Kemija je zanimljiva i prilično složena znanost. Njegovi pojmovi i pojmovi susrećemo se u svakodnevnom životu i nije uvijek intuitivno jasno što oni znače i koje je njihovo značenje. Jedan od tih pojmova je topljivost. Ovaj termin se široko koristi u teoriji rješenja, a u svakodnevnom životu susrećemo se s njegovom upotrebom jer smo okruženi tim istim rješenjima. No, nije toliko važna sama upotreba ovog pojma, već fizički fenomeni koje on označava. No prije nego što prijeđemo na glavni dio naše priče, prijeđimo naprijed u devetnaesto stoljeće, kada su Svante Arrhenius i Wilhelm Ostwald formulirali teoriju elektrolitičke disocijacije.
Povijest
Proučavanje otopina i topivosti počinje s fizičkom teorijom disocijacije. Najlakše je razumjeti, ali previše primitivno i samo se u nekim trenucima poklapa sa stvarnošću. Bit ove teorije je da se otopljena tvar, ulazeći u otopinu, razlaže na nabijene čestice zvane ioni. Upravo te čestice određuju kemijska svojstva otopine i neke njene fizičke karakteristike, uključujući vodljivost i točku vrelišta, talište i točku kristalizacije.
Ali ima ih jošsložene teorije koje razmatraju rješenje kao sustav u kojem čestice međusobno djeluju i tvore takozvane solvate – ione okružene dipolima. Dipol je općenito neutralna molekula čiji su polovi suprotno nabijeni. Dipol je najčešće molekula otapala. Ulazeći u otopinu, otopljena tvar se raspada na ione, a dipole privlače jedan ion suprotno nabijenim krajem u odnosu na njih, a druge ione drugim suprotno nabijenim krajem. Tako se dobivaju solvati - molekule s ljuskom drugih neutralnih molekula.
Sada razgovarajmo malo o suštini samih teorija i pogledajmo ih pobliže.
Teorije rješenja
Formiranje takvih čestica može objasniti mnoge pojave koje se ne mogu opisati klasičnom teorijom rješenja. Na primjer, toplinski učinak reakcije otapanja. Sa stajališta Arrheniusove teorije, teško je reći zašto, kada se jedna tvar otopi u drugoj, toplina se može apsorbirati i osloboditi. Da, kristalna rešetka je uništena, pa se energija ili troši i otopina se hladi, ili se oslobađa tijekom raspada zbog viška energije kemijskih veza. No, pokazalo se da je nemoguće to objasniti sa stajališta klasične teorije, budući da sam mehanizam uništenja ostaje neshvatljiv. A ako primijenimo kemijsku teoriju otopina, postaje jasno da je molekule otapala, uglavljene u praznine rešetke, uništavaju iznutra, kao da "obuhvataju"ioni jedan od drugog solvacijskom ljuskom.
U sljedećem odjeljku pogledat ćemo što je topljivost i sve što je povezano s ovom naizgled jednostavnom i intuitivnom količinom.
Koncept topivosti
Čisto je intuitivno da topljivost pokazuje koliko se tvar otapa u određenom otapalu. Međutim, o prirodi otapanja tvari obično znamo vrlo malo. Zašto se, na primjer, kreda ne otapa u vodi, a kuhinjska sol - obrnuto? Sve je u snazi veza unutar molekule. Ako su veze jake, tada se zbog toga te čestice ne mogu disocirati na ione, čime se uništava kristal. Stoga ostaje netopiv.
Topljivost je kvantitativna karakteristika koja pokazuje koliki je udio otopljene tvari u obliku solvatiranih čestica. Njegova vrijednost ovisi o prirodi otopljene tvari i otapala. Topljivost u vodi za različite tvari je različita, ovisno o vezama između atoma u molekuli. Tvari s kovalentnom vezom imaju najnižu topljivost, dok one s ionskom vezom imaju najvišu.
Ali nije uvijek moguće razumjeti koja je topljivost velika, a koja mala. Stoga ćemo u sljedećem odjeljku raspravljati o tome koja je topljivost raznih tvari u vodi.
