Καθημερινά συναντάμε διαλύματα διαφόρων ουσιών. Αλλά είναι απίθανο ο καθένας από εμάς να συνειδητοποιήσει πόσο μεγάλο ρόλο παίζουν αυτά τα συστήματα. Μεγάλο μέρος της συμπεριφοράς τους έχει γίνει σαφές σήμερα μέσω λεπτομερούς μελέτης για χιλιάδες χρόνια. Σε όλο αυτό το διάστημα έχουν εισαχθεί πολλοί όροι ακατανόητοι για τον απλό άνθρωπο. Ένα από αυτά είναι η κανονικότητα της λύσης. Τι είναι? Αυτό θα συζητηθεί στο άρθρο μας. Ας ξεκινήσουμε βουτώντας στο παρελθόν.
Ιστορικό έρευνας
Τα πρώτα έξυπνα μυαλά που άρχισαν να μελετούν λύσεις ήταν τόσο γνωστοί χημικοί όπως ο Arrhenius, ο van't Hoff και ο Ostwald. Υπό την επίδραση της δουλειάς τους, οι επόμενες γενιές χημικών άρχισαν να εμβαθύνουν στη μελέτη υδατικών και αραιωμένων διαλυμάτων. Φυσικά, έχουν συσσωρεύσει τεράστιο όγκο γνώσεων, αλλά τα μη υδατικά διαλύματα έμειναν χωρίς προσοχή, τα οποία, παρεμπιπτόντως, παίζουν επίσης μεγάλο ρόλο τόσο στη βιομηχανία όσο και σε άλλους τομείς της ανθρώπινης ζωής.
Υπήρχε πολύ ακατανόητο στη θεωρία των μη υδατικών διαλυμάτων. Για παράδειγμα, αν στα υδατικά συστήματα η τιμή της αγωγιμότητας αυξανόταν με την αύξηση του βαθμού διάστασης, τότε σε παρόμοια συστήματα, αλλά με διαφορετικό διαλύτη αντί για νερό, ήταν το αντίστροφο. Μικρές ηλεκτρικές τιμέςΟι αγωγιμότητες αντιστοιχούν συχνά σε υψηλούς βαθμούς διάστασης. Οι ανωμαλίες ώθησαν τους επιστήμονες να εξερευνήσουν αυτόν τον τομέα της χημείας. Συσσωρεύτηκε μια μεγάλη σειρά δεδομένων, η επεξεργασία των οποίων κατέστησε δυνατή την εύρεση κανονικοτήτων που συμπληρώνουν τη θεωρία της ηλεκτρολυτικής διάστασης. Επιπλέον, κατέστη δυνατή η επέκταση της γνώσης σχετικά με την ηλεκτρόλυση και τη φύση των σύνθετων ιόντων οργανικών και ανόργανων ενώσεων.
Στη συνέχεια άρχισε πιο ενεργή έρευνα στον τομέα των συμπυκνωμένων διαλυμάτων. Τέτοια συστήματα διαφέρουν σημαντικά στις ιδιότητες από τα αραιωμένα λόγω του γεγονότος ότι με την αύξηση της συγκέντρωσης της διαλυμένης ουσίας, η αλληλεπίδρασή της με τον διαλύτη αρχίζει να παίζει ολοένα και πιο σημαντικό ρόλο. Περισσότερα για αυτό στην επόμενη ενότητα.
Θεωρία
Αυτή τη στιγμή, η καλύτερη εξήγηση της συμπεριφοράς των ιόντων, των μορίων και των ατόμων σε διάλυμα είναι μόνο η θεωρία της ηλεκτρολυτικής διάστασης. Από τη δημιουργία του από τον Svante Arrhenius τον 19ο αιώνα, έχει υποστεί κάποιες αλλαγές. Ανακαλύφθηκαν ορισμένοι νόμοι (όπως ο νόμος της αραίωσης του Ostwald) που κάπως δεν ταίριαζαν στην κλασική θεωρία. Όμως, χάρη στην επακόλουθη εργασία των επιστημόνων, έγιναν τροποποιήσεις στη θεωρία, και στη σύγχρονη μορφή της εξακολουθεί να υπάρχει και περιγράφει τα αποτελέσματα που προέκυψαν πειραματικά με υψηλή ακρίβεια.
