Урок химии в 8 классе. «____»_____________ 20___ г.
Растворение. Растворимость веществ в воде.
Цель. Расширить и углубить представление учащихся о растворах и процессах растворения.
Образовательные задачи: определить, что такое раствор, рассмотреть процесс растворения - как физико - химический процесс; расширить представление о строении веществ и химических процессах, происходящих в растворах; рассмотреть основные виды растворов.
Развивающие задачи:Продолжать развитие речевых навыков, наблюдательности и умение делать выводы на основе лабораторной работы.
Воспитательные задачи: воспитывать мировоззрение у обучающихся через изучение процессов растворимости, так как растворимость веществ важная характеристика для приготовления растворов в быту, медицине и других важных отраслях промышленности и жизни человека.
Ход урока.
Что такое раствор? Как приготовить раствор?
Опыт №1. В стакан с водой поместить кристалл перманганата калия. Что наблюдаем? К какому явлению относится процесс растворения?
Опыт №2.Налить в пробирку 5 мл воды. Затем добавить 15 капель концентрированной серной кислоты (H2SO4конц.). Что наблюдаем? (Ответ: пробирка нагрелась, протекает экзотермическая реакция, значит, растворение химический процесс).
Опыт №3. В пробирку с нитратом натрия добавляем 5 мл воды. Что наблюдаем? (Ответ: пробирка стала холоднее, протекает эндотермическая реакция, значит растворение химический процесс).
Процесс растворения рассматривают как физико-химический процесс.
Стр. 211 заполнить таблицу.
| Признаки сравнения | Физическая теория | Химическая теория. |
| Сторонники теории | Вант -Гофф, Аррениус, Оствальд | Менделеев. |
| Определение растворения | Процесс растворения является результатом диффузии, т.е. проникновения растворенного вещества в промежутки между молекулами воды | Химическое взаимодействие растворенного вещества с молекулами воды |
| Определение раствора | Однородные смеси, состоящие из двух или более однородных частей. | Однородная система, состоящая из частиц растворенного вещества, растворителя и продуктов их взаимодействия. |
Растворимость твердых веществ в воде зависит:
Задание: наблюдение влияния температуры на растворимость веществ.
Порядок выполнения:
В пробирки №1 и №2 с сульфатом никеля прилейте воды (1/3 объема).
Пробирку с №1 нагрейте, соблюдая технику безопасности.
В какой из предложенных пробирок №1 или №2 процесс растворения протекает быстрее?
Сделайте вывод о влиянии температуры на растворимость веществ.
Рис.126 стр. 213
А) растворимость хлорида калия при 30 0С составляет 40 г
при 65 0 С составляет 50 г.
Б) растворимость сульфата калия при 40 0С составляет 10 г
при 800С составляет 20 г.
В) растворимость хлорида бария при 90 0С составляет 60 г
при 0 0 С составляет 30 г.
Задание: наблюдение влияния природы растворенного вещества на процесс растворения.
Порядок выполнения:
В 3 пробирки с веществами: хлорид кальция, гидроксид кальция, карбонат кальция, прилейте по 5 мл воды, закройте пробкой и хорошо встряхните для лучшего растворения вещества.
Какое из предложенных веществ хорошо растворяется в воде? Какое не растворяется?
таким образом, процесс растворения зависит от природы растворенного вещества:
Хорошо растворимые: (по три примера)
Малорастворимые:
Практически нерастворимые:
3) Задание: наблюдение влияния природы растворителя на процесс растворения веществ.
Порядок выполнения:
В 2 пробирки с медным купоросом прилейте в 5 мл спирта (№1) и 5 мл воды (№2),
закройте пробкой и хорошо встряхните для лучшего растворения вещества.
Какой из предложенных растворителей хорошо растворяет медный купорос?
Сделайте вывод о влиянии природы растворителя на процесс растворения и
способности веществ растворяться в разных растворителях.
Виды растворов:
Насыщенный раствор - это раствор, в котором приданной температуре вещество больше не растворяется.
