. Однак про природу розчинення речовин нам відомо зазвичай дуже мало. Чому, наприклад, крейда не розчиняється у воді, а сіль - навпаки? Вся справа тут в міцності зв'язків усередині молекули. Якщо зв'язки міцні, то з-за цього ці частинки не можуть дисоціювати на іони, тим самим зруйнувавши кристал. Тому він і залишається нерозчинним.Розчинність - це кількісна характеристика, що показує, яка частка розчиненої речовини знаходиться у вигляді сольватовані частинок. Її величина залежить від природи розчиненої речовини і розчинника. Розчинність у воді для різних речовин різна, залежно від зв'язків між атомами в молекулі. Речовини з ковалентними зв'язками мають саму низьку розчинність, тоді як з іонними - найвищу. Але не завжди вдається зрозуміти, яка величина розчинності більша, а яка маленька. Тому в наступному розділі обговоримо, чому дорівнює розчинність різних речовин у воді.
Порівняння
У природі існує дуже багато рідких розчинників. Ще більше існує альтернативних речовин, які можуть служити останніми при досягненні певних умов, наприклад певного агрегатного стану. Стає ясно, що якщо збирати дані про розчинність один одного кожної пари "розчинена речовина - розчинник", не вистачить і цілої вічності, бо комбінацій виходить величезне число. Тому так повелося, що на нашій планеті універсальним розчинником і еталоном є вода. Зробили це тому, що вона найбільш поширена на Землі. Таким чином, була складена таблиця розчинності у воді для багатьох сотень і тисяч речовин. Всі ми бачили її, але у більш короткому і зрозумілою варіанті. У клітках таблиці вписані букви, що позначають розчинно речовина, нерозчинна або малорозчинна. Але є більш вузькоспеціалізовані таблиці для тих, хто серйозно розбирається в хімії. Там вказано точне чисельне значення розчинності в грамах на літр розчину. Тепер звернемося до теорії такого поняття, як розчинність.
Хімія розчинності
Як відбувається сам процес розчинення, ми вже розібрали в попередніх розділах. Але ось як, наприклад, записати це все у вигляді реакції? Тут все не так просто. Скажімо, при розчиненні кислоти відбувається реакція взаємодії іона водню з водою з утворенням іона гидроксония H 3 O + . Таким чином, для HCl рівняння реакції буде виглядати так:HCl + H 2 O = H 3 O + + Cl - Розчинність солей, що залежить від їх структури, також визначається своєю хімічною реакцією. Вид останньої залежить від структури солі та зв'язків всередині її молекул. Ми розібралися з тим, як записати графічно розчинність солей у воді. Тепер прийшла пора практичного застосування.
Застосування
Якщо перераховувати ті випадки, коли ця величина необхідна, не вистачить і століття. Побічно за допомогою неї можна обчислювати інші величини, які виявляються дуже важливими для дослідження будь-якого розчину. Без неї ми не змогли б дізнатися точну концентрацію речовини, його активність, не змогли б оцінити, ліки вилікує людини або вб'є (адже у великих кількостях навіть вода небезпечна для життя). Крім хімічної промисловості і наукових цілей, розуміння суті розчинності необхідно ще і в побуті. Адже іноді потрібно приготувати, скажімо, пересичений розчин будь-якої речовини. Наприклад, це потрібно для отримання кристалів солі для домашнього завдання дитини. Знаючи розчинність солі у воді, ми з легкістю можемо визначити, скільки потрібно її засипати у посудину, щоб вона почала випадати в осад і утворювати кристали від надлишку. Перш ніж завершити наш короткий екскурс в хімію, поговоримо про кількох суміжних з розчинністю поняттях.
Що ще цікавого?
На наш погляд, якщо ви дійшли до цього розділу, то, напевно, вже зрозуміли, що розчинність - це не просто дивна хімічна величина. Вона є основою для інших величин. І серед них: концентрація, активність, константа дисоціації, pH. І це далеко не повний список. Ви напевно чули хоч одне з цих слів. Без цих знань про природу розчинів, вивчення яких почалося з розчинності, ми вже не можемо уявити сучасну хімію і фізику. При чому тут фізика? Іноді фізики теж мають справу з розчинами, вимірюють їх провідність, використовують і інші їх властивості для своїх потреб.