Η κύρια ουσία της ηλεκτρολυτικής θεωρίας της διάστασης είναι ότι η ουσία, όταν διαλύεται, αποσυντίθεται στα συστατικά της ιόντα - σωματίδια που έχουν φορτίο. Ανάλογα με την ικανότητα αποσύνθεσης (διάσπασης) σε μέρη, υπάρχουν ισχυρά και αδύναμαηλεκτρολύτες. Τα ισχυρά τείνουν να διασπώνται πλήρως σε ιόντα στο διάλυμα, ενώ τα αδύναμα μόνο σε πολύ μικρό βαθμό.
Αυτά τα σωματίδια στα οποία διασπάται το μόριο μπορούν να αλληλεπιδράσουν με τον διαλύτη. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται επίλυση. Αλλά δεν συμβαίνει πάντα, αφού οφείλεται στην παρουσία φορτίου στα μόρια ιόντων και διαλύτη. Για παράδειγμα, ένα μόριο νερού είναι ένα δίπολο, δηλαδή ένα σωματίδιο φορτισμένο θετικά στη μία πλευρά και αρνητικά φορτισμένο από την άλλη. Και τα ιόντα στα οποία αποσυντίθεται ο ηλεκτρολύτης έχουν επίσης φορτίο. Έτσι, αυτά τα σωματίδια έλκονται από αντίθετα φορτισμένες πλευρές. Αλλά αυτό συμβαίνει μόνο με πολικούς διαλύτες (όπως είναι το νερό). Για παράδειγμα, σε ένα διάλυμα οποιασδήποτε ουσίας σε εξάνιο, δεν θα συμβεί διαλυτοποίηση.
Για τη μελέτη των διαλυμάτων, είναι πολύ συχνά απαραίτητο να γνωρίζουμε την ποσότητα μιας διαλυμένης ουσίας. Μερικές φορές είναι πολύ άβολο να αντικαταστήσετε ορισμένες ποσότητες σε τύπους. Επομένως, υπάρχουν διάφοροι τύποι συγκεντρώσεων, μεταξύ των οποίων είναι η κανονικότητα του διαλύματος. Τώρα θα πούμε λεπτομερώς για όλους τους τρόπους έκφρασης της περιεκτικότητας μιας ουσίας σε ένα διάλυμα και τις μεθόδους υπολογισμού της.
Συγκέντρωση διαλύματος
Υπάρχουν πολλοί τύποι στη χημεία, και μερικοί από αυτούς είναι κατασκευασμένοι με τέτοιο τρόπο ώστε να είναι πιο βολικό να παίρνουμε την τιμή με τη μία ή την άλλη μορφή.
Η πρώτη και πιο γνωστή σε εμάς μορφή έκφρασης της συγκέντρωσης είναι το κλάσμα μάζας. Υπολογίζεται πολύ απλά. Απλά πρέπει να διαιρέσουμε τη μάζα της ουσίας σε διάλυμα με τη συνολική μάζα της. ΈτσιΈτσι, παίρνουμε την απάντηση σε κλάσματα του ενός. Πολλαπλασιάζοντας τον αριθμό που προκύπτει επί εκατό, παίρνουμε την απάντηση ως ποσοστό.
Μια ελαφρώς λιγότερο γνωστή μορφή είναι το κλάσμα όγκου. Τις περισσότερες φορές χρησιμοποιείται για να εκφράσει τη συγκέντρωση αλκοόλ στα αλκοολούχα ποτά. Υπολογίζεται επίσης πολύ απλά: διαιρούμε τον όγκο της διαλυμένης ουσίας με τον όγκο ολόκληρου του διαλύματος. Όπως και στην προηγούμενη περίπτωση, μπορείτε να λάβετε την απάντηση ως ποσοστό. Οι ετικέτες λένε συχνά: "40% vol.", που σημαίνει: 40 τοις εκατό όγκου.