Ненасыщенный - это раствор, в котором при данной температуре вещество может еще растворяться.
Пересыщенный - это раствор, в котором вещество может еще растворяться только при повышении температуры.
Как-то утром я проспал.
В школу быстро собирался:
Чай холодный наливал,
Сахар всыпал, помешал,
Но не сладким он остался.
Я ещё досыпал ложку,
Стал послаще он немножко.
Чай допил я до остатка,
А в остатке стало сладко,
Сахар ждал меня на дне!
Стал прикидывать в уме -
Отчего судьбы немилость?
Виновата - растворимость.
Выделите виды растворов в стихотворении. Что необходимо сделать, чтобы сахар полностью растворился в чае.
Физико - химическая теория растворов.
Растворенное вещество при растворении с водой образует гидраты.
Гидраты-это непрочные соединения веществ с водой, существующие в растворе.
При растворении происходит поглощение или выделение теплоты.
При повышении температуры растворимость веществ увеличивается.
Состав гидратов непостоянен в растворах и постоянен в кристаллогидратах.
Кристаллогидраты - соли, в состав которых входит вода.
Медный купорос CuSO4∙ 5H2O
Сода Na2CO3∙ 10H2O
Гипс CaSO4∙ 2H2O
Растворимость хлорида калия в воде при 60 0С равна 50г. Определите массовую долю соли в растворе, насыщенном при указанной температуре.
Определите растворимость сульфата калия при 80 0С. Определите массовую долю соли в растворе, насыщенном при указанной температуре.
161 г глауберовой соли растворили в 180 л воды. Определите массовую долю соли в полученном растворе.
Домашнее задание. Параграф 35
Сообщения.
Удивительные свойства воды;
Вода - самое ценное соединение;
Использование воды в промышленности;
Искусственное получение пресной воды;
Борьба за чистоту воды.
Презентация «Кристаллогидраты», «Растворы - свойства, применение».
Раствором называется термодинамически устойчивая гомогенная (однофазная) система переменного состава, состоящая из двух или более компонентов (химических веществ). Компонентами, составляющими раствор, являются растворитель и растворенное вещество. Обычно растворителем считается тот компонент, который в чистом виде существует в таком же агрегатном состоянии, что и полученный раствор (например, в случае водного раствора соли растворителем является, конечно, вода). Если же оба компонента до растворения находились в одинаковом агрегатном состоянии (например, спирт и вода), то растворителем считается компонент, находящийся в большем количестве.
Растворы бывают жидкими, твердыми и газообразными.
Жидкие растворы – это растворы солей, сахара, спирта в воде. Жидкие растворы могут быть водными и неводными. Водные растворы – это растворы, в которых растворителем является вода. Неводные растворы – это растворы, в которых растворителями являются органические жидкости (бензол, спирт, эфир и т.д.). Твёрдые растворы – сплавы металлов. Газообразные растворы – воздух и другие смеси газов.
Процесс растворения . Растворение – это сложный физико-химический процесс. При физическом процессе происходит разрушение структуры растворяемого вещества и распределение его частиц между молекулами растворителя. Химический процесс – это взаимодействие молекул растворителя с частицами растворенного вещества. В результате этого взаимодействия образуются сольваты. Если растворителем является вода, то образующиеся сольваты называются гидратами. Процесс образования сольватов называется сольватацией, процесс образования гидратов – гидратацией. При упаривании водных растворов образуются кристаллогидраты – это кристаллические вещества, в состав которых входит определенное число молекул воды (кристаллизационная вода). Примеры кристаллогидратов: CuSO 4 . 5H 2 O – пентагидрат сульфата меди (II); FeSO 4 . 7H 2 O – гептагидрат сульфата железа (II).
