Таблица растворимости

Таблица растворимости — это сводная таблица, отображающая растворимость неорганических солей, кислот и оснований в воде при стандартных условиях (обычно при 20–25 °C). Является справочным материалом, широко используемым в химии для прогнозирования возможности протекания реакций ионного обмена, определения осадков и составления уравнений химических реакций.

История создания

Систематизация данных о растворимости веществ началась в XIX веке с развитием аналитической химии. Первые таблицы растворимости были составлены на основе эмпирических наблюдений за образованием осадков при смешивании растворов. В 1872 году русский химик Дмитрий Иванович Менделеев в своей работе «Основы химии» привёл одну из первых таблиц растворимости, основанную на данных о поведении солей в водных растворах. Впоследствии таблица многократно уточнялась и дополнялась, в том числе с учётом температурных зависимостей растворимости.

Структура и содержание

Таблица растворимости представляет собой матрицу, строки которой соответствуют катионам (положительно заряженным ионам), а столбцы — анионам (отрицательно заряженным ионам). На пересечении строки и столбца указывается тип растворимости соединения, образованного данной парой ионов.

Обозначения растворимости

В стандартной таблице используются следующие обозначения:

• Р — растворимое вещество (растворимость более 1 г/100 г воды при 20 °C);
• М — малорастворимое вещество (растворимость от 0,01 до 1 г/100 г воды);
• Н — нерастворимое вещество (растворимость менее 0,01 г/100 г воды);
• — — вещество не существует (или разлагается водой);
• ? — достоверные данные о растворимости отсутствуют.

В некоторых вариантах таблицы могут использоваться дополнительные обозначения: «Р» (растворимо), «М» (малорастворимо), «Н» (нерастворимо), а также числовые значения растворимости в граммах на 100 г воды.

Катионы и анионы

Обычно в таблицу включают следующие ионы:

Катионы:

• H⁺ (водород);
• Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Cs⁺ (щелочные металлы);
• NH₄⁺ (аммоний);
• Be²⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺ (щелочноземельные металлы);
• Al³⁺ (алюминий);
• Mn²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Ag⁺, Hg²⁺, Pb²⁺, Sn²⁺, Cd²⁺ (переходные металлы);
• Cr³⁺, Bi³⁺.

Анионы:

• OH⁻ (гидроксид);
• F⁻, Cl⁻, Br⁻, I⁻ (галогениды);
• S²⁻ (сульфид);
• SO₃²⁻, SO₄²⁻ (сульфит, сульфат);
• NO₂⁻, NO₃⁻ (нитрит, нитрат);
• PO₄³⁻ (фосфат);
• CO₃²⁻ (карбонат);
• SiO₃²⁻ (силикат);
• CH₃COO⁻ (ацетат);
• ClO₃⁻ (хлорат);
• MnO₄⁻ (перманганат).

Правила растворимости

На основе таблицы растворимости сформулированы общие правила, позволяющие предсказывать растворимость без обращения к таблице:

1. Все соли натрия, калия, аммония и нитраты растворимы.
2. Все хлориды, бромиды и иодиды растворимы, кроме солей серебра, свинца(II) и ртути(I).
3. Все сульфаты растворимы, кроме сульфатов бария, стронция, свинца(II) и кальция (последний малорастворим).
4. Карбонаты, фосфаты, сульфиды, силикаты и гидроксиды нерастворимы, кроме солей щелочных металлов и аммония.
5. Гидроксиды щелочноземельных металлов (Ca, Sr, Ba) малорастворимы.

Применение

В химических расчётах

Таблица растворимости используется для:

• Определения возможности протекания реакций ионного обмена в водных растворах (реакция идёт до конца, если образуется осадок, газ или слабый электролит);
• Составления полных и сокращённых ионных уравнений;
• Расчёта концентраций ионов в растворах;
• Прогнозирования образования осадков при смешивании растворов.

В аналитической химии

В качественном анализе таблица растворимости помогает:

• Подбирать реагенты для обнаружения ионов;
• Разделять смеси ионов путём осаждения;
• Определять последовательность добавления реактивов.

В образовательном процессе

Таблица растворимости является обязательным справочным материалом для школьников и студентов химических специальностей. Она входит в состав контрольно-измерительных материалов Единого государственного экзамена (ЕГЭ) по химии в России, а также используется на олимпиадах.

Ограничения и особенности

Таблица растворимости даёт качественную оценку растворимости при комнатной температуре. На практике растворимость зависит от:

• Температуры — для большинства твёрдых веществ растворимость увеличивается с ростом температуры (исключение — сульфат кальция и некоторые другие);
• Давления — для газов растворимость растёт с увеличением давления;
• Присутствия других ионов — эффект солевого фона может изменять растворимость;
• pH раствора — растворимость гидроксидов и солей слабых кислот сильно зависит от кислотности среды.

Кроме того, некоторые вещества, обозначенные как «нерастворимые», на самом деле имеют очень малую, но измеримую растворимость (например, хлорид серебра — 0,00019 г/100 г воды).

Варианты таблиц

Существуют расширенные версии таблицы растворимости, включающие:

• Числовые значения растворимости (в г/100 г воды или моль/л);
• Температурные зависимости;
• Данные для неводных растворителей;
• Растворимость газов.

В России наиболее распространён вариант таблицы, разработанный для школьного курса химии, который содержит 32 катиона и 20 анионов. В высших учебных заведениях используют более детализированные таблицы, например, из справочника «Растворимость неорганических веществ» под редакцией В. Я. Аносова.

Интересные факты

• Таблица растворимости является неотъемлемой частью кабинета химии наряду с периодической таблицей Менделеева.
• В некоторых странах (например, в США) вместо таблицы растворимости часто используют «Правила растворимости» — набор из 6–8 общих правил.
• В 2019 году Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) опубликовал обновлённые данные по растворимости многих соединений, что привело к корректировке некоторых положений таблицы.

Источники

• Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. — М.: Высшая школа, 2001.
• Лидин Р. А., Молочко В. А., Андреева Л. Л. Химические свойства неорганических веществ. — М.: Химия, 2000.
• Рабинович В. А., Хавин З. Я. Краткий химический справочник. — Л.: Химия, 1977.
• Справочник химика / Под ред. Б. П. Никольского. — М.-Л.: Химия, 1964.
• IUPAC. Solubility Data Series (SDS). — Oxford University Press, 1979–2020.