Στη χημεία, χρησιμοποιούνται συχνά άλλοι τύποι συγκέντρωσης. Αλλά προτού προχωρήσουμε σε αυτά, ας μιλήσουμε για το τι είναι ένα mole ουσίας. Η ποσότητα μιας ουσίας μπορεί να εκφραστεί με διάφορους τρόπους: μάζα, όγκος. Αλλά τελικά, τα μόρια κάθε ουσίας έχουν το δικό τους βάρος και από τη μάζα του δείγματος είναι αδύνατο να καταλάβουμε πόσα μόρια υπάρχουν σε αυτό, και αυτό είναι απαραίτητο για να κατανοήσουμε την ποσοτική συνιστώσα των χημικών μετασχηματισμών. Για αυτό, εισήχθη μια τέτοια ποσότητα ως mole μιας ουσίας. Στην πραγματικότητα, ένα mole είναι ένας ορισμένος αριθμός μορίων: 6,021023. Αυτός ονομάζεται αριθμός του Avogadro. Τις περισσότερες φορές, μια μονάδα όπως ένα mole μιας ουσίας χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της ποσότητας των προϊόντων μιας αντίδρασης. Από αυτή την άποψη, υπάρχει μια άλλη μορφή έκφρασης συγκέντρωσης - μοριακότητα. Αυτή είναι η ποσότητα της ουσίας ανά μονάδα όγκου. Η μοριακότητα εκφράζεται σε mol/L (διαβάστε: moles ανά λίτρο).
Υπάρχει ένας πολύ παρόμοιος τύπος έκφρασης για το περιεχόμενο μιας ουσίας σε ένα σύστημα: molality. Διαφέρει από τη μοριακότητα στο ότι καθορίζει την ποσότητα μιας ουσίας όχι σε μονάδα όγκου, αλλά σε μονάδα μάζας. Και εκφράζεται με προσευχέςανά κιλό (ή άλλο πολλαπλάσιο, όπως ανά γραμμάριο).
Ερχόμαστε λοιπόν στην τελευταία μορφή, την οποία τώρα θα συζητήσουμε ξεχωριστά, αφού η περιγραφή της απαιτεί ορισμένες θεωρητικές πληροφορίες.
Λύση κανονικότητα
Τι είναι αυτό; Και σε τι διαφέρει από τις προηγούμενες τιμές; Πρώτα πρέπει να κατανοήσετε τη διαφορά μεταξύ εννοιών όπως η κανονικότητα και η μοριακότητα των λύσεων. Στην πραγματικότητα, διαφέρουν μόνο κατά μία τιμή - τον αριθμό ισοδυναμίας. Τώρα μπορείτε ακόμη και να φανταστείτε ποια είναι η κανονικότητα της λύσης. Είναι απλώς μια τροποποιημένη μοριακότητα. Ο αριθμός ισοδυναμίας υποδεικνύει τον αριθμό των σωματιδίων που μπορούν να αλληλεπιδράσουν με ένα mole ιόντων υδρογόνου ή ιόντων υδροξειδίου.
Γνωριστήκαμε ποια είναι η κανονικότητα της λύσης. Αλλά τελικά, αξίζει να σκάψουμε βαθύτερα και θα δούμε πόσο απλή είναι αυτή η, με την πρώτη ματιά, πολύπλοκη μορφή περιγραφής της συγκέντρωσης. Λοιπόν, ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στο ποια είναι η κανονικότητα της λύσης.