Физический процесс растворения идёт с поглощением энергии, химический – с выделением . Если в результате гидратации (сольватации) выделяется больше энергии, чем ее поглощается при разрушении структуры вещества, то растворение – экзотермический процесс. Выделение энергии происходит при растворении NaOH, H 2 SO 4 , Na 2 CO 3 , ZnSO 4 и других веществ. Если для разрушения структуры вещества надо больше энергии, чем её выделяется при гидратации, то растворение – эндотермический процесс. Поглощение энергии происходит при растворении в воде NaNO 3 , KCl, NH 4 NO 3 , K 2 SO 4 , NH 4 Cl и некоторых других веществ.
Количество энергии, которое выделяется или поглощается при растворении, называется тепловым эффектом растворения .
Растворимостью вещества называется его способность распределяться в другом веществе в виде атомов, ионов или молекул с образованием термодинамически устойчивой системы переменного состава. Количественной характеристикой растворимости является коэффициент растворимости , который показывает, какая максимальная масса вещества может раствориться в 1000 или 100 г воды при данной температуре. Растворимость вещества зависит от природы растворителя и вещества, от температуры и давления (для газов). Растворимость твердых веществ в основном увеличивается при повышении температуры. Растворимость газов с повышением температуры уменьшается, но при повышении давления увеличивается.
По растворимости в воде вещества делят на три группы:
1. Хорошо растворимые (р.). Растворимость веществ больше 10 г в 1000г воды. Например, 2000 г сахара растворяется в 1000 г воды, или в 1 л воды.
2. Малорастворимые (м.). Растворимость веществ от 0,01 г до 10 г в 1000 г воды. Например, 2 г гипса (CaSO 4 . 2 H 2 O) растворяется в 1000 г воды.
3. Практически нерастворимые (н.). Растворимость веществ меньше 0,01 г в 1000 г воды. Например, в 1000 г воды растворяется 1,5 . 10 -3 г AgCl.
При растворении веществ могут образоваться насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные растворы.
Насыщенный раствор – это раствор, который содержит максимальное количество растворяемого вещества при данных условиях. При добавлении вещества в такой раствор вещество больше не растворяется.
Ненасыщенный раствор – это раствор, который содержит меньше растворяемого вещества, чем насыщенный при данных условиях. При добавлении вещества в такой раствор вещество еще растворяется.
Иногда удается получить раствор, в котором растворенного вещества содержится больше, чем в насыщенном растворе при данной температуре. Такой раствор называется пересыщенным. Этот раствор получают при осторожном охлаждении насыщенного раствора до комнатной температуры. Пересыщенные растворы очень неустойчивы. Кристаллизацию вещества в таком растворе можно вызвать путем потирания стеклянной палочкой стенок сосуда, в котором находится данный раствор. Этот способ применяется при выполнении некоторых качественных реакций.
Растворимость вещества может выражаться и молярной концентрацией его насыщенного раствора (п.2.2).
Константа растворимости. Рассмотрим процессы, возникающие при взаимодействии малорастворимого, но сильного электролита сульфата бария BaSO 4 с водой. Под действием диполей воды ионы Ba 2+ и SO 4 2 - из кристаллической решетки BaSO 4 будут переходить в жидкую фазу. Одновременно с этим процессом под влиянием электростатического поля кристаллической решетки часть ионов Ba 2+ и SO 4 2 - вновь будет осаждаться (рис.3). При данной температуре в гетерогенной системе, наконец, установится равновесие: скорость процесса растворения (V 1) будет равна скорости процесса осаждения (V 2), т.е.
BaSO 4 ⇄ Ba 2+ + SO 4 2 -
твёрдая раствор
Рис. 3. Насыщенный раствор сульфата бария
Раствор, находящийся в равновесии с твердой фазой BaSO 4 , называется насыщенным относительно сульфата бария.
Насыщенный раствор представляет собой равновесную гетерогенную систему, которая характеризуется константой химического равновесия:
, (1)
где a (Ba 2+) – активность ионов бария; a(SO 4 2-) – активность сульфат-ионов;
a (BaSO 4) – активность молекул сульфата бария.
