Таблица растворимости

Таблица растворимости помогает определить, растворяется ли кислота, основание или соль в воде. С её помощью можно предсказать образование осадка, проверить возможность реакции ионного обмена и правильно составить молекулярное, полное и сокращённое ионное уравнение.

Главная сложность для учащихся — правильно найти катион и анион, не перепутать их заряды и понять значение обозначений «Р», «М», «Н» и «—». Ниже разберём принцип работы таблицы на простых примерах.

Что такое растворимость вещества

Растворимость — это максимальное количество вещества, которое может раствориться в определённом количестве растворителя при установленной температуре. Чаще всего значение приводят в граммах вещества на 100 г воды.

Растворимость характеризует насыщенный раствор. Это раствор, в котором при определённой температуре уже не может раствориться дополнительное количество вещества. Избыток остаётся на дне сосуда в виде твёрдой фазы.

Для сравнения, при температуре около 25 °C в 100 г воды растворяется приблизительно:

• 35,9 г хлорида натрия NaCl;
• 0,2 г сульфата кальция CaSO₄;
• 0,00023 г сульфата бария BaSO₄;
• 0,000019 г хлорида серебра(I) AgCl.

Таким образом, обозначение «нерастворимое вещество» не означает, что в воду не переходит ни одной частицы. Растворимость существует, но она настолько мала, что в школьных уравнениях вещество считают нерастворимым и записывают как осадок.

Что означают обозначения в таблице растворимости

В большинстве учебных таблиц используют четыре основных обозначения.

В школьной практике часто используют такую условную классификацию:

• растворимые вещества — более 1 г на 100 г воды;
• малорастворимые вещества — от 0,1 до 1 г на 100 г воды;
• практически нерастворимые вещества — менее 0,1 г на 100 г воды.

Границы могут немного отличаться в разных справочниках. Поэтому при выполнении школьной работы нужно пользоваться таблицей, приложенной к конкретному учебнику или заданию.

Как построена таблица растворимости

Таблица состоит из двух основных частей:

• катионы расположены в верхней горизонтальной строке;
• анионы расположены в левом вертикальном столбце.

Катион — положительно заряженный ион. К катионам относятся, например, Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Cu²⁺, Fe³⁺ и NH₄⁺.

Анион — отрицательно заряженный ион. Примеры: Cl⁻, OH⁻, NO₃⁻, SO₄²⁻, CO₃²⁻ и PO₄³⁻.

Чтобы определить растворимость соединения, нужно найти его катион в верхней строке, анион в левом столбце и посмотреть обозначение на пересечении.

Например, для AgCl:

• катион — Ag⁺;
• анион — Cl⁻;
• на пересечении стоит обозначение «Н»;
• AgCl является практически нерастворимым веществом и выпадает в осадок.

Как пользоваться таблицей растворимости

1. Запишите формулу вещества. Например, CaCO₃.
2. Определите катион. В CaCO₃ это Ca²⁺.
3. Определите анион. В этом соединении это CO₃²⁻.
4. Найдите катион и анион в таблице.
5. Посмотрите обозначение на пересечении. Для CaCO₃ обычно указано «Н».
6. Сделайте вывод. Карбонат кальция практически не растворяется в воде и образует осадок.

Такой алгоритм подходит для большинства солей, кислот, оснований и амфотерных гидроксидов, приведённых в таблице.

Упрощённые правила растворимости солей

Полностью запоминать большую таблицу необязательно. Для быстрой проверки можно использовать общие правила.

Эти правила упрощают работу, но не заменяют таблицу. Особенно внимательно нужно проверять соединения кальция, стронция, бария, свинца и серебра, поскольку среди них много малорастворимых и нерастворимых веществ.

Как по таблице определить образование осадка

Реакция ионного обмена в водном растворе протекает до конца, если образуется:

• осадок;
• газ;
• вода или другой слабый электролит.

Таблица растворимости помогает проверить первое условие — появление малорастворимого или нерастворимого вещества.

Рассмотрим реакцию между хлоридом бария и сульфатом натрия:

BaCl₂ + Na₂SO₄ → BaSO₄↓ + 2NaCl

По таблице:

• BaCl₂ — растворимая соль;
• Na₂SO₄ — растворимая соль;
• BaSO₄ — нерастворимая соль;
• NaCl — растворимая соль.

Поскольку образуется белый осадок BaSO₄, реакция протекает.

Полное ионное уравнение:

Ba²⁺ + 2Cl⁻ + 2Na⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓ + 2Na⁺ + 2Cl⁻

Сокращённое ионное уравнение:

Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓

Ионы Na⁺ и Cl⁻ не изменяются во время реакции, поэтому их убирают из сокращённого уравнения.

Ещё один пример реакции с образованием осадка

Смешаем растворы нитрата серебра(I) и хлорида натрия:

AgNO₃ + NaCl → AgCl↓ + NaNO₃

AgNO₃ и NaCl растворяются в воде. AgCl практически нерастворим, поэтому образуется белый осадок.

