Sprendimai, kaip ir jų formavimosi procesas, mus supančiame pasaulyje turi didelę reikšmę. Vanduo ir oras yra du jų atstovai, be kurių gyvybė Žemėje neįmanoma. Dauguma augalų ir gyvūnų biologinių skysčių taip pat yra tirpalai. Virškinimo procesas yra neatsiejamai susijęs su maistinių medžiagų tirpimu.
Bet kokia gamyba yra susijusi su tam tikrų tipų sprendimų naudojimu. Jie naudojami tekstilės, maisto, farmacijos, metalo apdirbimo, kasybos, plastiko ir pluošto pramonėje. Štai kodėl svarbu suprasti, kas tai yra, žinoti jų savybes ir skiriamuosius požymius.
Tikrų sprendimų ženklai
Sprendimai suprantami kaip daugiakomponentės vienarūšės sistemos, susidarančios pasiskirstant vienam komponentui kitame. Jos dar vadinamos dispersinėmis sistemomis, kurios, priklausomai nuo jas formuojančių dalelių dydžio, skirstomos į koloidines sistemas, suspensijas ir tikrus tirpalus.
Pastarajame komponentai yra atskirti į molekules, atomus arba jonus. Tokios molekulinės dispersijos sistemos pasižymi šiomis savybėmis:
- artimumas (sąveika);
- išsilavinimo spontaniškumas;
- koncentracijos pastovumas;
- homogeniškumas;
- tvarumas.
Kitaip tariant, jie gali susidaryti, jei tarp komponentų yra sąveika, dėl kurios medžiaga be išorinių pastangų spontaniškai išsiskiria į mažas daleles. Gauti sprendimai turi būti vienfaziai, tai yra, tarp sudedamųjų dalių neturėtų būti sąsajos. Paskutinis ženklas yra pats svarbiausias, nes tirpimo procesas gali vykti savaime tik tada, kai tai yra energetiškai palanku sistemai. Šiuo atveju laisvoji energija mažėja, o sistema tampa pusiausvyra. Atsižvelgdami į visas šias savybes, galime suformuluoti tokį apibrėžimą:
Tikras tirpalas yra stabili pusiausvyros sistema, susidedanti iš dviejų ar daugiau medžiagų sąveikaujančių dalelių, kurių dydis neviršija 10-7cm, tai yra, jos yra proporcingos su atomais, molekulėmis ir jonais.
Viena iš medžiagų yra tirpiklis (paprastai tai yra komponentas, kurio koncentracija didesnė), o likusios yra tirpios medžiagos. Jei pradinės medžiagos buvo skirtingos agregacijos būsenos, tai tirpiklis laikomas tuo, kuris jo nepakeitė.
Tikrųjų sprendimų tipai
Pagal agregacijos būseną tirpalai yra skysti, dujiniai ir kieti. Labiausiai paplitusios yra skystosios sistemos, kurios taip pat skirstomos į keletą tipų, atsižvelgiant į pradinę būseną.tirpalas:
- kieta skystyje, kaip cukrus ar druska vandenyje;
- skystis skystyje, pvz., sieros arba druskos rūgštis vandenyje;
- dujinis arba skystis, kaip deguonis ar anglies dioksidas vandenyje.
Tačiau ne tik vanduo gali būti tirpiklis. Ir pagal tirpiklio pobūdį visi skysti tirpalai skirstomi į vandeninius, jei medžiagos ištirpintos vandenyje, ir nevandeninius, jei medžiagos ištirpintos eteryje, etanolyje, benzene ir pan.
Pagal elektrinį laidumą tirpalai skirstomi į elektrolitus ir neelektrolitus. Elektrolitai yra junginiai, kuriuose vyrauja joninė kristalinė jungtis, kuri, disocijuota tirpale, sudaro jonus. Ištirpę ne elektrolitai skyla į atomus arba molekules.