Знаменатель этой дроби – активность кристаллического BaSO 4 – является постоянной величиной, равной единице. Произведение двух констант дает новую постоянную величину, которую называют термодинамической константой растворимости и обозначают К s °:
К s ° = a(Ba 2+) . a(SO 4 2-). (2)
Эту величину раньше называли произведением растворимости и обозначали ПР.
Таким образом, в насыщенном растворе малорастворимого сильного электролита произведение равновесных активностей его ионов есть величина постоянная при данной температуре.
Если принять, что в насыщенном растворе малорастворимого электролита коэффициент активности f ~1, то активность ионов в таком случае можно заменить их концентрациями, так как а(X ) = f (X ) . С(X ). Термодинамическая константа растворимости К s ° перейдет в концентрационную константу растворимости К s:
К s = С(Ba 2+) . С(SO 4 2-), (3)
где С(Ba 2+) и С(SO 4 2 -) – равновесные концентрации ионов Ba 2+ и SO 4 2 - (моль/л) в насыщенном растворе сульфата бария.
Для упрощения расчётов обычно пользуются концентрационной константой растворимости К s , принимая f (Х ) = 1 (приложение 2).
Если малорастворимый сильный электролит образует при диссоциации несколько ионов, то в выражение К s (или К s °) входят соответствующие степени, равные стехиометрическим коэффициентам:
PbCl 2 ⇄ Pb 2+ + 2 Cl - ; K s = С (Pb 2+) . С 2 (Cl -);
Ag 3 PO 4 ⇄ 3 Ag + + PO 4 3 - ; K s = С 3 (Ag +) . С (PO 4 3 -).
В общем виде выражение концентрационной константы растворимости для электролита A m B n ⇄ m A n+ + n B m - имеет вид
K s = С m (A n+) . С n (B m -),
где С - концентрации ионов A n+ и B m - в насыщенном растворе электролита в моль/л.
Величиной K s принято пользоваться только в отношении электролитов, растворимость которых в воде не превышает 0,01 моль/л.
Условия образования осадков
Предположим, с - фактическая концентрация ионов трудно растворимого электролита в растворе.
Если С m (A n +) . С n (B m -) > K s , то произойдет образование осадка, т.к. раствор становится пересыщенным.
Если С m (A n +) . С n (B m -) < K s , то раствор является ненасыщенным и осадок не образуется.
Свойства растворов . Ниже рассмотрим свойства растворов неэлектролитов. В случае электролитов в приведённые формулы вводится поправочный изотонический коэффициент.
Если в жидкости растворено нелетучее вещество, то давление насыщенного пара над раствором меньше давления насыщенного пара над чистым растворителем. Одновременно с понижением давления пара над раствором наблюдается изменение его температуры кипения и замерзания; температуры кипения растворов повышаются, а температуры замерзания понижаются по сравнению с температурами, характеризующими чистые растворители.
Относительное понижение температуры замерзания или относительное повышение температуры кипения раствора пропорционально его концентрации.
Цель: узнать опытным путем, какие твердые вещества растворяются в воде, а какие не растворяются в воде.
Образовательные:
- Ознакомить обучающихся с понятиями: растворимые и нерастворимые вещества.
- Учить доказывать опытным путем правильность предположений о растворимости (нерастворимости) твердых веществ.
Коррекционные:
- Развивать речь через объяснение проводимой работы.
Учить самостоятельно пользоваться лабораторным оборудованием, проводить опыты.
Воспитательные:
- Формировать умение общаться и работать в группах.
Воспитывать усидчивость.
Вид урока: лабораторная работа.
Средства обучения: учебник “Естествознание” Н.В. Королева, Е.В. Макаревич
Оборудование для лабораторной работы: мензурки, фильтры, инструкции. Твердые вещества: соль, сахар, сода, песок, кофе, крахмал, земля, мел, глина.
Ход урока
I. Организационный момент
У: Здравствуйте, ребята. Поприветствуйте друг друга глазами. Рада вас видеть, присаживайтесь.