Usporedba
U prirodi postoji mnogo tekućih otapala. Postoji još više alternativnih supstanci koje mogu poslužiti kao posljednje kada se postignu određeni uvjeti, na primjer određeniagregatno stanje. Postaje jasno da ako prikupite podatke o međusobnoj topljivosti svakog para "otopljena - otapalo", to neće biti dovoljno za cijelu vječnost, jer su kombinacije ogromne. Stoga se dogodilo da je voda na našem planetu univerzalno otapalo i standard. To su učinili jer je to najčešće na Zemlji.
Tako je sastavljena tablica topljivosti u vodi za mnoge stotine i tisuće tvari. Svi smo to vidjeli, ali u kraćoj i razumljivijoj verziji. Ćelije tablice sadrže slova koja označavaju topljivu tvar, netopivu ili slabo topljivu. Ali postoje visoko specijalizirani stolovi za one koji su ozbiljno upućeni u kemiju. Označava točnu brojčanu vrijednost topljivosti u gramima po litri otopine.
Sad se okrenimo teoriji takve stvari kao što je topljivost.
Kemija topivosti
Kako se odvija sam proces raspadanja, već smo analizirali u prethodnim odjeljcima. Ali kako, na primjer, sve to zapisati kao reakciju? Ovdje nije sve tako jednostavno. Na primjer, kada se kiselina otopi, vodikov ion reagira s vodom da nastane hidronijev ion H3O+. Dakle, za HCl, jednadžba reakcije će izgledati ovako:
HCl + H2O =H3O+ + Cl-
Topljivost soli, ovisno o njihovoj strukturi, također je određena kemijskom reakcijom. Vrsta potonjeg ovisi o strukturi soli iveze unutar svojih molekula.
Shvatili smo kako grafički zabilježiti topljivost soli u vodi. Sada je vrijeme za praktičnu primjenu.
Prijava
Ako nabrojite slučajeve kada je ova vrijednost potrebna, ni jedno stoljeće nije dovoljno. Neizravno, koristeći ga, možete izračunati druge veličine koje su vrlo važne za proučavanje bilo koje otopine. Bez njega ne bismo mogli znati točnu koncentraciju tvari, njezino djelovanje, ne bismo mogli procijeniti hoće li lijek izliječiti osobu ili ubiti (na kraju krajeva, čak je i voda u velikim količinama opasna po život).
Uz kemijsku industriju i znanstvene svrhe, razumijevanje suštine topljivosti potrebno je i u svakodnevnom životu. Doista, ponekad je potrebno pripremiti, recimo, prezasićenu otopinu tvari. Na primjer, to je potrebno za dobivanje kristala soli za djetetovu domaću zadaću. Poznavajući topljivost soli u vodi, lako možemo odrediti koliko je treba uliti u posudu da se počne taložiti i od viška stvarati kristale.
Prije nego što završimo naš kratki izlet u kemiju, razgovarajmo o nekoliko koncepata vezanih za topljivost.
Što je još zanimljivo?
Po našem mišljenju, ako ste došli do ovog odjeljka, vjerojatno ste već shvatili da topljivost nije samo čudna kemijska veličina. To je osnova za ostale količine. A među njima: koncentracija, aktivnost, konstanta disocijacije, pH. I ovo nije potpuna lista. Sigurno ste čuli barem jednuod ovih riječi. Bez tog znanja o prirodi rješenja, čije je proučavanje započelo topivosti, više ne možemo zamisliti modernu kemiju i fiziku. Kakva je ovdje fizika? Ponekad se fizičari također bave rješenjima, mjere njihovu vodljivost i koriste njihova druga svojstva za svoje potrebe.
Zaključak
U ovom članku upoznali smo se s takvim kemijskim konceptom kao što je topljivost. Ovo je vjerojatno bila vrlo korisna informacija, budući da većina nas teško razumije duboku bit teorije rješenja, a da ne želimo detaljno zaroniti u njezino proučavanje. U svakom slučaju, vrlo je korisno trenirati svoj mozak učeći nešto novo. Uostalom, čovjek mora cijeli život "učiti, učiti i ponovo učiti".
