U svakodnevnom životu ljudi se rijetko susreću s čistim tvarima. Većina predmeta su mješavine tvari.
Otopina je homogena smjesa u kojoj su komponente ravnomjerno izmiješane. Postoji nekoliko tipova prema veličini čestica: grubi sustavi, molekularne otopine i koloidni sustavi, koji se često nazivaju solovima. Ovaj se članak bavi molekularnim (ili istinitim) rješenjima. Topljivost tvari u vodi jedan je od glavnih uvjeta koji utječu na stvaranje spojeva.
Topljivost tvari: što je to i zašto je potrebno
Da biste razumjeli ovu temu, morate znati koja su rješenja i topljivost tvari. Jednostavno rečeno, to je sposobnost tvari da se spoji s drugom i stvori homogenu smjesu. Sa znanstvenog stajališta, može se razmotriti složenija definicija. Topljivost tvari je njihova sposobnost stvaranja homogenih (ili heterogenih) sastava s jednom ili više tvari s disperziranom raspodjelom komponenti. Postoji nekoliko klasa tvari i spojeva:
- instant;
- slabo topiv;
- netopljivo.
Što govori mjera topljivosti tvari
Sadržaj tvari u zasićenoj smjesi mjera je njezine topljivosti. Kao što je gore spomenuto, za sve je tvari različito. Topljivi su oni koji mogu razrijediti više od 10 g sebe u 100 g vode. Druga kategorija je manja od 1 g pod istim uvjetima. Praktički netopivi su oni u čijoj smjesi prođe manje od 0,01 g komponente. U tom slučaju, tvar ne može prenijeti svoje molekule u vodu.
Koji je koeficijent topljivosti
Koeficijent topljivosti (k) je pokazatelj maksimalne mase tvari (g) koja se može razrijediti u 100 g vode ili druge tvari.
Otapala
Ovaj proces uključuje otapalo i otopljenu tvar. Prvi se razlikuje po tome što je u početku u istom agregacijskom stanju kao i konačna smjesa. U pravilu se uzima u većim količinama.
Međutim, mnogi ljudi znaju da voda zauzima posebno mjesto u kemiji. Za to postoje posebna pravila. Otopina u kojoj je H2O naziva se vodena otopina. Kad je o njima riječ, tekućina je ekstratant i kad je u manjoj količini. Primjer je 80% otopina dušične kiseline u vodi. Ovdje omjeri nisu jednaki Iako je udio vode manji od kiseline, pogrešno je tvar nazivati 20% otopinom vode u dušičnoj kiselini.
Postoje mješavine kojima nedostaje H2O. Oni će nositi imenevodeni. Takve otopine elektrolita su ionski vodiči. Sadrže pojedinačne ili mješavine ekstrakata. Sastoje se od iona i molekula. Koriste se u industrijama poput medicine, proizvodnje kućanskih kemikalija, kozmetike i drugim područjima. Mogu kombinirati nekoliko željenih tvari različite topljivosti. Komponente mnogih proizvoda koje se primjenjuju izvana su hidrofobne. Drugim riječima, ne komuniciraju dobro s vodom. U takvim smjesama otapala mogu biti hlapljiva, nehlapljiva ili kombinirana. Organske tvari u prvom slučaju dobro otapaju masti. Hlapljive tvari uključuju alkohole, ugljikovodike, aldehide i druge. Često su uključeni u kemikalije za kućanstvo. Nehlapljive se najčešće koriste za proizvodnju masti. To su masna ulja, tekući parafin, glicerin i drugi. Kombinirana je mješavina hlapljivih i nehlapljivih, na primjer, etanola s glicerinom, glicerina s dimeksidom. Mogu sadržavati i vodu.
Vrste rješenja prema stupnju zasićenosti
Zasićena otopina je mješavina kemikalija koja sadrži maksimalnu koncentraciju jedne tvari u otapalu na određenoj temperaturi. Neće se dalje razmnožavati. U pripremi čvrste tvari primjetna je taloženost koja je s njom u dinamičkoj ravnoteži. Ovaj koncept znači stanje koje traje u vremenu zbog njegova protoka istovremeno u dva suprotna smjera (reakcije naprijed i natrag) istom brzinom.
Ako je tvarpri konstantnoj temperaturi se još uvijek može razgraditi, tada je ta otopina nezasićena. Oni su stabilni. Ali ako im nastavite dodavati tvar, tada će se ona razrijediti u vodi (ili drugoj tekućini) sve dok ne postigne svoju maksimalnu koncentraciju.
