Kasdieniame gyvenime žmonės retai susiduria su grynomis medžiagomis. Dauguma prekių yra medžiagų mišiniai.
Tirpalas yra vienalytis mišinys, kuriame komponentai yra tolygiai sumaišyti. Pagal dalelių dydį yra keletas tipų: stambios sistemos, molekuliniai tirpalai ir koloidinės sistemos, kurios dažnai vadinamos zoliais. Šiame straipsnyje aptariami molekuliniai (arba tikrieji) sprendimai. Medžiagų tirpumas vandenyje yra viena iš pagrindinių sąlygų, turinčių įtakos junginių susidarymui.
Medžiagų tirpumas: kas tai yra ir kodėl to reikia
Norėdami suprasti šią temą, turite žinoti, kas yra tirpalai ir medžiagų tirpumas. Paprastais žodžiais tariant, tai yra medžiagos gebėjimas jungtis su kita ir sudaryti vienalytį mišinį. Moksliniu požiūriu galima apsvarstyti sudėtingesnį apibrėžimą. Medžiagų tirpumas – tai jų gebėjimas sudaryti vienalytes (arba nevienalytes) kompozicijas su viena ar keliomis medžiagomis, kurių komponentai yra išsklaidyti. Yra kelios medžiagų ir junginių klasės:
- momentinis;
- blogai tirpsta;
- netirpi.
Ką sako medžiagos tirpumo matas
Medžiagos kiekis sočiame mišinyje yra jos tirpumo matas. Kaip minėta pirmiau, visoms medžiagoms jis skiriasi. Tirpieji yra tie, kurie gali praskiesti daugiau nei 10 g 100 g vandens. Antroji kategorija tomis pačiomis sąlygomis yra mažesnė nei 1 g. Praktiškai netirpūs yra tie, kurių mišinyje prasiskverbia mažiau nei 0,01 g komponento. Tokiu atveju medžiaga negali perkelti savo molekulių į vandenį.
Koks yra tirpumo koeficientas
Tirpumo koeficientas (k) yra didžiausios medžiagos masės (g), kurią galima praskiesti 100 g vandens ar kitos medžiagos, rodiklis.
Tirpikliai
Šis procesas apima tirpiklį ir tirpiąją medžiagą. Pirmasis skiriasi tuo, kad iš pradžių jis yra tokios pat agregacijos būsenos kaip galutinis mišinys. Paprastai jis imamas didesniais kiekiais.
Tačiau daugelis žmonių žino, kad vanduo chemijoje užima ypatingą vietą. Tam yra atskiros taisyklės. Tirpalas, kuriame yra H2O, vadinamas vandeniniu tirpalu. Kalbant apie juos, skystis yra ekstraktorius net ir tada, kai jo yra mažesnis kiekis. Pavyzdžiui, 80% azoto rūgšties tirpalas vandenyje. Proporcijos čia nėra lygios Nors vandens dalis yra mažesnė nei rūgšties, neteisinga vadinti medžiagą 20% vandens tirpalu azoto rūgštyje.
Yra mišinių, kuriems trūksta H2O. Jie turės vardąnevandeninis. Tokie elektrolitų tirpalai yra joniniai laidininkai. Juose yra pavienių ekstraktorių arba jų mišiniai. Jie sudaryti iš jonų ir molekulių. Jie naudojami tokiose pramonės šakose kaip medicina, buitinės chemijos gamyba, kosmetika ir kitose srityse. Juose gali būti sujungtos kelios norimos skirtingo tirpumo medžiagos. Daugelio išoriškai naudojamų produktų komponentai yra hidrofobiniai. Kitaip tariant, jie blogai sąveikauja su vandeniu. Tokiuose mišiniuose tirpikliai gali būti lakūs, nelakūs arba sujungti. Organinės medžiagos pirmuoju atveju gerai tirpdo riebalus. Lakiosios medžiagos yra alkoholiai, angliavandeniliai, aldehidai ir kt. Jie dažnai įtraukiami į buitinę chemiją. Nelakūs dažniausiai naudojami tepalų gamybai. Tai riebūs aliejai, skystas parafinas, glicerinas ir kt. Kombinuotas yra lakiųjų ir nelakių mišinių, pavyzdžiui, etanolis su glicerinu, glicerinas su dimeksidu. Juose taip pat gali būti vandens.
Sprendimų tipai pagal soties laipsnį
Sotus tirpalas yra cheminių medžiagų mišinys, kurio tirpiklyje tam tikroje temperatūroje yra didžiausia vienos medžiagos koncentracija. Toliau nebeveis. Ruošiant kietą medžiagą, pastebimi krituliai, kurie yra dinaminėje pusiausvyroje su ja. Ši sąvoka reiškia būseną, kuri išlieka laike dėl jos tekėjimo vienu metu dviem priešingomis kryptimis (reakcijomis pirmyn ir atgal) tuo pačiu greičiu.