. Повторение пройденногоУ: Повторим то, что уже знаем о воде:
– что происходит с водой при нагревании?
– что происходит с водой при охлаждении?
– что происходит с водой при замерзании?
– в каких трех состояниях встречается вода в природе?
У: Какие вы молодцы! Все знаете!
III. Изучение нового материала
(Заранее с учениками согласую группы, которыми они будут работать, ребята сами выбирают руководителя лаборатории (на др. лабораторном занятии может быть выбран другой ребенок), который записывает показатели опыта в таблицу и дает устные комментарии при заполнении конечной части таблицы – результата.)
У: Ребята, сегодня на лабораторной работе мы узнаем, какие вещества вода может растворять, а какие – нет. Откройте тетрадь, запишите число и тему урока «Растворимые и нерастворимые в воде вещества». (Прикрепляю к доске. ) Какую цель мы сегодня поставим на уроке?
Р: Узнать какие вещества растворяются в воде, а какие не растворяются. (Прикрепляю к доске. )
У: Все вещества в природе можно разделить на две группы: растворимые и нерастворимые. А какие вещества можно назвать растворимыми ? (Сверимся с учебником стр.80:2) Растворимые в воде вещества – такие, которые при помещении их в воду становятся невидимыми и не оседают на фильтре при фильтрации . (Прикрепляю к доске .)
У: А какие вещества можно назвать нерастворимыми ? (сверимся с учебником стр.47-2) Нерастворимые в воде вещества – такие, которые не растворяются в воде и оседают на фильтре (прикрепляю к доске ).
У: Ребята, как думаете, что нам понадобится для выполнения лабораторной работы?
Р: Вода, какие-то вещества, мензурки, фильтр (показываю воду в графине; мензурки, наполненные сл. веществами: солью, сахаром, содой, песком, кофе, крахмалом, мелом, глиной; пустые мензурки, фильтр ).
У: Что такое фильтр?
Р: Устройство для очищения жидкостей от нерастворимых в ней веществ, которые оседают на нем.
У: А из каких подручных средств можно изготовить фильтр? Молодцы! А мы будем использовать вату (в воронку помещаю кусочек ваты ).
У: Но прежде, чем приступить к выполнению лабораторной работы заполним таблицу (таблица начерчена на доске, использую мелки двух цветов, если ученики предполагают, что вещество полностью растворяется в воде, то отмечаю «+» во второй колонке; если ученики предполагают, что вещество останется на фильтре, то «+» в третьей колонке, и наоборот; цветным мелком фиксирую предполагаемый результат в четвертой колонке – Р (растворимое) или Н (нерастворимое))
| Наши предположения | Результат | ||
| Растворимость | Фильтрация | ||
| 1. Вода + песок | – | + | Н |
| 2. Вода + глина | |||
| 3. Вода + кофе | |||
| 4. Вода + крахмал | |||
| 5. Вода + сода | |||
| 6. Вода + земля | |||
| 7. Вода + сахар | |||
| 8. Вода + мел | |||
У: А после выполнения лабораторной работы сверим наши предположения с полученными результатами.
У: Каждая лаборатория будет исследовать два твердых вещества, все результаты будете записывать в отчет «Растворимые и нерастворимые в воде вещества». Приложение 1
У: Ребята, это первая ваша самостоятельная лабораторная работа и перед тем, как вы приступите к ее выполнению, послушайте порядок ее проведения или инструкцию. (Раздаю каждой лаборатории, после прочтения обговариваем .)
Лабораторная работа
(Помогаю если есть необходимость. Может возникнуть трудность с фильтрацией раствора кофе, т.к. фильтр окрасится. Для облегчения заполнения отчетов предлагаю использовать словосочетания, которые прикрепляю на доску. Приложение 3 .)
У: А сейчас проверим наши предположения. Руководители лабораторий, проверьте, подписан ли ваш отчет и прокомментируйте полученные опытным путем результаты. (Начальник лаборатории отчитывается, фиксирую полученный результат мелком другого цвета)
У: Ребята, какие вещества для исследования оказались растворимыми? Какие нет? Сколько совпадений оказалось? Молодцы. Практически все наши предположения подтвердились.
