Kemia on mielenkiintoinen ja melko monimutkainen tiede. Sen termit ja käsitteet kohtaavat meille jokapäiväisessä elämässä, eikä aina ole intuitiivisesti selvää, mitä ne tarkoittavat ja mitä niillä tarkoitetaan. Yksi näistä käsitteistä on liukoisuus. Tätä termiä käytetään laajasti ratkaisuteoriassa, ja arkielämässä kohtaamme sen käytön, koska olemme näiden samojen ratkaisujen ympäröimänä. Mutta ei niinkään tämän käsitteen käyttö ole tärkeää, vaan sen ilmaisemat fyysiset ilmiöt. Mutta ennen kuin siirrymme tarinamme pääosaan, siirrytään eteenpäin 1800-luvulle, jolloin Svante Arrhenius ja Wilhelm Ostwald muotoilivat elektrolyyttisen dissosiaation teorian.
Historia
Liuosten ja liukoisuuden tutkimus alkaa dissosiaatioteorialla. Se on helpoimmin ymmärrettävä, mutta liian alkeellinen ja osuu todellisuuden kanssa vain joissakin hetkissä. Tämän teorian ydin on, että liuennut aine joutuessaan liuokseen hajoaa varautuneiksi hiukkasiksi, joita kutsutaan ioneiksi. Nämä hiukkaset määräävät liuoksen kemialliset ominaisuudet ja jotkin sen fysikaaliset ominaisuudet, mukaan lukien johtavuuden ja kiehumispisteen, sulamispisteen ja kiteytymispisteen.
Mutta on enemmänkinmonimutkaisia teorioita, jotka pitävät ratkaisua järjestelmänä, jossa hiukkaset ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa ja muodostavat niin sanottuja solvaatteja - dipolien ympäröimiä ioneja. Dipoli on yleensä neutraali molekyyli, jonka navat ovat vastakkaisesti varautuneita. Dipoli on useimmiten liuotinmolekyyli. Liuokseen joutuessaan liuennut aine hajoaa ioneiksi ja dipolit vetäytyvät yhteen ioniin niiden suhteen vastakkaisesti varautuneesta päästä ja muut ionit vastaavasti toisesta vastakkaisesti varautuneesta päästä. Siten saadaan solvaatteja - molekyylejä, joiden kuori on muita neutraaleja molekyylejä.
Puhutaan nyt hieman itse teorioiden olemuksesta ja tarkastellaan niitä tarkemmin.
Ratkaisuteoriat
Tällaisten hiukkasten muodostuminen voi selittää monia ilmiöitä, joita ei voida kuvata klassisen ratkaisuteorian avulla. Esimerkiksi liukenemisreaktion lämpövaikutus. Arrhenius-teorian näkökulmasta on vaikea sanoa, miksi, kun yksi aine liukenee toiseen, lämpö voi imeytyä ja vapautua. Kyllä, kidehila tuhoutuu, ja siksi energiaa joko kuluu ja liuos jäähtyy tai vapautuu hajoamisen aikana kemiallisten sidosten ylienergian vuoksi. Mutta tätä on mahdotonta selittää klassisen teorian näkökulmasta, koska itse tuhomekanismi jää käsittämättömäksi. Ja jos sovellamme liuosten kemiallista teoriaa, käy selväksi, että hilan onteloihin kiilautuvat liuotinmolekyylit tuhoavat sen sisältä, ikään kuin "sulkiessaan"ioneja toisistaan solvaatiokuoren avulla.
Seuraavassa osiossa tarkastellaan mitä liukoisuus on ja kaikkea, mikä liittyy tähän näennäisesti yksinkertaiseen ja intuitiiviseen suureen.
Liukoisuuden käsite
On täysin intuitiivista, että liukoisuus osoittaa, kuinka hyvin aine liukenee tiettyyn liuottimeen. Tiedämme kuitenkin yleensä hyvin vähän aineiden liukenemisen luonteesta. Miksi esimerkiksi liitu ei liukene veteen ja ruokasuola - päinvastoin? Kyse on molekyylin sisällä olevien sidosten vahvuudesta. Jos sidokset ovat vahvoja, tämän vuoksi nämä hiukkaset eivät voi hajota ioneiksi, mikä tuhoaa kiteen. Siksi se pysyy liukenemattomana.
Liukoisuus on kvantitatiivinen ominaisuus, joka osoittaa, kuinka suuri osuus liuenneesta aineesta on solvatoituneiden hiukkasten muodossa. Sen arvo riippuu liuenneen aineen ja liuottimen laadusta. Eri aineiden vesiliukoisuus on erilainen riippuen molekyylin atomien välisistä sidoksista. Aineilla, joissa on kovalenttisia sidoksia, on alhaisin liukoisuus, kun taas niillä, joissa on ionisia sidoksia, on suurin.
Mutta aina ei ole mahdollista ymmärtää, mikä liukoisuus on suuri ja mikä pieni. Siksi seuraavassa osiossa pohditaan, mikä on eri aineiden liukoisuus veteen.
