Arkielämässä ihmiset kohtaavat harvoin puhtaita aineita. Useimmat tuotteet ovat aineiden seoksia.
Liuos on homogeeninen seos, jossa komponentit ovat tasaisesti sekoittuneet. Hiukkaskoon mukaan on olemassa useita tyyppejä: karkeat järjestelmät, molekyyliliuokset ja kolloidiset järjestelmät, joita kutsutaan usein sooleiksi. Tämä artikkeli käsittelee molekyylisiä (tai todellisia) ratkaisuja. Aineiden liukoisuus veteen on yksi tärkeimmistä yhdisteiden muodostumiseen vaikuttavista olosuhteista.
Aineiden liukoisuus: mitä se on ja miksi sitä tarvitaan
Ymmärtääksesi tämän aiheen, sinun on tiedettävä, mitä aineiden liuokset ja liukoisuus ovat. Yksinkertaisesti sanottuna tämä on aineen kyky yhdistyä toisen kanssa ja muodostaa homogeeninen seos. Tieteellisesti katsottuna voidaan harkita monimutkaisempaa määritelmää. Aineiden liukoisuus on niiden kyky muodostaa homogeenisia (tai heterogeenisia) koostumuksia yhden tai useamman aineen kanssa, joiden komponenttien jakautuminen on hajallaan. Aineita ja yhdisteitä on useita luokkia:
- välitön;
- heikosti liukenee;
- liukenematon.
Mitä aineen liukoisuuden mitta kertoo
Aineen pitoisuus kyllästetyssä seoksessa on sen liukoisuuden mitta. Kuten edellä mainittiin, se on erilainen kaikille aineille. Liukoisia ovat ne, jotka voivat laimentaa itseään yli 10 g 100 grammaan vettä. Toinen luokka on alle 1 g samoissa olosuhteissa. Käytännössä liukenemattomia ovat ne, joiden seoksessa aineosaa kulkee alle 0,01 g. Tässä tapauksessa aine ei voi siirtää molekyylejään veteen.
Mikä on liukoisuuskerroin
Liukoisuuskerroin (k) ilmaisee aineen enimmäismassan (g), joka voidaan laimentaa 100 grammaan vettä tai muuta ainetta.
Liuottimet
Tässä prosessissa käytetään liuotinta ja liuennutta ainetta. Ensimmäinen eroaa siinä, että se on alun perin samassa aggregaatiotilassa kuin lopullinen seos. Yleensä sitä otetaan suurempia määriä.
Monet ihmiset kuitenkin tietävät, että vedellä on erityinen paikka kemiassa. Sitä varten on erilliset säännöt. Liuosta, jossa H2O on läsnä, kutsutaan vesiliuokseksi. Niistä puhuttaessa neste on uuttoaine, vaikka sitä olisi pienempi määrä. Esimerkki on 80-prosenttinen typpihapon vesiliuos. Osuudet eivät ole tässä samat Vaikka veden osuus on pienempi kuin hapon, on väärin kutsua ainetta 20-prosenttiseksi vesiliuokseksi typpihapossa.
On seoksia, joista puuttuu H2O. He tulevat kantamaan nimeäei-vesipitoinen. Tällaiset elektrolyyttiliuokset ovat ionijohtimia. Ne sisältävät yksittäisiä uuttoaineita tai sekoituksia. Ne koostuvat ioneista ja molekyyleistä. Niitä käytetään teollisuudessa, kuten lääketieteessä, kotitalouskemikaalien tuotannossa, kosmetiikassa ja muilla aloilla. Ne voivat yhdistää useita haluttuja aineita, joilla on eri liukoisuus. Monien ulkoisesti käytettävien tuotteiden komponentit ovat hydrofobisia. Toisin sanoen ne eivät ole hyvin vuorovaikutuksessa veden kanssa. Tällaisissa seoksissa liuottimet voivat olla haihtuvia, haihtumattomia tai yhdistettyjä. Ensimmäisessä tapauksessa orgaaniset aineet liuottavat rasvoja hyvin. Haihtuvat aineet sisältävät alkoholit, hiilivedyt, aldehydit ja muut. Ne sisältyvät usein kotitalouksien kemikaaleihin. Haihtumattomia käytetään useimmiten voiteiden valmistukseen. Näitä ovat rasvaöljyt, nestemäinen parafiini, glyseriini ja muut. Yhdistettynä on seos haihtuvaa ja haihtumatonta, esimerkiksi etanolia glyseriinin kanssa, glyseriiniä dimeksidin kanssa. Ne voivat sisältää myös vettä.
