Η Χημεία είναι μια ενδιαφέρουσα και αρκετά περίπλοκη επιστήμη. Οι όροι και οι έννοιές του συναντάμε στην καθημερινή ζωή και δεν είναι πάντα διαισθητικά σαφές τι σημαίνουν και ποια είναι η σημασία τους. Μία από αυτές τις έννοιες είναι η διαλυτότητα. Αυτός ο όρος χρησιμοποιείται ευρέως στη θεωρία των λύσεων και στην καθημερινή ζωή συναντάμε τη χρήση του επειδή μας περιβάλλουν αυτές οι ίδιες λύσεις. Αλλά δεν είναι τόσο η ίδια η χρήση αυτής της έννοιας που είναι σημαντική, αλλά τα φυσικά φαινόμενα που υποδηλώνει. Αλλά προτού προχωρήσουμε στο κύριο μέρος της ιστορίας μας, ας προχωρήσουμε γρήγορα στον δέκατο ένατο αιώνα, όταν ο Svante Arrhenius και ο Wilhelm Ostwald διατύπωσαν τη θεωρία της ηλεκτρολυτικής διάστασης.
Ιστορία
Η μελέτη των διαλυμάτων και της διαλυτότητας ξεκινά με τη φυσική θεωρία της διάστασης. Είναι το πιο εύκολο στην κατανόηση, αλλά πολύ πρωτόγονο και συμπίπτει με την πραγματικότητα μόνο σε κάποιες στιγμές. Η ουσία αυτής της θεωρίας είναι ότι η διαλυμένη ουσία, εισχωρώντας στο διάλυμα, αποσυντίθεται σε φορτισμένα σωματίδια που ονομάζονται ιόντα. Αυτά τα σωματίδια είναι που καθορίζουν τις χημικές ιδιότητες του διαλύματος και ορισμένα από τα φυσικά χαρακτηριστικά του, όπως η αγωγιμότητα και το σημείο βρασμού, το σημείο τήξης και το σημείο κρυστάλλωσης.
Αλλά υπάρχουν περισσότερασύνθετες θεωρίες που θεωρούν μια λύση ως ένα σύστημα στο οποίο τα σωματίδια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους και σχηματίζουν τα λεγόμενα επιδιαλυτωμένα άλατα - ιόντα που περιβάλλονται από δίπολα. Ένα δίπολο είναι, γενικά, ένα ουδέτερο μόριο, οι πόλοι του οποίου είναι αντίθετα φορτισμένοι. Το δίπολο είναι τις περισσότερες φορές ένα μόριο διαλύτη. Μπαίνοντας στο διάλυμα, η διαλυμένη ουσία αποσυντίθεται σε ιόντα και τα δίπολα έλκονται από το ένα ιόν από το αντίθετα φορτισμένο άκρο σε σχέση με αυτά και προς άλλα ιόντα από το άλλο αντίθετα φορτισμένο άκρο, αντίστοιχα. Έτσι, λαμβάνονται διαλυτώματα - μόρια με κέλυφος άλλων ουδέτερων μορίων.
Τώρα ας μιλήσουμε λίγο για την ουσία των ίδιων των θεωριών και ας τις δούμε πιο προσεκτικά.
Θεωρίες λύσεων
Ο σχηματισμός τέτοιων σωματιδίων μπορεί να εξηγήσει πολλά φαινόμενα που δεν μπορούν να περιγραφούν χρησιμοποιώντας την κλασική θεωρία των λύσεων. Για παράδειγμα, η θερμική επίδραση της αντίδρασης διάλυσης. Από τη σκοπιά της θεωρίας του Arrhenius, είναι δύσκολο να πούμε γιατί, όταν μια ουσία διαλύεται σε μια άλλη, μπορεί να απορροφηθεί και να απελευθερωθεί θερμότητα. Ναι, το κρυσταλλικό πλέγμα καταστρέφεται και επομένως η ενέργεια είτε δαπανάται και το διάλυμα ψύχεται είτε απελευθερώνεται κατά την αποσύνθεση λόγω της περίσσειας ενέργειας των χημικών δεσμών. Αλλά αποδεικνύεται ότι είναι αδύνατο να εξηγηθεί αυτό από τη σκοπιά της κλασικής θεωρίας, αφού ο ίδιος ο μηχανισμός καταστροφής παραμένει ακατανόητος. Και αν εφαρμόσουμε τη χημική θεωρία των διαλυμάτων, γίνεται ξεκάθαρο ότι τα μόρια του διαλύτη, σφηνωμένα στα κενά του πλέγματος, το καταστρέφουν από μέσα, σαν να «περικλείουν»ιόντα μεταξύ τους με ένα κέλυφος διαλυτοποίησης.