VI. Вопросы для закрепления
У: Ребята, а где человек использует раствор соли, сахара, соды, песка, кофе, крахмала, глины?
VII. Итог урока
У: Какую цель мы сегодня ставили? Выполнили ее? Мы молодцы? Я вами очень довольна! И ставлю всем «отлично».
VIII. Домашнее задание
У: Прочитаете текст для внеклассного чтения на стр.43, ответите на вопросы.
Встаньте, пожалуйста, те ребята, кому наш урок не понравился. Спасибо за честность. А теперь те, кому понравилась наша работа. Спасибо. Всем до свидания.
РАСТВОРИМОСТЬЮ называется способность вещества растворяться в том или ином растворителе. Мерой растворимости вещества при данных условиях является его содержание в насыщенном растворе. Если в 100 г воды растворяется более 10 г вещества, то такое вещество называют хорошо растворимым . Если растворяется менее 1 г вещества – вещество малорастворимо . Наконец, вещество считают практически нерастворимым , если в раствор переходит менее 0,01 г вещества. Абсолютно нерастворимых веществ не бывает. Даже когда мы наливаем воду в стеклянный сосуд, очень небольшая часть молекул стекла неизбежно переходит в раствор.
Растворимость, выраженная при помощи массы вещества, которое может раствориться в 100 г воды при данной температуре, называют также коэффициентом растворимости .
Растворимость некоторых веществ в воде при комнатной температуре.
Растворимость большинства (но не всех!) твердых веществ с увеличением температуры увеличивается, а растворимость газов, наоборот, уменьшается. Это связано прежде всего с тем, что молекулы газов при тепловом движении способны покидать раствор гораздо легче, чем молекулы твердых веществ.
Если измерять растворимость веществ при разных температурах, то обнаружится, что одни вещества заметно меняют свою растворимость в зависимости от температуры, другие – не очень сильно
При растворение тверд тел в воде объем системы обычно изменяется незначительно.Поэтому растворимость веществ, находящихся в тверд состоянии, практически не зависит от давления.
Жидкости так же могут растворятся жидкостях . Некоторые из них неограниченно растворимы одна в другой, т.е смешиваются друг с другом в любых пропорциях, как например, спирт и вода, другие –взаимно растворяются лишь до известного предела. Так если взболтать диэтиловый эфир с водой то образуется два слоя: верхний представляет собой насыщенный раствор воды в эфире, а нижний – насыщенный раствор эфира в воде. В большинстве подобных случаев с повышением температуры взаимная растворимость жидкостей увеличивается до тех пор, пока не будет достигнута температура, при которой обе жидкости смешиваются в любых пропорциях.
Растворение газов в воде представляет собой экзотермический процесс. Поэтому растворимость газов с повышением температуры уменьшается. Если оставить в теплом помещении стакан с холодной водой, то внутренние стенки его покрываются пузырьками газа-это воздух, который был растворен в воде, выделяется из нее вследствие нагревания. Кипячением можно удалить из воды весь растворенный в ней воздух.
Растворение - это самопроизвольный обратимый физико-химический процесс, включающий три основные стадии.
Стадия атомизации - разрушение кристаллической решетки растворяемого о вещества; процесс эндотермический (D ат Н>О).
2) Стадия сольватации (гидратации) - образование сольватных (гидратных) оболочек вокруг частиц растворенного вещества; процесс экзотермический, (D сол Н<О).
3) Стадия диффузии - равномерное распределение растворенного вещества по всему объему раствора, (D диф Н ≈ О).
Таким образом, теплота растворения (D р Н) является величиной интегральной:
D p H = D ат Н + D сол Н +D диф Н
Теплота растворения – это тепловой эффект растворения 1 моль вещества в бесконечно большом объеме растворителя.