Ratkaisutyypit kyllästysasteen mukaan
Kyllästetty liuos on kemikaalien seos, joka sisältää yhden aineen enimmäispitoisuuden liuottimessa tietyssä lämpötilassa. Se ei kasva enempää. Kiinteän aineen valmistuksessa on havaittavissa saostumista, joka on dynaamisessa tasapainossa sen kanssa. Tämä käsite tarkoittaa tilaa, joka säilyy ajassa, koska se virtaa samanaikaisesti kahteen vastakkaiseen suuntaan (eteenpäin ja taaksepäin) samalla nopeudella.
Jos aineVakiolämpötilassa voi silti hajota, silloin tämä liuos on tyydyttymätön. Ne ovat vakaita. Mutta jos jatkat aineen lisäämistä niihin, se laimennetaan veteen (tai muuhun nesteeseen), kunnes se saavuttaa enimmäispitoisuutensa.
Toinen ilme - ylikyllästynyt. Se sisältää enemmän liuennutta ainetta kuin voi olla vakiolämpötilassa. Koska ne ovat epävakaassa tasapainossa, fyysinen vaikutus niihin aiheuttaa kiteytymistä.
Kuinka erottaa tyydyttyneen liuoksen tyydyttymättömästä?
Tämä on tarpeeksi helppo tehdä. Jos aine on kiinteä, kyllästetyssä liuoksessa voidaan nähdä sakka. Tällöin uuttoaine voi sakeuttaa, kuten esimerkiksi kyllästetyssä koostumuksessa, vedessä, johon on lisätty sokeria.
Mutta jos muutat olosuhteita, nostat lämpötilaa, sitä ei enää oteta huomioon. kylläinen, koska korkeammassa lämpötilassa tämän aineen maksimipitoisuus on toinen.
Ratkaisujen komponenttien vuorovaikutuksen teoriat
Seoksen alkuaineiden vuorovaikutuksesta on kolme teoriaa: fyysinen, kemiallinen ja moderni. Ensimmäisen kirjoittajat ovat Svante August Arrhenius ja Wilhelm Friedrich Ostwald. He olettivat, että diffuusion vuoksi liuottimen ja liuenneen aineen hiukkaset jakautuivat tasaisesti koko seoksen tilavuuteen, mutta niiden välillä ei ollut vuorovaikutusta. Dmitri Ivanovitš Mendelejevin esittämä kemiallinen teoria on sen vastakohta. Sen mukaan niiden välisen kemiallisen vuorovaikutuksen seurauksena epävakaayhdisteet, joiden koostumus on vakio tai vaihteleva ja joita kutsutaan solvaateiksi.
Tällä hetkellä käytetään Vladimir Aleksandrovich Kistyakovskyn ja Ivan Alekseevich Kablukovin yhtenäistä teoriaa. Se yhdistää fysikaalisen ja kemiallisen. Nykyaikainen teoria sanoo, että ratkaisussa on sekä vuorovaikutteisia aineiden hiukkasia että niiden vuorovaikutuksen tuotteita - solvaatteja, joiden olemassaolon Mendeleev osoitti. Jos uuttoaine on vesi, niitä kutsutaan hydraatteiksi. Ilmiötä, jossa solvaatteja (hydraatteja) muodostuu, kutsutaan solvataatioksi (hydraatioksi). Se vaikuttaa kaikkiin fysikaalisiin ja kemiallisiin prosesseihin ja muuttaa seoksen molekyylien ominaisuuksia. Solvataatio tapahtuu, koska solvataatiokuori, joka koostuu siihen läheisesti liittyvistä uuttoaineen molekyyleistä, ympäröi liuenneen aineen molekyyliä.