Στην επόμενη ενότητα, θα δούμε τι είναι η διαλυτότητα και όλα όσα σχετίζονται με αυτήν την φαινομενικά απλή και διαισθητική ποσότητα.
Η έννοια της διαλυτότητας
Είναι καθαρά διαισθητικό ότι η διαλυτότητα υποδεικνύει πόσο καλά διαλύεται μια ουσία σε έναν δεδομένο διαλύτη. Ωστόσο, συνήθως γνωρίζουμε πολύ λίγα για τη φύση της διάλυσης των ουσιών. Γιατί, για παράδειγμα, η κιμωλία δεν διαλύεται στο νερό και το επιτραπέζιο αλάτι - αντίστροφα; Είναι όλα σχετικά με τη δύναμη των δεσμών μέσα στο μόριο. Εάν οι δεσμοί είναι ισχυροί, τότε εξαιτίας αυτού, αυτά τα σωματίδια δεν μπορούν να διαχωριστούν σε ιόντα, καταστρέφοντας έτσι τον κρύσταλλο. Επομένως, παραμένει αδιάλυτο.
Η διαλυτότητα είναι ένα ποσοτικό χαρακτηριστικό που δείχνει την αναλογία μιας διαλυμένης ουσίας με τη μορφή επιδιαλυτωμένων σωματιδίων. Η τιμή του εξαρτάται από τη φύση της διαλυμένης ουσίας και του διαλύτη. Η διαλυτότητα στο νερό για διαφορετικές ουσίες είναι διαφορετική, ανάλογα με τους δεσμούς μεταξύ των ατόμων στο μόριο. Οι ουσίες με ομοιοπολικούς δεσμούς έχουν τη χαμηλότερη διαλυτότητα, ενώ εκείνες με ιοντικούς δεσμούς την υψηλότερη.
Αλλά δεν είναι πάντα δυνατό να κατανοήσουμε ποια διαλυτότητα είναι μεγάλη και ποια μικρή. Επομένως, στην επόμενη ενότητα, θα συζητήσουμε ποια είναι η διαλυτότητα διαφόρων ουσιών στο νερό.
Σύγκριση
Υπάρχουν πολλοί υγροί διαλύτες στη φύση. Υπάρχουν ακόμη περισσότερες εναλλακτικές ουσίες που μπορούν να χρησιμεύσουν ως οι τελευταίες όταν επιτυγχάνονται ορισμένες προϋποθέσεις, για παράδειγμα, ορισμένεςσυγκεντρωτική κατάσταση. Γίνεται σαφές ότι αν συλλέξετε δεδομένα για τη διαλυτότητα μεταξύ τους κάθε ζεύγους «διαλυμένης ουσίας - διαλύτη», δεν θα είναι αρκετό για μια αιωνιότητα, γιατί οι συνδυασμοί είναι τεράστιοι. Επομένως, συνέβη ότι στον πλανήτη μας το νερό είναι ο παγκόσμιος διαλύτης και πρότυπο. Το έκαναν επειδή είναι το πιο κοινό στη Γη.
Έτσι, καταρτίστηκε ένας πίνακας υδατοδιαλυτότητας για πολλές εκατοντάδες και χιλιάδες ουσίες. Όλοι το έχουμε δει, αλλά σε μια πιο σύντομη και κατανοητή εκδοχή. Τα κελιά του πίνακα περιέχουν γράμματα που δηλώνουν μια διαλυτή ουσία, αδιάλυτη ή ελαφρώς διαλυτή. Υπάρχουν όμως πιο πολύ εξειδικευμένοι πίνακες για όσους είναι σοβαρά έμπειροι στη χημεία. Υποδεικνύει την ακριβή αριθμητική τιμή της διαλυτότητας σε γραμμάρια ανά λίτρο διαλύματος.
Τώρα ας στραφούμε στη θεωρία ενός τέτοιου πράγματος όπως η διαλυτότητα.
Χημεία διαλυτότητας
Πώς λαμβάνει χώρα η ίδια η διαδικασία διάλυσης, έχουμε ήδη αναλύσει στις προηγούμενες ενότητες. Πώς όμως, για παράδειγμα, να τα γράψετε όλα ως αντίδραση; Όλα δεν είναι τόσο απλά εδώ. Για παράδειγμα, όταν ένα οξύ διαλύεται, ένα ιόν υδρογόνου αντιδρά με το νερό για να σχηματίσει ένα ιόν υδρονίου H3O+. Έτσι, για το HCl, η εξίσωση αντίδρασης θα μοιάζει με αυτό:
HCl + H2O =H3O+ + Cl-
Η διαλυτότητα των αλάτων, ανάλογα με τη δομή τους, καθορίζεται και από τη χημική τους αντίδραση. Ο τύπος του τελευταίου εξαρτάται από τη δομή του άλατος καιδεσμούς μέσα στα μόριά του.