Jei medžiagapastovioje temperatūroje dar gali suirti, tuomet šis tirpalas yra nesotus. Jie yra stabilūs. Bet jei ir toliau į juos dėsite medžiagos, ji bus skiedžiama vandeniu (ar kitu skysčiu), kol pasieks maksimalią koncentraciją.
Kitas žvilgsnis – persotintas. Jame yra daugiau tirpių medžiagų, nei gali būti esant pastoviai temperatūrai. Dėl to, kad jie yra nestabilios pusiausvyros, fizinis poveikis jiems sukelia kristalizaciją.
Kaip atskirti sočiųjų tirpalų nuo nesočiųjų?
Tai padaryti pakankamai paprasta. Jei medžiaga yra kieta, tada sočiame tirpale galima pamatyti nuosėdų. Tokiu atveju ekstrahuojantis tirpalas gali sutirštėti, kaip, pavyzdžiui, prisotintoje kompozicijoje vanduo, į kurį buvo pridėta cukraus.
Bet jei pakeisite sąlygas, padidinsite temperatūrą, tai nebebus laikoma prisotintas, nes aukštesnėje temperatūroje didžiausia šios medžiagos koncentracija bus kitokia.
Sprendinių komponentų sąveikos teorijos
Yra trys teorijos, susijusios su elementų sąveika mišinyje: fizinė, cheminė ir šiuolaikinė. Pirmosios autoriai – Svante Augustas Arrhenius ir Wilhelmas Friedrichas Ostwaldas. Jie manė, kad dėl difuzijos tirpiklio ir tirpios medžiagos dalelės tolygiai pasiskirstė visame mišinio tūryje, tačiau tarp jų nebuvo jokios sąveikos. Dmitrijaus Ivanovičiaus Mendelejevo pateikta cheminė teorija yra priešinga. Pagal ją, dėl cheminės sąveikos tarp jų, nestabilipastovios arba kintamos sudėties junginiai, vadinami solvatais.
Šiuo metu naudojama vieninga Vladimiro Aleksandrovičiaus Kistjakovskio ir Ivano Aleksejevičiaus Kablukovo teorija. Jis sujungia fizinį ir cheminį. Šiuolaikinė teorija teigia, kad tirpale yra ir nesąveikaujančių medžiagų dalelių, ir jų sąveikos produktų – solvatų, kurių egzistavimą įrodė Mendelejevas. Tuo atveju, kai ekstraktorius yra vanduo, jie vadinami hidratais. Reiškinys, kurio metu susidaro solvatai (hidratai), vadinamas solvatacija (hidratacija). Jis veikia visus fizinius ir cheminius procesus ir keičia mišinio molekulių savybes. Solvatacija įvyksta dėl to, kad tirpinimo apvalkalas, sudarytas iš su juo glaudžiai susijusių ekstrahanto molekulių, supa ištirpusios medžiagos molekulę.
Veiksniai, turintys įtakos medžiagų tirpumui
Cheminė medžiagų sudėtis. Taisyklė „panašus traukia panašų“galioja ir reagentams. Medžiagos, kurių fizinės ir cheminės savybės yra panašios, gali greičiau ištirpti. Pavyzdžiui, nepoliniai junginiai gerai sąveikauja su nepoliniais. Medžiagos, turinčios polines molekules arba joninę struktūrą, skiedžiamos polinėmis, pavyzdžiui, vandenyje. Druskos, šarmai ir kiti komponentai jame skyla, o nepoliniai veikia priešingai. Galima pateikti paprastą pavyzdį. Norint paruošti prisotintą cukraus tirpalą vandenyje, reikia didesnio medžiagos kiekio nei druskos atveju. Ką tai reiškia? Paprasčiau tariant, galite veisti daug daugiaucukrus vandenyje nei druska.
Temperatūra. Norint padidinti kietųjų medžiagų tirpumą skysčiuose, reikia padidinti ekstrahento temperatūrą (veikia daugeliu atvejų). Galima parodyti pavyzdį. Jei į š altą vandenį įbersite žiupsnelį natrio chlorido (druskos), šis procesas užtruks ilgai. Jei tą patį padarysite su karšta terpe, tada tirpimas bus daug greitesnis. Tai paaiškinama tuo, kad kylant temperatūrai didėja kinetinė energija, kurios didelė dalis dažnai išleidžiama ryšiams tarp kietos medžiagos molekulių ir jonų naikinti. Tačiau, kai ličio, magnio, aliuminio ir šarmų druskų temperatūra pakyla, jų tirpumas mažėja.
Slėgis. Šis veiksnys veikia tik dujas. Jų tirpumas didėja didėjant slėgiui. Juk sumažėja dujų tūris.
Keiskite tirpimo greitį
Nepainiokite šio rodiklio su tirpumu. Galų gale, skirtingi veiksniai turi įtakos šių dviejų rodiklių pokyčiui.
Ištirpusios medžiagos suskaidymo laipsnis. Šis veiksnys turi įtakos kietųjų medžiagų tirpumui skysčiuose. Visoje (gluminėje) būsenoje kompozicija skiedžiama ilgiau nei ta, kuri suskaidoma į mažus gabalėlius. Paimkime pavyzdį. Kietas druskos luitas ištirps vandenyje daug ilgiau nei druska smėlio pavidalu.