Aineiden liukoisuuteen vaikuttavat tekijät
Aineiden kemiallinen koostumus. Sääntö "samanlainen vetää puoleensa k altaista" koskee myös reagensseja. Fysikaalisilta ja kemiallisilta ominaisuuksiltaan samanlaiset aineet voivat liueta keskenään nopeammin. Esimerkiksi ei-polaariset yhdisteet ovat hyvin vuorovaikutuksessa ei-polaaristen yhdisteiden kanssa. Aineet, joissa on polaarisia molekyylejä tai ionirakenne, laimennetaan polaarisiin, esimerkiksi veteen. Suolat, alkalit ja muut komponentit hajoavat siinä, kun taas ei-polaariset tekevät päinvastoin. Yksinkertainen esimerkki voidaan antaa. Kyllästetyn sokeriliuoksen valmistamiseksi vedessä tarvitaan suurempi määrä ainetta kuin suolan tapauksessa. Mitä se tarkoittaa? Yksinkertaisesti sanottuna voit kasvattaa paljon enemmänsokeri vedessä kuin suola.
Lämpötila. Kiinteiden aineiden liukoisuuden lisäämiseksi nesteisiin on nostettava uuttoaineen lämpötilaa (toimii useimmissa tapauksissa). Esimerkki voidaan näyttää. Jos laitat ripaus natriumkloridia (suolaa) kylmään veteen, tämä prosessi kestää kauan. Jos teet saman kuumalla väliaineella, liukeneminen on paljon nopeampaa. Tämä selittyy sillä, että lämpötilan nousun seurauksena kineettinen energia kasvaa, josta merkittävä osa käytetään usein kiinteän aineen molekyylien ja ionien välisten sidosten tuhoamiseen. Lämpötilan noustessa litium-, magnesium-, alumiini- ja alkalisuolojen tapauksessa niiden liukoisuus kuitenkin heikkenee.
Paine. Tämä tekijä vaikuttaa vain kaasuihin. Niiden liukoisuus kasvaa paineen noustessa. Loppujen lopuksi kaasujen tilavuus pienenee.
Muuta liukenemisnopeutta
Älä sekoita tätä indikaattoria liukoisuuteen. Loppujen lopuksi eri tekijät vaikuttavat näiden kahden indikaattorin muutokseen.
Liuenneen aineen pirstoutumisaste. Tämä tekijä vaikuttaa kiinteiden aineiden liukoisuuteen nesteisiin. Kokonaisessa (möykkyisessä) tilassa koostumus laimennetaan pidempään kuin se, joka on hajotettu pieniksi paloiksi. Otetaan esimerkki. Kiinteän suolapalan liukeneminen veteen kestää paljon kauemmin kuin hiekkamuodossa olevan suolan.
Sekoitusnopeus. Kuten tiedetään, tämä prosessi voidaan katalysoida sekoittamalla. Sen nopeus on myös tärkeä, koska mitä suurempi se on, sitä nopeammin se liukenee.aine nesteessä.
Miksi meidän täytyy tietää kiinteiden aineiden liukoisuus veteen?
Ensinnäkin tällaisia järjestelmiä tarvitaan kemiallisten yhtälöiden oikeaan ratkaisemiseen. Liukoisuustaulukossa on kaikkien aineiden varaukset. Ne on tunnettava, jotta reagenssit voidaan kirjata oikein ja kemiallisen reaktion yhtälö. Liukoisuus veteen osoittaa, voiko suola tai emäs dissosioitua. Vesipitoisilla yhdisteillä, jotka johtavat virtaa, on koostumuksessaan vahvoja elektrolyyttejä. On olemassa toinenkin tyyppi. Niitä, jotka johtavat virtaa huonosti, pidetään heikkoina elektrolyytteinä. Ensimmäisessä tapauksessa komponentit ovat aineita, jotka ovat täysin ionisoituneita vedessä. Sen sijaan heikot elektrolyytit osoittavat tämän indikaattorin vain vähäisessä määrin.
