Таблиця розчинності допомагає визначити, чи розчиняється кислота, основа або сіль у воді. За нею можна передбачити утворення осаду, перевірити можливість реакції йонного обміну та правильно скласти молекулярне, повне й скорочене йонне рівняння.
Головна складність для учнів — правильно знайти катіон і аніон, не переплутати їхні заряди та зрозуміти значення позначень «Р», «М», «Н» і «—». Нижче розберемо принцип роботи таблиці на простих прикладах.
Що таке розчинність речовини
Розчинність — це максимальна кількість речовини, яка може розчинитися в певній кількості розчинника за встановленої температури. Найчастіше значення наводять у грамах речовини на 100 г води.
Розчинність характеризує насичений розчин. Це розчин, у якому за певної температури вже не може розчинитися додаткова кількість речовини. Надлишок залишається на дні посудини у вигляді твердої фази.
Для порівняння, за температури близько 25 °C у 100 г води розчиняється приблизно:
- 35,9 г натрій хлориду NaCl;
- 0,2 г кальцій сульфату CaSO4;
- 0,00023 г барій сульфату BaSO4;
- 0,000019 г аргентум(I) хлориду AgCl.
Отже, позначення «нерозчинна речовина» не означає, що у воду не переходить жодної частинки. Розчинність існує, але вона настільки мала, що в шкільних рівняннях речовину вважають нерозчинною та записують як осад.
Що означають позначення в таблиці розчинності
У більшості навчальних таблиць використовують чотири основні позначення.
| Позначення | Значення | Як записують у рівнянні |
|---|---|---|
| Р | Речовина розчинна у воді | Залишається у водному розчині |
| М | Речовина малорозчинна | За певних умов може утворювати осад |
| Н | Речовина практично нерозчинна | Позначається стрілкою вниз: ↓ |
| — або × | Речовина не існує у водному розчині, розкладається або реагує з водою | Звичайне рівняння обміну не складають |
У шкільній практиці часто використовують таку умовну класифікацію:
- розчинні речовини — понад 1 г на 100 г води;
- малорозчинні речовини — від 0,1 до 1 г на 100 г води;
- практично нерозчинні речовини — менше 0,1 г на 100 г води.
Межі можуть трохи відрізнятися в різних довідниках. Тому під час виконання шкільної роботи потрібно користуватися таблицею, доданою до конкретного підручника або завдання.
Як побудована таблиця розчинності
Таблиця складається з двох основних частин:
- катіони розміщені у верхньому горизонтальному рядку;
- аніони розміщені у лівому вертикальному стовпці.
Катіон — позитивно заряджений йон. До катіонів належать, наприклад, Na+, K+, Ca2+, Cu2+, Fe3+ і NH4+.
Аніон — негативно заряджений йон. Приклади: Cl−, OH−, NO3−, SO42−, CO32− і PO43−.
Щоб визначити розчинність сполуки, потрібно знайти її катіон у верхньому рядку, аніон у лівому стовпці та подивитися позначення на перетині.
Наприклад, для AgCl:
- катіон — Ag+;
- аніон — Cl−;
- на перетині стоїть позначення «Н»;
- AgCl є практично нерозчинною речовиною та випадає в осад.
Як користуватися таблицею розчинності
- Запишіть формулу речовини. Наприклад, CaCO3.
- Визначте катіон. У CaCO3 це Ca2+.
- Визначте аніон. У цій сполуці це CO32−.
- Знайдіть катіон і аніон у таблиці.
- Подивіться позначення на перетині. Для CaCO3 зазвичай указано «Н».
- Зробіть висновок. Кальцій карбонат практично не розчиняється у воді та утворює осад.
Такий алгоритм підходить для більшості солей, кислот, основ та амфотерних гідроксидів, наведених у таблиці.
Спрощені правила розчинності солей
Повністю запам’ятовувати велику таблицю не обов’язково. Для швидкої перевірки можна використовувати загальні правила.
| Йони або група сполук | Загальне правило | Поширені винятки |
|---|---|---|
| Нітрати NO3− | Розчинні | У типових шкільних завданнях винятків немає |
| Солі Na+, K+, NH4+ | Переважно розчинні | Окремі нестійкі сполуки можуть розкладатися у воді |
| Хлориди Cl−, броміди Br−, йодиди I− | Переважно розчинні | Сполуки Ag+, Pb2+, Hg22+ |
| Сульфати SO42− | Переважно розчинні | BaSO4, PbSO4, SrSO4; CaSO4 малорозчинний |
| Карбонати CO32− | Переважно нерозчинні | Солі лужних металів та амонію |
| Фосфати PO43− | Переважно нерозчинні | Солі лужних металів та амонію |
| Силікати SiO32− | Переважно нерозчинні | Солі натрію та калію |
| Гідроксиди OH− | Більшість нерозчинна | NaOH, KOH і Ba(OH)2 розчинні; Ca(OH)2 малорозчинний |
Ці правила спрощують роботу, але не замінюють таблицю. Особливо уважно потрібно перевіряти сполуки Кальцію, Стронцію, Барію, Плюмбуму та Аргентуму, оскільки серед них багато малорозчинних і нерозчинних речовин.
Як за таблицею визначити утворення осаду
Реакція йонного обміну у водному розчині відбувається до кінця, якщо утворюється:
- осад;
- газ;
- вода або інший слабкий електроліт.
Таблиця розчинності допомагає перевірити першу умову — появу малорозчинної або нерозчинної речовини.
Розглянемо реакцію між барій хлоридом і натрій сульфатом:
BaCl2 + Na2SO4 → BaSO4↓ + 2NaCl
За таблицею:
- BaCl2 — розчинна сіль;
- Na2SO4 — розчинна сіль;
- BaSO4 — нерозчинна сіль;
- NaCl — розчинна сіль.