Maišymo greitis. Kaip žinoma, šį procesą galima katalizuoti maišant. Svarbus ir jo greitis, nes kuo jis didesnis, tuo greičiau ištirps.medžiaga skystyje.
Kodėl mums reikia žinoti kietųjų medžiagų tirpumą vandenyje?
Visų pirma, tokios schemos reikalingos norint teisingai išspręsti chemines lygtis. Tirpumo lentelėje yra visų medžiagų krūviai. Juos reikia žinoti, kad būtų galima teisingai įrašyti reagentus ir sudaryti cheminės reakcijos lygtį. Tirpumas vandenyje rodo, ar druska ar bazė gali disocijuoti. Vandeniniai junginiai, kurie praleidžia srovę, turi stiprių elektrolitų. Yra ir kitas tipas. Tie, kurie blogai praleidžia srovę, laikomi silpnais elektrolitais. Pirmuoju atveju komponentai yra medžiagos, kurios yra visiškai jonizuotos vandenyje. Tuo tarpu silpni elektrolitai šį rodiklį rodo tik nežymiai.
Cheminės reakcijos lygtys
Yra kelių tipų lygtys: molekulinė, pilnoji joninė ir trumpoji joninė. Tiesą sakant, paskutinis variantas yra sutrumpinta molekulinės formos. Tai yra galutinis atsakymas. Visoje lygtyje yra reagentai ir reakcijos produktai. Dabar ateina medžiagų tirpumo lentelės eilė. Pirmiausia turite patikrinti, ar reakcija yra įmanoma, tai yra, ar tenkinama viena iš reakcijos sąlygų. Jų yra tik 3: vandens susidarymas, dujų išsiskyrimas, krituliai. Jei netenkinamos pirmosios dvi sąlygos, reikia patikrinti paskutinę. Norėdami tai padaryti, turite pažvelgti į tirpumo lentelę ir išsiaiškinti, ar reakcijos produktuose nėra netirpios druskos ar bazės. Jei taip, tai bus nuosėdos. Be to, lentelėje reikės parašyti joninę lygtį. Kadangi visos tirpios druskos ir bazės yra stiprūs elektrolitai,tada jie suskaidys į katijonus ir anijonus. Be to, nesurišti jonai redukuojami, o lygtis parašyta trumpa forma. Pavyzdys:
- K2SO4+BaCl2=BaSO4 ↓+2HCl,
- 2K+2SO4+Ba+2Cl=BaSO4↓+2K+2Cl,
- Ba+SO4=BaSO4↓.
Taigi, medžiagų tirpumo lentelė yra viena iš pagrindinių sąlygų sprendžiant jonines lygtis.
Išsami lentelė padės sužinoti, kiek komponentų reikia suvartoti, kad paruoštumėte turtingą mišinį.
Tirpumo lentelė
Tai įprasta nepilna lentelė. Svarbu, kad čia būtų nurodyta vandens temperatūra, nes tai yra vienas iš veiksnių, kuriuos jau aptarėme aukščiau.
Kaip naudoti tirpumo lentelę?
Medžiagų tirpumo vandenyje lentelė yra vienas pagrindinių chemiko padėjėjų. Tai parodo, kaip įvairios medžiagos ir junginiai sąveikauja su vandeniu. Kietųjų medžiagų tirpumas skystyje yra rodiklis, be kurio neįmanoma atlikti daugelio cheminių manipuliacijų.
Lentelė labai paprasta naudotis. Pirmoje eilutėje rašomi katijonai (teigiamai įkrautos dalelės), antroje – anijonai (neigiamo krūvio dalelės). Didžiąją lentelės dalį užima tinklelis su tam tikrais simboliais kiekviename langelyje. Tai raidės "P", "M", "H" ir ženklai "-" ir "?".
- "P" - junginys ištirpsta;
- "M" - šiek tiek ištirpsta;
- "H" - netirpsta;
- "-" - ryšio nėra;
- "?" - nėra informacijos apie ryšį.
Šioje lentelėje yra vienas tuščias langelis – tai vanduo.
Paprastas pavyzdys
Dabar apie tai, kaip dirbti su tokia medžiaga. Tarkime, reikia išsiaiškinti, ar druska tirpsta vandenyje – MgSo4 (magnio sulfatas). Norėdami tai padaryti, turite rasti stulpelį Mg2+ ir pereiti prie eilutės SO42-. Jų sankirtoje yra raidė P, o tai reiškia, kad junginys yra tirpus.
Išvada
Taigi, mes ištyrėme medžiagų tirpumo vandenyje ir ne tik klausimą. Be jokios abejonės, šios žinios pravers toliau studijuojant chemiją. Juk medžiagų tirpumas ten vaidina svarbų vaidmenį. Tai bus naudinga sprendžiant chemines lygtis ir įvairias problemas.