Još jedan izgled - prezasićen. Sadrži više otopljene tvari nego što može biti pri konstantnoj temperaturi. Zbog činjenice da su u nestabilnoj ravnoteži, fizički utjecaj na njih uzrokuje kristalizaciju.
Kako razlikovati zasićenu otopinu od nezasićene?
Ovo je dovoljno jednostavno za napraviti. Ako je tvar kruta, tada se u zasićenoj otopini može vidjeti talog. U tom slučaju, ekstraktant može zgusnuti, kao, na primjer, u zasićenom sastavu, vodu kojoj je dodan šećer.
Ali ako promijenite uvjete, povećate temperaturu, tada se više neće smatrati zasićeni, budući da će na višoj temperaturi maksimalna koncentracija ove tvari biti drugačija.
Teorije interakcije komponenti rješenja
Postoje tri teorije o interakciji elemenata u smjesi: fizikalna, kemijska i moderna. Autori prve su Svante August Arrhenius i Wilhelm Friedrich Ostwald. Pretpostavili su da su zbog difuzije čestice otapala i otopljene tvari ravnomjerno raspoređene po volumenu smjese, ali među njima nije bilo interakcije. Kemijska teorija koju je iznio Dmitrij Ivanovič Mendeljejev suprotna je njoj. Prema njemu, kao rezultat kemijske interakcije između njih, nestabilnaspojevi konstantnog ili promjenjivog sastava, koji se nazivaju solvati.
Trenutno se koristi jedinstvena teorija Vladimira Aleksandroviča Kistjakovskog i Ivana Aleksejeviča Kablukova. Kombinira fizikalnu i kemijsku. Moderna teorija kaže da u otopini postoje i čestice tvari koje ne djeluju u interakciji i produkti njihove interakcije - solvati, čije je postojanje Mendeljejev dokazao. U slučaju kada je ekstratant voda, nazivaju se hidrati. Pojava u kojoj nastaju solvati (hidrati) naziva se solvatacija (hidratacija). Utječe na sve fizikalne i kemijske procese i mijenja svojstva molekula u smjesi. Solvatacija se događa zbog činjenice da solvacijska ljuska, koja se sastoji od molekula ekstraktanta koji su usko povezani s njim, okružuje molekulu otopljene tvari.
Čimbenici koji utječu na topljivost tvari
Kemijski sastav tvari. Pravilo "slično privlači slično" vrijedi i za reagense. Tvari koje su slične po fizičkim i kemijskim svojstvima mogu se međusobno brže otapati. Na primjer, nepolarni spojevi dobro djeluju s nepolarnim. Tvari s polarnim molekulama ili ionskom strukturom razrjeđuju se u polarnim, na primjer, u vodi. U njemu se razgrađuju soli, lužine i druge komponente, dok nepolarne čine suprotno. Može se navesti jednostavan primjer. Za pripremu zasićene otopine šećera u vodi potrebna je veća količina tvari nego u slučaju soli. Što to znači? Jednostavno rečeno, možete uzgajati puno višešećer u vodi nego sol.
Temperatura. Da biste povećali topljivost krutih tvari u tekućinama, morate povećati temperaturu ekstraktora (radi u većini slučajeva). Može se prikazati primjer. Stavite li prstohvat natrijevog klorida (soli) u hladnu vodu, ovaj će proces dugo trajati. Ako učinite isto s vrućim medijem, tada će otapanje biti puno brže. To se objašnjava činjenicom da se kao rezultat povećanja temperature povećava kinetička energija, čija se značajna količina često troši na uništavanje veza između molekula i iona krutine. Međutim, kada temperatura poraste u slučaju soli litija, magnezija, aluminija i alkalijskih soli, njihova topljivost se smanjuje.
Pritisak. Ovaj faktor utječe samo na plinove. Njihova topljivost raste s povećanjem tlaka. Uostalom, volumen plinova je smanjen.
Promjena stope otapanja
Ne brkajte ovaj pokazatelj s topivosti. Uostalom, različiti čimbenici utječu na promjenu ova dva pokazatelja.
Stupanj fragmentacije otopljene tvari. Ovaj faktor utječe na topljivost krutih tvari u tekućinama. U cijelom (grudastom) stanju, sastav se razrijedi dulje od onog koji je razbijen na male komadiće. Uzmimo primjer. Čvrstom bloku soli treba puno duže da se otopi u vodi nego soli u obliku pijeska.