Καταλάβαμε πώς να καταγράψουμε γραφικά τη διαλυτότητα των αλάτων στο νερό. Τώρα είναι ώρα για πρακτική εφαρμογή.
Αίτηση
Αν αναφέρετε τις περιπτώσεις που χρειάζεται αυτή η τιμή, ούτε ένας αιώνας δεν είναι αρκετός. Έμμεσα, χρησιμοποιώντας το, μπορείτε να υπολογίσετε άλλες ποσότητες που είναι πολύ σημαντικές για τη μελέτη οποιασδήποτε λύσης. Χωρίς αυτό, δεν θα μπορούσαμε να γνωρίζουμε την ακριβή συγκέντρωση της ουσίας, τη δραστηριότητά της, δεν θα μπορούσαμε να αξιολογήσουμε εάν το φάρμακο θα θεραπεύσει έναν άνθρωπο ή θα σκοτώσει (εξάλλου, ακόμη και το νερό είναι απειλητικό για τη ζωή σε μεγάλες ποσότητες).
Εκτός από τη χημική βιομηχανία και τους επιστημονικούς σκοπούς, η κατανόηση της ουσίας της διαλυτότητας είναι επίσης απαραίτητη στην καθημερινή ζωή. Πράγματι, μερικές φορές απαιτείται η παρασκευή, ας πούμε, ενός υπερκορεσμένου διαλύματος μιας ουσίας. Για παράδειγμα, αυτό είναι απαραίτητο για την απόκτηση κρυστάλλων αλατιού για την εργασία ενός παιδιού. Γνωρίζοντας τη διαλυτότητα του αλατιού στο νερό, μπορούμε εύκολα να προσδιορίσουμε πόση ποσότητα χρειάζεται να χυθεί σε ένα δοχείο ώστε να αρχίσει να κατακρημνίζεται και να σχηματίζει κρυστάλλους από την περίσσεια.
Πριν ολοκληρώσουμε τη σύντομη εκδρομή μας στη χημεία, ας μιλήσουμε για μερικές έννοιες που σχετίζονται με τη διαλυτότητα.
Τι άλλο είναι ενδιαφέρον;
Κατά τη γνώμη μας, αν έχετε φτάσει σε αυτό το τμήμα, πιθανότατα έχετε ήδη καταλάβει ότι η διαλυτότητα δεν είναι απλώς μια περίεργη χημική ποσότητα. Είναι η βάση για άλλες ποσότητες. Και μεταξύ αυτών: συγκέντρωση, δραστηριότητα, σταθερά διάστασης, pH. Και αυτή δεν είναι μια πλήρης λίστα. Πρέπει να έχετε ακούσει τουλάχιστον ένααπό αυτά τα λόγια. Χωρίς αυτή τη γνώση για τη φύση των διαλυμάτων, η μελέτη των οποίων ξεκίνησε με τη διαλυτότητα, δεν μπορούμε πλέον να φανταστούμε τη σύγχρονη χημεία και φυσική. Τι είναι η φυσική εδώ; Μερικές φορές οι φυσικοί ασχολούνται επίσης με λύσεις, μετρούν την αγωγιμότητά τους και χρησιμοποιούν τις άλλες ιδιότητές τους για τις δικές τους ανάγκες.
Συμπέρασμα
Σε αυτό το άρθρο εξοικειωθήκαμε με μια τέτοια χημική έννοια όπως η διαλυτότητα. Αυτή ήταν πιθανώς πολύ χρήσιμη πληροφορία, καθώς οι περισσότεροι από εμάς δύσκολα καταλαβαίνουμε τη βαθιά ουσία της θεωρίας των λύσεων χωρίς να έχουμε την επιθυμία να βουτήξουμε στη μελέτη της λεπτομερώς. Σε κάθε περίπτωση, είναι πολύ χρήσιμο να εκπαιδεύσετε τον εγκέφαλό σας μαθαίνοντας κάτι νέο. Άλλωστε, ένας άνθρωπος πρέπει να «μελετήσει, να μελετήσει και να ξαναμελετήσει» όλη του τη ζωή.
