Растворимость.

Растворимостью называется способность вещества растворяться в том или ином растворителе. Мерой растворимости вещества служит его содержание в насыщенном растворе при определенных условиях. Численно растворимость выражается теми же способами, что и состав. Например, процентное отношение массы растворенного вещества к массе насыщенного раствора, или количество растворенного вещества, содержащегося в 1 литре насыщенного раствора. Иногда для характеристики растворимости используют коэффициент растворимости. Коэффициентом растворимости называется число единиц массы безводного вещества, насыщающего при данных условиях 100 единиц массы растворителя.

Растворимость различных веществ в оде изменяется в широких пределах. Если в

100 г воды растворяется более 10 г вещества, то такое вещество считается хорошо растворимым. Если растворяется менее 1 г вещества, то его считают малорастворимым и, наконец, практически нерастворимым, если в раствор переходит менее 0,01 г вещества.

Обычно вещества, состоящие из полярных молекул, и вещества с ионным типом связи лучше растворяются в полярных растворителях (вода, спирты, жидкий аммиак), а неполярные вещества – в неполярных растворителях (бензол, сероуглерод). Это подтверждает эмпирическое правило «подобное растворяется в подобном».

Растворимость зависит от температуры. Для некоторых веществ такая зависимость имеет слабый характер. Например, растворимость нитратов калия, свинца, серебра (KNO₃, Pb(NO₃)₂, AgNO₃) в воде резко увеличивается с повышением температуры. Растворимость хлорида натрия (NaCl) в воде лишь незначительно изменяется по мере повышения температуры.

При растворении твердых тел в воде объём системы обычно изменяется незначительно. Поэтому растворимость твердых тел в воде практически не зависит от давления.

Жидкости могут растворяться друг в друге. Некоторые из них, например, спирт – вода, неограниченно растворимы, то есть смешиваются друг с другом в любых пропорциях. Есть жидкости, которые взаимно растворимы лишь до определенного предела, их называют частично смешивающимися. Если взболтать диэтиловый эфир с водой, то образуются два слоя: верхний представляет собой насыщенный раствор воды в эфире, а нижний – насыщенный раствор эфира в воде. Для таких систем с повышением температуры взаимная растворимость жидкостей увеличивается до тех пор, пока не будет достигнута температура, при которой обе жидкости смешиваются в любых пропорциях. Температура, при которой ограниченная взаимная растворимость жидкостей переходит в неограниченную, называется критической температурой растворения. Так, при температуре ниже 66,4 ⁰С фенол ограниченно растворим в воде, а вода ограниченно растворима в феноле. Для системы вода – фенол температура 66,4 ⁰С является критической температурой растворения, так как начиная с этой температуры и выше, обе жидкости неограниченно растворимы друг в друге.

Ограниченно растворимыми жидкостями являются следующие системы: нитробензол – н-гексан, триэтиламин – вода, никотин – вода.

Взаимное растворение жидкостей обычно не сопровождается значительными изменениями объёма, поэтому мало зависит от давления. Лишь при очень высоких давлениях порядка тысяч атмосфер взаимная растворимость жидкостей существенно возрастает.

Встречаются жидкости, которые полностью нерастворимы друг в друге, их называют несмешивающимися жидкостями. Если обе жидкости нерастворимы одна в другой, то при смешивании в любых пропорциях образуется два отдельных слоя. Примерами таких жидкостей являются следующие: ртуть – вода, дисульфид углерода – вода, хлорбензол – вода, фениламин – вода.

Если в систему, состоящую из двух несмешивающихся жидкостей, ввести третье вещство, способное растворяться в каждой из этих жидкостей, то растворенное вещество будет расперделяться между обеими жидкостями, пропорционально своей растворимости в каждой их них. Для таких систем выполняется закон распределения согласно которому:

вещество, способное растворяться в двух несмешивающихся растворителях, распределяется между ними так, что отношение его концентраций в этих растворителях при постоянной температуре остается постоянным, независимо от общего количества растворенного вещества

К(В) = с_1В/с_2В,

где с_1В и с_2В – концентрации растворенного вещества в первом и втором растворителях, К(В) – константа распределения вещества В между двумя несмешивающимися жидкостями.

Например, константа распределения йода между хлороформом и водой равна 130. Если к воде, содержащей растворенный йод, добавить несмешивающийся с нею хлороформ, взболтать эту систему и дать её отстояться, то после установления равновесия концентрация йода в хлороформе будет в 130 раз выше, чем в воде, независимо от общего количества растворенного йода. Таким образом, с помощью хлороформа можно извлечь из воды преобладающую часть растворенного в ней йода. Такой способ извлечения растворенного вещества из раствора с помощью второго растворителя, несмешивающегося с первым, называется экстракцией.

Закон распределения имеет ряд важных применений. Наиболее известные – это жидкофазная хроматография и экстракция.

Две несмешивающиеся жидкости иногда используют как селективные растворители для компонентов какой-либо смеси. Такую смесь сначала встряхивают с двумя несмешивающимися жидкостями, а затем отделяют одну жидкость от другой. Каждый слой по несколько раз подвергают экстракции с другим растворителем.

Например, данный способ используется для выделения солей урана из продуктов ядерного деления. Уранильную соль UO₂(NO₃)₂ отделяют от NaCl с помощью бутанола и воды по методике противоточной экстракции. Известно, что уранильная соль лучше растворима в бутаноле, а хлористый натрий в воде. Один из растворителей пропускают над твердой смесью, находящейся в колонке. Затем над смесью в противоположном направлении пропускается другой растворитель. Для получения полного разделения этот процесс повторяют несколько раз.