Vertailu
Luontossa on paljon nestemäisiä liuottimia. On vielä enemmän vaihtoehtoisia aineita, jotka voivat toimia viimeisinä, kun tietyt ehdot saavutetaan, esimerkiksi tiettyaggregaattitila. On selvää, että jos keräät tietoja kunkin "liuenneen - liuotin" -parin liukoisuudesta toisiinsa, se ei riitä ikuisuuteen, koska yhdistelmät ovat v altavia. Siksi kävi niin, että planeetallamme vesi on yleinen liuotin ja standardi. He tekivät tämän, koska se on yleisin maapallolla.
Siksi vesiliukoisuustaulukko laadittiin monille sadoille ja tuhansille aineille. Olemme kaikki nähneet sen, mutta lyhyemmässä ja ymmärrettävämmässä versiossa. Taulukon solut sisältävät kirjaimia, jotka osoittavat liukoista ainetta, liukenematonta tai vähän liukenevaa. Mutta on olemassa enemmän erikoistuneita pöytiä niille, jotka ovat vakavasti perehtyneet kemiaan. Se osoittaa liukoisuuden tarkan numeerisen arvon grammoina litrassa liuosta.
Käännytään nyt sellaisen asian kuin liukoisuuden teoriaan.
Liukoisuuskemia
Miten itse liukenemisprosessi tapahtuu, olemme jo analysoineet edellisissä osioissa. Mutta kuinka esimerkiksi kirjoittaa se kaikki ylös reaktiona? Kaikki ei ole täällä niin yksinkertaista. Esimerkiksi, kun happo liukenee, vetyioni reagoi veden kanssa muodostaen hydronium-ionin H3O+. Siten HCl:lle reaktioyhtälö näyttää tältä:
HCl + H2O =H3O+ + Cl-
Suolojen liukoisuus, riippuen niiden rakenteesta, määräytyy myös sen kemiallisen reaktion perusteella. Jälkimmäisen tyyppi riippuu suolan rakenteesta jasidoksia sen molekyylien sisällä.
Kehitimme, kuinka suolojen vesiliukoisuus tallennetaan graafisesti. Nyt on käytännön soveltamisen aika.
Hakemus
Jos luettelet tapaukset, joissa tätä arvoa tarvitaan, ei vuosisatakaan riitä. Epäsuorasti sen avulla voit laskea muita määriä, jotka ovat erittäin tärkeitä minkä tahansa ratkaisun tutkimisessa. Ilman sitä emme voisi tietää tarkkaa aineen pitoisuutta, sen aktiivisuutta, emme pystyisi arvioimaan, parantaako lääke ihmisen vai tappaako (onhan vesikin suurina määrinä hengenvaarallista).
Kemianteollisuuden ja tieteellisten tarkoitusperien lisäksi liukoisuuden olemuksen ymmärtäminen on välttämätöntä myös jokapäiväisessä elämässä. Itse asiassa joskus on valmistettava esimerkiksi aineen ylikyllästetty liuos. Tämä on esimerkiksi tarpeen suolakiteiden saamiseksi lapsen kotitehtäviin. Kun tiedämme suolan liukoisuuden veteen, voimme helposti määrittää, kuinka paljon sitä on kaadettava astiaan, jotta se alkaa saostua ja muodostaa kiteitä ylimäärästä.
Ennen kuin päätämme lyhyen tutkimusmatkamme kemiaan, puhutaan muutamasta liukoisuuteen liittyvistä käsitteistä.
Mitä muuta kiinnostaa?
Mielestämme, jos olet saavuttanut tämän osan, olet luultavasti jo ymmärtänyt, että liukoisuus ei ole vain outo kemiallinen määrä. Se on muiden määrien perusta. Ja niiden joukossa: keskittyminen, aktiivisuus, dissosiaatiovakio, pH. Ja tämä ei ole täydellinen luettelo. Olet varmaan kuullut ainakin yhdennäistä sanoista. Ilman tätä tietoa ratkaisujen luonteesta, jonka tutkimus alkoi liukoisuudesta, emme voi enää kuvitella nykyaikaista kemiaa ja fysiikkaa. Mitä fysiikkaa tässä on? Joskus fyysikot käsittelevät myös ratkaisuja, mittaavat niiden johtavuutta ja käyttävät niiden muita ominaisuuksia omiin tarpeisiinsa.
Johtopäätös
Tässä artikkelissa tutustuimme sellaiseen kemialliseen käsitteeseen kuin liukoisuus. Tämä oli luultavasti varsin hyödyllistä tietoa, koska useimmat meistä tuskin ymmärrämme ratkaisuteorian syvää olemusta ilman halua sukeltaa sen tutkimiseen yksityiskohtaisesti. Joka tapauksessa on erittäin hyödyllistä kouluttaa aivojasi oppimalla jotain uutta. Loppujen lopuksi ihmisen täytyy "opiskella, opiskella ja opiskella uudelleen" koko elämänsä.