Оскільки утворюється білий осад BaSO4, реакція відбувається.
Повне йонне рівняння:
Ba2+ + 2Cl− + 2Na+ + SO42− → BaSO4↓ + 2Na+ + 2Cl−
Скорочене йонне рівняння:
Ba2+ + SO42− → BaSO4↓
Йони Na+ і Cl− не змінюються під час реакції, тому їх прибирають зі скороченого рівняння.
Ще один приклад реакції з утворенням осаду
Змішаємо розчини аргентум(I) нітрату та натрій хлориду:
AgNO3 + NaCl → AgCl↓ + NaNO3
AgNO3 і NaCl розчиняються у воді. AgCl практично нерозчинний, тому утворюється білий осад.
Скорочене йонне рівняння:
Ag+ + Cl− → AgCl↓
Цю реакцію використовують як якісну реакцію на хлорид-йони.
Коли реакція обміну не відбувається
Розглянемо змішування розчинів калій хлориду та натрій нітрату:
KCl + NaNO3 → KNO3 + NaCl
Усі чотири солі розчинні у воді. Осад, газ або слабкий електроліт не утворюються. Фактично в розчині залишається суміш йонів K+, Cl−, Na+ і NO3−, тому реакцію не записують як таку, що відбулася.
Розчинність і швидкість розчинення — не одне й те саме
Одна з поширених помилок — плутати розчинність зі швидкістю розчинення.
Розчинність показує, яка максимальна кількість речовини може перейти в розчин. Швидкість розчинення показує, наскільки швидко відбувається цей процес.
Подрібнення речовини та перемішування зазвичай прискорюють розчинення, але не обов’язково збільшують максимальну кількість речовини в насиченому розчині.
Температура впливає складніше:
- для багатьох твердих речовин розчинність під час нагрівання зростає;
- для окремих твердих речовин зміни незначні або відбуваються у протилежному напрямку;
- розчинність газів під час нагрівання води зазвичай зменшується;
- підвищення тиску збільшує розчинність газів у рідинах.
Тому значення розчинності завжди потрібно розглядати разом із температурою та іншими умовами вимірювання.
Чим розчинність відрізняється від електролітичної дисоціації
Розчинення — це перехід речовини в розчин. Електролітична дисоціація — це розпад розчиненої речовини на йони.
Більшість розчинних солей у розбавлених водних розчинах дисоціює майже повністю. Наприклад:
NaCl → Na+ + Cl−
Проте висока розчинність не завжди означає однакову поведінку всіх речовин. Молекулярні речовини, наприклад цукор, добре розчиняються у воді, але не розпадаються на йони та не проводять електричний струм так, як розчини солей.
Типові помилки під час роботи з таблицею
- Пошук формули замість йонів. У таблиці потрібно окремо знайти катіон та аніон.
- Неправильне визначення заряду. Fe2+ і Fe3+ — різні катіони, для яких результати можуть відрізнятися.
- Ігнорування індексів. Формула кальцій хлориду — CaCl2, а не CaCl.
- Сприйняття позначення «Н» як абсолютного нуля. Нерозчинна речовина має дуже малу, але не обов’язково нульову розчинність.
- Запис розчинного продукту як осаду. Наприклад, NaNO3 не позначають стрілкою вниз.
- Розкладання осаду на йони. У повному йонному рівнянні нерозчинну речовину записують молекулярною формулою.
- Застосування таблиці до будь-якої речовини. Таблиця призначена переважно для неорганічних кислот, основ і солей у водних розчинах.
- Ігнорування позначення «—». Воно може вказувати, що сполука нестійка або не існує у водному середовищі.
Як визначити, чи відбудеться реакція між двома солями
- Перевірте, чи розчинні вихідні солі.
- Поміняйте місцями катіони у формулах.
- Правильно розставте індекси з урахуванням зарядів йонів.
- Перевірте розчинність обох продуктів.
- Якщо один із продуктів нерозчинний або малорозчинний, позначте його стрілкою вниз.
- Розставте коефіцієнти у молекулярному рівнянні.
- За потреби складіть повне та скорочене йонні рівняння.
Наприклад:
CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3↓ + 2NaCl
Кальцій карбонат нерозчинний, тому реакція відбувається з утворенням осаду.
Скорочене йонне рівняння:
Ca2+ + CO32− → CaCO3↓
Чи достатньо таблиці для точних розрахунків
Таблиця розчинності дає якісну оцінку: речовина розчинна, малорозчинна або практично нерозчинна. Вона не показує точну концентрацію насиченого розчину.
Для лабораторних і промислових розрахунків використовують:
- розчинність у грамах на 100 г води;
- молярну розчинність у моль/л;
- температуру розчину;
- кислотність середовища;
- наявність інших йонів;
- добуток розчинності Ksp.
Добуток розчинності допомагає точніше визначити, за якої концентрації йонів почнеться утворення осаду. У звичайних шкільних завданнях достатньо позначень таблиці, але в поглибленому курсі враховують кількісні значення.
Коротка пам’ятка
- «Р» — речовина розчинна.
- «М» — речовина малорозчинна.
- «Н» — речовина практично нерозчинна, можливе утворення осаду.
- «—» або «×» — сполука не існує або нестійка у водному розчині.
- Катіони шукають у верхньому рядку, аніони — у лівому стовпці.
- Нітрати та більшість солей Натрію, Калію й амонію розчинні.
- Карбонати, фосфати та більшість гідроксидів нерозчинні, крім поширених винятків.
- Нерозчинний продукт у рівнянні позначають стрілкою вниз.
- У скороченому йонному рівнянні залишають тільки частинки, які беруть участь у хімічному перетворенні.