Tikruose tirpaluose vienu metu vyksta du priešingi procesai – medžiagos tirpimas ir jos kristalizacija. Priklausomai nuo pusiausvyros padėties „tirpalo-tirpalo“sistemoje, išskiriami šie sprendinių tipai:
- prisotintas, kai tam tikros medžiagos tirpimo greitis lygus jos pačios kristalizacijos greičiui, tai yra, tirpalas yra pusiausvyroje su tirpikliu;
- nesočiųjų, jei juose yra mažiau tirpių medžiagų nei sočiųjų toje pačioje temperatūroje;
- persotintos, kuriose yra tirpios medžiagos perteklius, palyginti su sočiąja, ir vieno jo kristalo pakanka aktyviam kristalizavimui pradėti.
Kaip kiekybinischarakteristikas, atspindinčias konkretaus komponento kiekį tirpaluose, naudokite koncentraciją. Tirpalai, kuriuose yra mažai tirpių medžiagų, vadinami atskiestais, o turintys daug – koncentruoti.
Būdai išreikšti susikaupimą
Masės dalis (ω) – medžiagos masė (mv-va), susijusi su tirpalo mase (mp-ra). Šiuo atveju tirpalo masė imama kaip medžiagos ir tirpiklio masių suma (mp-la).
Molių frakcija (N) – ištirpusios medžiagos molių skaičius (Nv-va), padalytas iš bendro tirpalą sudarančių medžiagų molių skaičiaus (ΣN).
Moliškumas (Cm) – ištirpusios medžiagos molių skaičius (Nv-va), padalytas iš tirpiklio masės (m r-la).
Molinė koncentracija (Cm) – ištirpusios medžiagos masė (mv-va), susijusi su viso tirpalo tūriu (V).
Normalumas arba lygiavertė koncentracija (Cn) – tirpios medžiagos ekvivalentų (E) skaičius, susijęs su tirpalo tūriu.
Titras (T) – medžiagos masė (m in-va), ištirpintos tam tikrame tirpalo tūryje.
Dujinės medžiagos tūrio dalis (ϕ) – medžiagos tūris (Vv-va), padalytas iš tirpalo tūrio (V p-ra).
Sprendimų savybės
Atsižvelgiant į šią problemą, dažniausiai kalbama apie atskiestus neelektrolitų tirpalus. Taip yra, pirma, dėl to, kad dalelių sąveikos laipsnis priartina jas prie idealių dujų. Ir antra,jų savybės atsiranda dėl visų dalelių tarpusavio ryšio ir yra proporcingos komponentų kiekiui. Tokios tikrųjų sprendinių savybės vadinamos koliatyvinėmis. Tirpiklio garų slėgis virš tirpalo aprašomas Raoult dėsniu, kuris teigia, kad tirpiklio sočiųjų garų slėgio ΔР sumažėjimas virš tirpalo yra tiesiogiai proporcingas ištirpusios medžiagos molinei daliai (Tv- va) ir garų slėgį virš gryno tirpiklio (R0r-la):
ΔР=Рor-la∙ Tv-va
Tirpalų virimo temperatūros ΔТк ir užšalimo taškų ΔТз padidėjimas yra tiesiogiai proporcingas juose ištirpusių medžiagų molinėms koncentracijoms Сm:
ΔTk=E ∙ Cm, kur E yra ebulioskopinė konstanta;
ΔTz=K ∙ Cm, kur K yra krioskopinė konstanta.
Osmosinis slėgis π apskaičiuojamas pagal lygtį:
π=R∙E∙Xv-va / Vr-la, kur Xv-va yra ištirpusios medžiagos molinė dalis, Vr-la yra tirpiklio tūris.
Sprendimų svarbą bet kurio žmogaus kasdieniame gyvenime sunku pervertinti. Natūraliame vandenyje yra ištirpusių dujų - CO2 ir O2, įvairių druskų - NaCl, CaSO4, MgCO3, KCl ir kt. Tačiau be šių priemaišų organizmas gali sutrikdyti vandens ir druskų apykaitą bei širdies ir kraujagyslių sistemos darbą. Kitas tikrų sprendimų pavyzdys yra metalų lydinys. Tai gali būti žalvaris arba juvelyrinis auksas, bet, svarbiausia, sumaišiusišsilydžius komponentus ir atvėsus gautam tirpalui, susidaro viena kieta fazė. Metalų lydiniai naudojami visur – nuo stalo įrankių iki elektronikos.
