Раствор. Массовая доля растворённого вещества. Растворимость

Большинство реакций в лаборатории и в живых организмах идут в растворах, а в быту мы постоянно готовим растворы: солим суп, разводим уксус, растворяем лекарство. Чтобы описать раствор точно, нужно знать, сколько в нём растворённого вещества. Эти расчёты нужны в заданиях 19 и 22 ОГЭ.

Раствор

Раствор — это однородная смесь (тема 1.1), состоящая из растворителя и растворённого вещества. Самый распространённый растворитель — вода. В растворе соли растворитель — вода, а растворённое вещество — соль; частицы соли равномерно распределены между молекулами воды, поэтому раствор однороден и прозрачен.

Массовая доля растворённого вещества

Состав раствора чаще всего выражают массовой долей. Массовая доля растворённого вещества \(\omega\) — это отношение массы растворённого вещества к массе всего раствора:

\[ \omega = \frac{m(\text{вещества})}{m(\text{раствора})} \]

Массовую долю выражают в долях единицы или в процентах. Выражение «10-процентный раствор соли» означает, что в каждых 100 г раствора содержится 10 г соли и 90 г воды.

Масса раствора и масса вещества в растворе

Масса раствора складывается из массы растворённого вещества и массы растворителя: \(m(\text{раствора}) = m(\text{вещества}) + m(\text{воды})\). Если известен объём раствора, массу находят через плотность: \(m = V \cdot \rho\). Масса вещества в растворе равна массовой доле, умноженной на массу раствора: \(m(\text{вещества}) = \omega \cdot m(\text{раствора})\). Например, в 200 г 5-процентного раствора сахара \(0{,}05 \cdot 200 = 10\) г сахара и 190 г воды. Если растворить 20 г соли в 180 г воды, масса раствора 200 г, а массовая доля соли \(20 / 200 = 0{,}1\), или 10 %.

Растворимость

Сколько вещества можно растворить в воде? Это показывает растворимость — наибольшая масса вещества, которая может раствориться в 100 г воды при данной температуре. Растворимость большинства твёрдых веществ растёт с температурой: в горячем чае сахара растворяется больше, чем в холодном. У нитрата калия растворимость при нагревании растёт очень быстро, а у поваренной соли почти не меняется. Растворимость газов, наоборот, с нагреванием падает: поэтому тёплая газировка быстрее выдыхается, а рыбам в прогретых летом водоёмах не хватает кислорода.

Насыщенный раствор

Раствор, в котором при данной температуре больше не растворяется это вещество, — насыщенный раствор. Если в нём лежат кристаллы, они уже не растворяются. Раствор, в котором вещество ещё может раствориться, называют ненасыщенным. Если насыщенный при нагревании раствор охладить, растворимость уменьшится, и лишнее вещество выпадет в виде кристаллов. На этом основана очистка веществ кристаллизацией (тема 1.1), так же засахаривается мёд и варенье.