Brzina miješanja. Kao što je poznato, ovaj se proces može katalizirati miješanjem. Bitna je i njegova brzina, jer što je veća, brže će se otopiti.tvar u tekućini.
Zašto moramo znati topljivost krutih tvari u vodi?
Prije svega, takve su sheme potrebne za ispravno rješavanje kemijskih jednadžbi. U tablici topljivosti nalaze se naboji svih tvari. Potrebno ih je poznavati kako bi se pravilno zabilježili reagensi i sastavila jednadžba kemijske reakcije. Topljivost u vodi pokazuje može li se sol ili baza disocirati. Vodeni spojevi koji provode struju imaju u svom sastavu jake elektrolite. Postoji još jedna vrsta. Oni koji slabo provode struju smatraju se slabim elektrolitima. U prvom slučaju, komponente su tvari koje su potpuno ionizirane u vodi. Dok slabi elektroliti pokazuju ovaj pokazatelj samo u maloj mjeri.
jednadžbe kemijskih reakcija
Postoji nekoliko vrsta jednadžbi: molekularne, potpuno ionske i kratke ionske. Zapravo, posljednja opcija je skraćeni oblik molekula. Ovo je konačni odgovor. Potpuna jednadžba sadrži reaktante i produkte reakcije. Sada dolazi na red tablica topljivosti tvari. Najprije treba provjeriti je li reakcija izvediva, odnosno je li ispunjen jedan od uvjeta za reakciju. Ima ih samo 3: stvaranje vode, oslobađanje plina, oborine. Ako prva dva uvjeta nisu ispunjena, morate provjeriti posljednji. Da biste to učinili, morate pogledati tablicu topljivosti i saznati postoji li netopiva sol ili baza u produktima reakcije. Ako jest, onda će to biti sediment. Nadalje, tablica će biti potrebna za pisanje ionske jednadžbe. Budući da su sve topljive soli i baze jaki elektroliti,tada će se razgraditi na katione i anione. Nadalje, nevezani ioni se reduciraju, a jednadžba je napisana u kratkom obliku. Primjer:
- K2SO4+BaCl2=BaSO4 ↓+2HCl,
- 2K+2SO4+Ba+2Cl=BaSO4↓+2K+2Cl,
- Ba+SO4=BaSO4↓.
Dakle, tablica topljivosti tvari jedan je od ključnih uvjeta za rješavanje ionskih jednadžbi.
Detaljna tablica pomaže vam da saznate koliko komponenti trebate uzeti za pripremu bogate smjese.
Tablica topivosti
Ovo je uobičajena nepotpuna tablica. Važno je da se ovdje navede temperatura vode, jer je to jedan od čimbenika o kojima smo već raspravljali.
Kako koristiti tablicu topivosti?
Tablica topljivosti tvari u vodi jedan je od glavnih pomoćnika kemičara. Pokazuje kako različite tvari i spojevi međusobno djeluju s vodom. Topljivost krutih tvari u tekućini pokazatelj je bez kojeg su mnoge kemijske manipulacije nemoguće.
Tablica je vrlo jednostavna za korištenje. U prvom retku su napisani kationi (pozitivno nabijene čestice), u drugom retku anioni (negativno nabijene čestice). Veći dio tablice zauzima mreža s određenim simbolima u svakoj ćeliji. To su slova "P", "M", "H" i znakovi "-" i "?".
- "P" - spoj se otapa;
- "M" - malo se otapa;
- "H" - ne otapa se;
- "-" - ne postoji veza;
- "?" - nema informacija o postojanju veze.
U ovoj tablici postoji jedna prazna ćelija - ovo je voda.
Jednostavan primjer
Sada o tome kako raditi s takvim materijalom. Pretpostavimo da trebate saznati je li sol topiva u vodi - MgSo4 (magnezijev sulfat). Da biste to učinili, trebate pronaći stupac Mg2+ i spustiti se do linije SO42-. Na njihovu sjecištu nalazi se slovo P, što znači da je spoj topiv.
Zaključak
Dakle, proučavali smo pitanje topljivosti tvari u vodi i ne samo. Bez sumnje će ovo znanje biti korisno u daljnjem proučavanju kemije. Uostalom, topljivost tvari tu igra važnu ulogu. Bit će korisno za rješavanje kemijskih jednadžbi i raznih problema.
