Растворимость твердых веществ в жидкостях.
Растворимость твердых веществ также определяется природой растворителя и растворенного вещества и также зависит от температуры. В отличие от растворимости газов растворимость твердых тел сравнительно мало изменяется с давлением.
В настоящее время установлен ряд правил о растворимости веществ, но они не обладают универсальностью, не свободны от различного рода исключений и потому носят в большинстве случаев качественный характер. Например, замечено, что полярные растворители, как правило, хорошо растворяют полярные вещества и плохо — неполярные. Неполярные растворители, наоборот, хорошо растворяют неполярные вещества и плохо — полярные. В случае, если один из компонентов раствора полярен, а второй неполярен, растворимость бывает незначительной.
Растворимость большинства твердых тел с повышением температуры увеличивается. Однако бывают и исключения из этого правила. Так, растворимость СаСгО4 и Са(ОН)2 в воде с повышением температуры уменьшается. Изменение растворимости тел от температуры зависит, как показывает опыт, от теплового эффекта растворения. Согласно принципу Ле Шателье растворимость вещества увеличивается с температурой, если процесс растворения данного вещества идет с поглощением теплоты. И наоборот, с повышением температуры уменьшается растворимость твердого вещества, если его растворение сопровождается выделением теплоты.
Зависимость растворимости от температуры обычно изображают в виде кривых растворимости. Резкий излом на кривой растворимости сульфата натрия соответствует превращению кристаллогидрата Na2SO4·10H2O (который устойчив при температуре ниже 305,543 К) в безводный Na2SO4 (устойчивый при температуре выше 305,543 К). Растворение кристаллогидрата Na2SO4·10H2O сопровождается поглощением теплоты, а растворение безводной соли идет с выделением теплоты.
Если соль способна к образованию кристаллогидратов, то химический состав и область существования каждого кристаллогидрата можно сравнительно легко определить по характерным кривым растворимости: каждой точке перехода соответствует излом на кривой растворимости.
Изменением растворимости с температурой часто пользуются для очистки веществ путем перекристаллизации. При остывании горячего насыщенного раствора какой-либо соли, загрязненной посторонними примесями, значительная часть этой соли выделится в осадок, а загрязняющие примеси останутся в растворе, так как последний даже на холоде не будет насыщенным раствором по отношению к этим примесям. Подобным образом можно очищать любые твердые вещества, растворимость которых сильно зависит от температуры.
Если растворимость вещества мало изменяется с температурой, очистка его путем перекристаллизации становится невозможной. В этом случае насыщенный раствор очищают упариванием, т. е. удаляют из него часть воды. В процессе упаривания некоторая доля очищаемого вещества выкристаллизовывается, а примеси остаются в растворе.
Природные растворы
Вода, как известно, вследствие полярности ее молекул является хорошим растворителем для многих веществ. Она играет исключительно важную роль в геохимических и гидрогеологических процессах земной коры. Природные воды активно участвуют в образовании и разрушении минералов. Вода растворяет твердые тела или вымывает из них растворимые компоненты. Растворяя газы атмосферы и перенося их на громадные расстояния, вода выступает в роли регулятора состава воздуха. Достаточно указать, что в воде океанов содержится в восемь раз больше диоксида углерода, чем в воздухе.
Все пресные воды (с содержанием сухого остатка от 1 г/л и менее), а также минерализованные воды (сухой остаток более 1 г/л) являются природными растворами. Это воды рек, озер, морей, океанов, почвенные и грунтовые воды, межпластовые, жильные, карстовые, так называемые «ювенильные» воды и т. п. По составу природные растворы являются исключительно сложными физико-химическими системами. Общее количество вод на Земле по приблизительным подсчетам составляет 2·1018 т, причем в морях и океанах сосредоточено около 3/5 этого количества, а 2/5 приходится на льды суши, водяной пар атмосферы, а также на воду в составе твердых тел земной коры.
Следует отметить, что вода в природе выступает не только как растворитель. Многие природные реакции протекают с ее участием. При растворении многих веществ в воде происходит химическое взаимодействие между ионами растворенного вещества и ионами Н+ и ОН- воды, сопровождающееся образованием слабых кислот или слабых оснований. Эти реакции получили название «гидролитических». Именно в силу своей высокой активности вода играет исключительно важную роль в химическом выветривании горных пород. Причем активность воды при взаимодействии с горными породами значительно возрастает в присутствии диоксида углерода. Этому фактору, как известно, академик В. Р. Вильямс придавал исключительно важное значение в процессах почвообразования.
Под постоянным воздействием воды, воздуха и резкой смены температур горные породы дробятся. Воды дождей извлекают из них растворимые составные части и вместе с нерастворимыми частицами, главным образом песка и глины, уносят в реки. Здесь взвешенные частицы сортируются по плотности: сначала отлагается песок, а затем более мелкие глинистые частицы. В течение веков вдоль русла реки образуется мощная залежь, состоящая из песка и глины, а сама река вынуждена прокладывать себе новое русло. На обнажившемся старом русле под влиянием биологических и физико-химических факторов образуется почва и развивается наземная растительность.
Почвенный раствор также является сложной природной системой. Как известно, растения усваивают питательные вещества в виде солей из почвенного раствора. Эти соли поступают в почвенный раствор из минералов, разложившихся остатков растений и животных, а также микроорганизмов. На составе почвенного раствора заметно сказывается внесение в почву органических, минеральных, органо-минеральных и бактериальных удобрений. Иногда в почве содержится и избыток легкорастворимых солей — хлоридов и сульфатов натрия и др., которые угнетающе действуют на растения. Для повышения плодородия таких почв необходимо удалить этот избыток путем промывания или другими мелиоративными приемами. Как правило, в почвенном растворе засоленных почв содержится много ионов Сl-, SO42-, Ca2+, Mg2+ и Na+.
В связи с интенсивным развитием орошения в нашей стране в ряде мест пресных вод уже не хватает, и для орошения используют минерализованные воды, т. е. содержащие легкорастворимые соли. Практика показала, что минерализованные воды оказывают на почву как прямое воздействие, выражающееся в накоплении солей в корнеобитаемом слое выше допустимых пределов, так и косвенное, которое состоит в ухудшении физических свойств почвы в результате процессов осолонцевания при поглощении из поливной воды катионов натрия. Исходя из этого наиболее важными показателями качества оросительной воды являются: сумма растворенных солей и содержание ионов натрия (иногда и калия). Все воды по опасности осолонцевания почвы подразделяются на четыре класса по опасности засоления почвы. Поскольку опасность осолонцевания представляет собой большую угрозу при поливе минерализованными водами по сравнению с опасностью засоления почвы, то главным критерием в оценке качества воды для орошения является именно класс воды по опасности осолонцевания почвы
Дата добавления: 2016-02-20; просмотров: 2889;