Что представляет собой растворимость вещества?

 

Как известно, процент растворения обладает большой качественной и количественной специфичностью. Существенную роль играет природа растворяемого вещества и растворителя. Одно и то же вещество в разной степени растворимо в различных растворителях. Сходные отношения имеют место и при растворении разных веществ в одном и том же растворителе. Специфичность процесса растворения вынуждает вводить необходимое для практических целей понятие о растворимости вещества в том или другом растворителе. Растворимость вещества принято определять как концентрацию раствора, насыщенного при данных условиях. В фармацевтической практике при составлении различных таблиц растворимости и других справочных пособий растворимость вещества чаще всего обозначают в виде отношения количества растворенного вещества к количеству насыщенного раствора, которое можно из него приготовить. Обычно это отношение приводится к 1 части по массе растворимого вещества (например, 1:3, 1:150, 1:1320 и т. д.). В других случаях растворимость определяется предельным количеством вещества, растворимым в 100 частях растворителя (например, 0,04; 1,3; 129). Приведенные в скобках обозначения показывают, что в 100 частях растворителя соответственно растворяется 0,04; 1,3 и 129 г вещества). Очень часто растворимость обозначают процентной концентрацией насыщенного раствора. При практическом использовании справочных пособий, в том числе таблиц растворимости, необходимо ясно представлять себе, какой именно способ обозначения растворимости принят в данном источнике.

Как известно, растворимость сильно зависит от температурных условий и в некоторой степени от измельченности растворяемого вещества. В подавляющем большинстве случаев при повышении температуры существенно увеличивается растворимость вещества. Однако, как уже отмечалось, из этого правила имеется ряд исключений. Например, растворимость кальция гидроокиси, кальциевой соли лимонной кислоты, кальция глицерофосфата, кальция сульфата, паральдегида, газов при повышении температуры уменьшается. Растворимость в воде десяти в одном натрия сульфата увеличивается до 34°С и падает при дальнейшем повышении температуры. Измельчение вещества в тонкий порошок приводит к увеличению его растворимости. Одновременно и притом часто значительно увеличивается скорость растворения.

С практической стороны существенно важным руководящим правилом, позволяющим до известной степени разобраться в общих закономерностях растворимости, является давний принцип, установленный еще алхимиками: similia similibus solventur - подобное растворяется в подобном.

Это правило растворимости сводится к тому, что растворители, состояние из неполярных или мало полярных молекул (петролинейный эфир, бензин, жидкий парафин, триглицериды предельных жирных кислот и т. п.), хорошо растворяют неполярные или малополярные соединения. Вещества, построенные из молекул большой полярности, растворяются в таких растворителях хуже. Наконец, соединения, обладающие максимальной полярностью, например построенные по ионному типу, оказываются в указанных растворителях практически нерастворимыми. Наоборот, растворители с резко выраженной полярностью молекул (вода), как правило, хорошо растворяют полярные, в частности ионогенные, вещества и плохо растворяют неполярные соединения.

Полярность растворителя обычно характеризуется величиной его диэлектрической постоянной. Любая среда, имеющая малую электропроводность (диэлектрик), обладает способностью экранировать действие электрических зарядов. Диэлектрическая постоянная показывает, во сколько раз по сравнению с вакуумом (е = 1) данная среда ослабляет силы взаимодействия между точечными электрическими зарядами. По величине диэлектрической постоянной растворители можно расположить в один ряд соответственно увеличению их полярности (табл. 8).

 

Таблица 8 Диэлектрическая постоянная (е) некоторых растворителей

Растворитель	е
(Вакуум)	1
Гексан	1,8
Керосин	2,0
Диоксан	2,0
Парафин	2-2,2
Углерод четыреххлористый	2,24
Бензол	2,3
Тетрахлорэтилен	2,46
Сероуглерод	2,65
Масло оливковое	3
Эфир этиловый	4,3
Масло касторовое	4,6
Хлороформ	5,2
Спирт изоамиловый	5,7
» изопропиловыи	26,0'
Этилацетат	27,8
Метанол	31,8
Этиленгликоль	41,2
Глицерин	56,2
Вода (100° С)	55,1
» (20° С)	80,4
» (10° С)	84,3

Вода по сравнению с другими растворителями обладает огромной полярностью. Этим обстоятельством объясняются ее высокая ионизирующая способность и разрушительное действие на кристаллические решетки многих полярных соединений. При образовании большинства растворов наблюдается поглощение или выделение теплоты: как правило, увеличивается или уменьшается первоначальный суммарный объем исходных компонентов. Поглощение теплоты указывает на затрату энергии. Это отмечается при растворении ассоциированных жидкостей в неполярных растворителях и наоборот. Такой случай имеет место при растворении метилового спирта в гексане или этилового спирта в бензоле. Комплексы (ассоциаты) молекул спирта, попадая в среду углеводорода, претерпевают распад, на который затрачивается теплота. Если тепловое движение оказывается недостаточным, то наблюдается ограничение взаимной растворимости жидкостей.

Ограничение растворимости обычно наблюдается также при растворении твердых тел в жидких растворителях. В отличие от взаимного растворения жидкостей друг в друге здесь обязательна затрата энергии на перевод растворяемого вещества из твердого состояния в жидкое, т. е. на разрушение (плавление) кристаллической решетки.

Необходимость этого обстоятельства объясняется тем, что частицы растворяемого тела, сначала фиксированные в узлах кристаллической решетки и обладающие только вращательным и колебательным движениями, после растворения получают возможность относительно свободного движения внутри раствора. Увеличение кинетической энергии растворенных частиц, естественно, должно компенсироваться соответствующей затратой энергии извне. Обычно эта энергия отнимается от растворителя в виде тепла, и растворение иногда сопровождается значительным охлаждением раствора. Величина отрицательного теплового эффекта зависит от прочности кристаллической решетки.

Положительный тепловой эффект при растворении всегда указывает на образование соединений между растворяемым и растворителем. Соединение растворяемого вещества с растворителем, т. е. сольватация, как уже упоминалось, приводит к повышению растворимости и вызывается разными причинами. Очень часто энергия, необходимая для разъединения частиц вещества при его растворении, получается за счет энергии, выделяющейся при сольватации.

Конечный тепловой эффект растворения является суммой отрицательного теплового эффекта разрушения кристаллической решетки или ассоциатов и положительного теплового эффекта сольватации вещества. Во многих случаях положительный и отрицательный тепловые эффекты растворения оказываются одинаковыми или весьма близкими.

Положительные изменения суммарного объема исходных компонентов зависят от разрушения ассоциатов молекул. Суммарное уменьшение объема исходных компонентов раствора (контракция) чаще всего является результатом образования соединений растворяемого вещества с растворителем.

Временные изменения объема раствора всегда наблюдаются при самоохлаждении или саморазогревании растворов. При изготовлении растворов по массе это обстоятельство несущественно. Однако во избежание существенных ошибок в концентрации оно обязательно должно приниматься во внимание при изготовлении растворов методом по массо-объему.

26.05.2015