Formula
Είναι πολύ εύκολο να φανταστεί κανείς έναν τύπο από μια λεκτική περιγραφή. Θα μοιάζει με αυτό: Cn=zn/N. Εδώ z είναι ο συντελεστής ισοδυναμίας, n είναι η ποσότητα της ουσίας, V είναι ο όγκος του διαλύματος. Η πρώτη τιμή είναι η πιο ενδιαφέρουσα. Απλώς δείχνει το ισοδύναμο μιας ουσίας, δηλαδή τον αριθμό των πραγματικών ή φανταστικών σωματιδίων που μπορούν να αντιδράσουν με ένα ελάχιστο σωματίδιο μιας άλλης ουσίας. Με αυτό, στην πραγματικότητα, η κανονικότητα της λύσης, ο τύπος της οποίας παρουσιάστηκε παραπάνω, διαφέρει ποιοτικάαπό μοριακότητα.
Και τώρα ας περάσουμε σε ένα άλλο σημαντικό μέρος: πώς να προσδιορίσετε την κανονικότητα της λύσης. Αυτό είναι αναμφίβολα ένα σημαντικό ερώτημα, επομένως αξίζει να προσεγγίσουμε τη μελέτη του κατανοώντας κάθε τιμή που υποδεικνύεται στην εξίσωση που παρουσιάζεται παραπάνω.
Πώς να βρείτε την κανονικότητα μιας λύσης;
Ο τύπος που συζητήσαμε παραπάνω εφαρμόζεται καθαρά. Όλες οι τιμές που δίνονται σε αυτό υπολογίζονται εύκολα στην πράξη. Στην πραγματικότητα, είναι πολύ εύκολο να υπολογίσουμε την κανονικότητα ενός διαλύματος, γνωρίζοντας κάποιες ποσότητες: τη μάζα της διαλυμένης ουσίας, τον τύπο της και τον όγκο του διαλύματος. Εφόσον γνωρίζουμε τον τύπο των μορίων μιας ουσίας, μπορούμε να βρούμε το μοριακό της βάρος. Ο λόγος της μάζας ενός δείγματος μιας διαλυμένης ουσίας προς τη μοριακή του μάζα θα είναι ίσος με τον αριθμό των γραμμομορίων της ουσίας. Και γνωρίζοντας τον όγκο ολόκληρου του διαλύματος, μπορούμε να πούμε με βεβαιότητα ποια είναι η μοριακή μας συγκέντρωση.
Η επόμενη πράξη που πρέπει να κάνουμε για να υπολογίσουμε την κανονικότητα της λύσης είναι η ενέργεια εύρεσης του συντελεστή ισοδυναμίας. Για να γίνει αυτό, πρέπει να καταλάβουμε πόσα σωματίδια σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της διάστασης που μπορούν να προσκολλήσουν πρωτόνια ή ιόντα υδροξυλίου. Για παράδειγμα, στο θειικό οξύ, ο συντελεστής ισοδυναμίας είναι 2, και επομένως η κανονικότητα του διαλύματος σε αυτήν την περίπτωση υπολογίζεται πολλαπλασιάζοντας απλώς τη μοριακότητά του επί 2.
Αίτηση
Στη χημική ανάλυση, συχνά πρέπει κανείς να υπολογίσει την κανονικότητα και τη μοριακότητα των διαλυμάτων. Αυτό είναι πολύ βολικό γιαυπολογισμός μοριακών τύπων ουσιών.
Τι άλλο να διαβάσω;
Για να κατανοήσετε καλύτερα ποια είναι η κανονικότητα μιας λύσης, είναι καλύτερο να ανοίξετε ένα εγχειρίδιο γενικής χημείας. Και αν γνωρίζετε ήδη όλες αυτές τις πληροφορίες, θα πρέπει να ανατρέξετε στο εγχειρίδιο αναλυτικής χημείας για φοιτητές χημικών ειδικοτήτων.
Συμπέρασμα
Χάρη στο άρθρο, πιστεύουμε ότι καταλάβατε ότι η κανονικότητα ενός διαλύματος είναι μια μορφή έκφρασης της συγκέντρωσης μιας ουσίας, η οποία χρησιμοποιείται κυρίως στη χημική ανάλυση. Και τώρα δεν είναι μυστικό για κανέναν πώς υπολογίζεται.