Kemialliset reaktioyhtälöt
On olemassa useita eri tyyppisiä yhtälöitä: molekyyli-, täysi-ioninen ja lyhytioninen. Itse asiassa viimeinen vaihtoehto on lyhennetty molekyylimuoto. Tämä on lopullinen vastaus. Täydellinen yhtälö sisältää reagoivat aineet ja reaktiotuotteet. Nyt tulee aineiden liukoisuustaulukon vuoro. Ensin on tarkistettava, onko reaktio mahdollista, eli täyttyykö jokin reaktion ehdoista. Niitä on vain 3: veden muodostuminen, kaasun vapautuminen, sade. Jos kaksi ensimmäistä ehtoa eivät täyty, sinun on tarkistettava viimeinen. Tätä varten sinun on katsottava liukoisuustaulukkoa ja selvitettävä, onko reaktiotuotteissa liukenematonta suolaa tai emästä. Jos on, tämä on sedimentti. Lisäksi taulukkoa vaaditaan ioniyhtälön kirjoittamiseen. Koska kaikki liukoiset suolat ja emäkset ovat vahvoja elektrolyyttejä,sitten ne hajoavat kationeiksi ja anioneiksi. Lisäksi sitoutumattomat ionit pelkistyvät ja yhtälö kirjoitetaan lyhyessä muodossa. Esimerkki:
- K2SO4+BaCl2=BaSO4 ↓+2HCl,
- 2K+2SO4+Ba+2Cl=BaSO4↓+2K+2Cl,
- Ba+SO4=BaSO4↓.
Aineiden liukoisuustaulukko on siis yksi ioniyhtälöiden ratkaisemisen tärkeimmistä ehdoista.
Yksityiskohtainen taulukko auttaa sinua selvittämään, kuinka paljon komponentteja sinun tulee ottaa täyteläisen seoksen valmistamiseksi.
Liukoisuustaulukko
Tämä on tavallinen epätäydellinen taulukko. On tärkeää, että veden lämpötila ilmoitetaan tässä, koska se on yksi niistä tekijöistä, joista olemme jo käsitelleet edellä.
Miten liukoisuustaulukkoa käytetään?
Aineiden vesiliukoisuustaulukko on yksi kemistin tärkeimmistä avustajista. Se näyttää kuinka eri aineet ja yhdisteet ovat vuorovaikutuksessa veden kanssa. Kiinteiden aineiden liukoisuus nesteeseen on indikaattori, jota ilman monet kemialliset käsittelyt ovat mahdottomia.
Taulukko on erittäin helppokäyttöinen. Kationit (positiivisesti varautuneet hiukkaset) kirjoitetaan ensimmäiselle riville, anionit (negatiivisesti varautuneet hiukkaset) kirjoitetaan toiselle riville. Suurin osa taulukosta on ruudukko, jonka jokaisessa solussa on tietyt symbolit. Nämä ovat kirjaimet "P", "M", "H" ja merkit "-" ja "?".
- "P" - yhdiste liukenee;
- "M" - liukenee hieman;
- "H" - ei liukene;
- "-" - yhteyttä ei ole olemassa;
- "?" - yhteyden olemassaolosta ei ole tietoa.
Tässä taulukossa on yksi tyhjä solu - tämä on vettä.
Yksinkertainen esimerkki
Nyt kuinka käsitellä tällaista materiaalia. Oletetaan, että sinun on selvitettävä, liukoiko suola veteen - MgSo4 (magnesiumsulfaatti). Tätä varten sinun on löydettävä sarake Mg2+ ja siirryttävä riville SO42-. Niiden leikkauskohdassa on kirjain P, mikä tarkoittaa, että yhdiste on liukoinen.
Johtopäätös
Olemme siis tutkineet kysymystä aineiden liukoisuudesta veteen eikä vain. Tästä tiedosta on epäilemättä hyötyä kemian jatkotutkimuksessa. Loppujen lopuksi aineiden liukoisuudella on tärkeä rooli siellä. Siitä on hyötyä kemiallisten yhtälöiden ja erilaisten ongelmien ratkaisemisessa.