Растворение большинства твердых веществ в воде – процесс эндотермический (D p H > 0), т.к. теплота, поглощаемая на стадии атомизации, не компенсируется теплотой, выделяющейся на стадии сольватации. При растворении газов теплота выделяется (D p H < 0), т.к. их растворение не включает стадию атомизация (газообразные вещества не образуют кристаллических решеток). Растворение жидкостей друг в друге протекает без заметного теплового эффекта (D p H ≈ 0), т.к. главной стадией их растворения является диффузия.
Как любой обратимый процесс, растворение доходит до равновесия. Раствор, находящийся в равновесии с избытком растворяемого вещества, называется насыщенным. В состоянии равновесия скорость растворения равна скорости кристаллизации.
По степени насыщения растворы бывают:
ненасыщенные : содержат меньше растворенного вещества, чем насыщенные,
насыщенные,
пересыщенные : содержат больше растворенного вещества, чем насыщенные (они неустойчивы).
4.3. Растворимость газов, жидкостей и твердых веществ в воде
Растворимость (S ) - это способность вещества растворяться в данном растворителе. Она равна содержанию растворенного вещества в его насыщенном растворе при данной температуре.
Растворимость зависит от природы веществ и термодинамических параметров системы. Влияние природы веществ на растворимость описывается правилом: «Подобное растворяется в подобном ». Другими словами, полярные вещества хорошо растворяются в полярных растворителях, а неполярные - в неполярных. Например: поваренная соль NaCl хорошо растворима в воде и плохо в бензоле; I 2 хорошо растворим в бензоле и плохо в воде.
Растворение газов в воде можно представить схемой:
А(газ) + Н 2 ОА(раствор), D р Н<О
В соответствии с принципом Ле Шателье при повышении температуры равновесие смещается влево, т.е. растворимость уменьшается, а при понижении температуры - вправо, растворимость увеличивается (таблица 3).
Таблица 3 - Растворимость газов (л/1л Н 2 О) при р = 1 атм.
В соответствии с принципом Ле Шателье при увеличении давления равновесие смещается вправо, т.е. растворимость газов растет. Количественная зависимость растворимости газа от давления описывается уравнением Генри (1803 г.):
где k - константа Генри,
p - давление газа над раствором.
Закон Генри позволяет вскрыть причины возникновения кессонной болезни. Она возникает у водолазов, летчиков и представителей других профессий, которые по роду деятельности быстро переходят из среды с высоким давлением в среду с низким давлением.
В период пребывания человека в среде с высоким давлением его кровь и ткани насыщаются азотом (N 2) и частично углекислым газом (СО 2). Накопления кислорода не происходит, так как он расходуется на физиологические процессы в организме. При быстром переходе человека в среду с низким давлением происходит выделение избыточных количеств растворенных газов, которые не успевают диффундировать через легкие и образуют газовые пробки в тканях и кровеносных сосудах. Это приводит к закупорке и разрыву кровеносных капилляров, накоплению пузырьков газа в подкожной жировой клетчатке, в суставах, в костном мозге. Симптомами кессонной болезни являются головокружение, зуд, мышечные и загрудинные боли, нарушение дыхания, паралич и смерть.
На растворимость газов влияет присутствие электролитов в растворе. Эта зависимость описывается уравнением Сеченова (1859 г.):
где S и S o - растворимость газа в растворе электролита и чистой воде,
с - концентрация электролита,
k - константа Сеченова.
Из уравнения Сеченова следует, что чем выше концентрация электролита в растворе, тем ниже растворимость газов. Вот почему растворимость газов в воде больше, чем в плазме (таблица 4).
Таблица 4 - Растворимость газов в чистой воде и плазме крови при 38ºС
Растворение жидкости в воде можно представить схемой:
А (ж) + Н 2 ОА (раствор)
Основной стадией растворения жидкости в жидкости является диффузия, скорость которой возрастает с увеличением температуры. Соответственно, взаимная растворимость жидкостей усиливается с ростом температуры.