Сокращённое ионное уравнение:

Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓

Эту реакцию используют как качественную реакцию на хлорид-ионы.

Когда реакция обмена не происходит

Рассмотрим смешивание растворов хлорида калия и нитрата натрия:

KCl + NaNO₃ → KNO₃ + NaCl

Все четыре соли растворимы в воде. Осадок, газ или слабый электролит не образуются. Фактически в растворе остаётся смесь ионов K⁺, Cl⁻, Na⁺ и NO₃⁻, поэтому реакцию не записывают как произошедшую.

Растворимость и скорость растворения — не одно и то же

Одна из распространённых ошибок — путать растворимость со скоростью растворения.

Растворимость показывает, какое максимальное количество вещества может перейти в раствор. Скорость растворения показывает, насколько быстро происходит этот процесс.

Измельчение вещества и перемешивание обычно ускоряют растворение, но не обязательно увеличивают максимальное количество вещества в насыщенном растворе.

Температура влияет сложнее:

• для многих твёрдых веществ растворимость при нагревании увеличивается;
• для отдельных твёрдых веществ изменения незначительны или происходят в противоположном направлении;
• растворимость газов при нагревании воды обычно уменьшается;
• повышение давления увеличивает растворимость газов в жидкостях.

Поэтому значение растворимости всегда нужно рассматривать вместе с температурой и другими условиями измерения.

Чем растворимость отличается от электролитической диссоциации

Растворение — это переход вещества в раствор. Электролитическая диссоциация — это распад растворённого вещества на ионы.

Большинство растворимых солей в разбавленных водных растворах диссоциирует почти полностью. Например:

NaCl → Na⁺ + Cl⁻

Однако высокая растворимость не всегда означает одинаковое поведение всех веществ. Молекулярные вещества, например сахар, хорошо растворяются в воде, но не распадаются на ионы и не проводят электрический ток так, как растворы солей.

Типичные ошибки при работе с таблицей

• Поиск формулы вместо ионов. В таблице нужно отдельно найти катион и анион.
• Неправильное определение заряда. Fe²⁺ и Fe³⁺ — разные катионы, для которых результаты могут отличаться.
• Игнорирование индексов. Формула хлорида кальция — CaCl₂, а не CaCl.
• Восприятие обозначения «Н» как абсолютного нуля. Нерастворимое вещество имеет очень малую, но не обязательно нулевую растворимость.
• Запись растворимого продукта как осадка. Например, NaNO₃ не обозначают стрелкой вниз.
• Разложение осадка на ионы. В полном ионном уравнении нерастворимое вещество записывают молекулярной формулой.
• Применение таблицы к любому веществу. Таблица предназначена преимущественно для неорганических кислот, оснований и солей в водных растворах.
• Игнорирование обозначения «—». Оно может указывать, что соединение неустойчиво или не существует в водной среде.

Как определить, произойдёт ли реакция между двумя солями

1. Проверьте, растворимы ли исходные соли.
2. Поменяйте местами катионы в формулах.
3. Правильно расставьте индексы с учётом зарядов ионов.
4. Проверьте растворимость обоих продуктов.
5. Если один из продуктов нерастворим или малорастворим, обозначьте его стрелкой вниз.
6. Расставьте коэффициенты в молекулярном уравнении.
7. При необходимости составьте полное и сокращённое ионные уравнения.

Например:

CaCl₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃↓ + 2NaCl

Карбонат кальция нерастворим, поэтому реакция протекает с образованием осадка.

Сокращённое ионное уравнение:

Ca²⁺ + CO₃²⁻ → CaCO₃↓

Достаточно ли таблицы для точных расчётов

Таблица растворимости даёт качественную оценку: вещество растворимо, малорастворимо или практически нерастворимо. Она не показывает точную концентрацию насыщенного раствора.

Для лабораторных и промышленных расчётов используют:

• растворимость в граммах на 100 г воды;
• молярную растворимость в моль/л;
• температуру раствора;
• кислотность среды;
• наличие других ионов;
• произведение растворимости K_sp.

Произведение растворимости помогает точнее определить, при какой концентрации ионов начнётся образование осадка. В обычных школьных заданиях достаточно обозначений таблицы, но в углублённом курсе учитывают количественные значения.

Краткая памятка

• «Р» — вещество растворимо.
• «М» — вещество малорастворимо.
• «Н» — вещество практически нерастворимо, возможно образование осадка.
• «—» или «×» — соединение не существует или неустойчиво в водном растворе.
• Катионы ищут в верхней строке, анионы — в левом столбце.
• Нитраты и большинство солей натрия, калия и аммония растворимы.
• Карбонаты, фосфаты и большинство гидроксидов нерастворимы, кроме распространённых исключений.
• Нерастворимый продукт в уравнении обозначают стрелкой вниз.
• В сокращённом ионном уравнении оставляют только частицы, которые участвуют в химическом превращении.

Анастасія Іщенко