Различают три типа жидкостей:
а) неограниченно растворимые друг в друге: Н 2 SO 4 / Н 2 О, С 2 Н 5 ОН / Н 2 О;
б) ограниченно растворимые: С 6 Н 6 / Н 2 О
в) абсолютно нерастворимые: Hg / H 2 O.
Если в систему из двух несмешивающихся жидкостей добавить третий компонент, то отношение его концентраций в каждой жидкости есть величина постоянная при данной температуре (закон распределения Нернста-Шилова) (рисунок 6).
Рисунок 6 - Закон распределения Нернста-Шилова
Закон Нернста-Шилова – теоретическая основа экстракции, одного из способов разделения смесей.
Растворение твердых веществ в воде описывается схемой:
А (к) + Н 2 ОА (раствор), Dр Н > О
Если растворяется труднорастворимый электролит (соль, основание или кислота), то гетерогенное равновесие между твердым веществом и его ионами в насыщенном растворе можно представить схемой:
A n B m (к) nA m+ (aq) + mB n- (aq).
Данное равновесие характеризуется при помощи константы растворимости K s , являющейся константой гетерогенного равновесия:
K s = n · m
Для бинарных электролитов n = m = 1, следовательно
K s = · .
Соответственно
S 2
=К s ,
и S
=
Например, при растворении труднорастворимой соли BaSO 4 в воде устанавливается гетерогенное равновесие между кристаллами вещества и его ионами в насыщенном растворе:
BaSO 4 (к) Ba 2+ (aq) + SO 4 2- (aq)
Согласно закону действующих масс, K S = = 1,1·10 -10 .
Отсюда
S
=
.
Чем меньше K s , тем ниже растворимость вещества и легче формируется осадок труднорастворимого электролита.
Условие образования осадка труднорастворимого электролита можно сформулировать следующим образом: осадок выпадает из насыщенных и пересыщенных растворов. В насыщенном растворе · = K s , а в пересыщенном растворе · > K s
Одним из наиболее важных гетерогенных процессов in vivo является образование костной ткани. Основным минеральным компонентом костной ткани является кальций гидроксофосфат (гидроксоаппатит) Са 5 (РО 4 ) 3 ОН .
Процесс формирование костной ткани можно представить следующим образом. В крови при рН = 7,4 в приблизительно равных количествах находятся анионы НРО 4 2– и Н 2 РО 4 – , а также катионы Са 2+ . После сравнения констант растворимости CаНРО 4 (К S = 2,7∙10 –7) и Cа(Н 2 РО 4) 2 (К S = 1∙10 –3), становится очевидным, что менее растворимой является соль СаНРО 4 . Вследствие этого, именно СаНРО 4 образуется на первой стадии формирования костной ткани:
Са 2+ + НРО 4 2– СаНРО 4 .
Дальнейшее формирование гидроксоаппатита протекает в соответствии с уравнениями:
3 СаНРО 4 + Са 2+ + 2 ОН – Са 4 Н(РО 4) 3 + 2 Н 2 О,
Са 4 Н(РО 4) 3 + Са 2+ + 2 ОН – Са 5 (РО 4) 3 ОН + Н 2 О.
Константа растворимости гидроксоаппатита очень мала (К S = 10 -58), что свидетельствует о высокой устойчивости костной ткани.
При избытке ионов Са 2+ в крови равновесие сдвигается вправо, что приводит к обызвествлению костей. При недостатке Са 2+ равновесие сдвигается влево; происходит разрушение костной ткани. У детей это приводит к рахиту, у взрослых развивается остеопороз.
При недостатке кальция в костной ткани его место могут занять ближайшие электронные аналоги: бериллий и стронций. Их накопление вызывает соответственно бериллиевый и стронциевый рахит (повышенная ломкость и хрупкость костей). При инкорпорации радиоизотопа Sr-90 в костную ткань происходит облучение костного мозга, что может привести к лейкозу и другим онкологическим заболеваниям. Кальций блокирует накопление организмом радиоактивного стронция.