Chemija yra įdomus ir gana sudėtingas mokslas. Jo terminai ir sąvokos sutinkami kasdieniame gyvenime, ir ne visada intuityviai aišku, ką jie reiškia ir ką reiškia. Viena iš šių sąvokų yra tirpumas. Šis terminas plačiai vartojamas sprendimų teorijoje, o kasdieniame gyvenime susiduriame su jo vartojimu, nes esame apsupti tų pačių sprendimų. Tačiau svarbu ne tiek pats šios sąvokos naudojimas, kiek fiziniai reiškiniai, kuriuos ji žymi. Tačiau prieš pereidami prie pagrindinės istorijos dalies, greitai pereikime į XIX amžių, kai Svante Arrhenius ir Wilhelmas Ostwaldas suformulavo elektrolitinės disociacijos teoriją.
Istorija
Tirpalų ir tirpumo tyrimas prasideda nuo fizikinės disociacijos teorijos. Tai lengviausiai suprantama, bet per daug primityvi ir tik kai kuriais momentais sutampa su tikrove. Šios teorijos esmė ta, kad ištirpusi medžiaga, patekusi į tirpalą, suyra į įkrautas daleles, vadinamas jonais. Būtent šios dalelės lemia chemines tirpalo savybes ir kai kurias jo fizines savybes, įskaitant laidumą ir virimo temperatūrą, lydymosi temperatūrą ir kristalizacijos temperatūrą.
Bet yra ir daugiausudėtingos teorijos, kurios sprendimą laiko sistema, kurioje dalelės sąveikauja viena su kita ir sudaro vadinamuosius solvatus – jonus, apsuptus dipolių. Dipolis paprastai yra neutrali molekulė, kurios poliai yra priešingai įkrauti. Dipolis dažniausiai yra tirpiklio molekulė. Patekusi į tirpalą, ištirpusi medžiaga skyla į jonus, o dipolius prie vieno jono atitinkamai traukia jų atžvilgiu priešingai įkrautas galas, o kitus jonus atitinkamai kitas priešingai įkrautas galas. Taip gaunami solvatai – molekulės su kitų neutralių molekulių apvalkalu.
Dabar šiek tiek pakalbėkime apie pačių teorijų esmę ir pažvelkime į jas atidžiau.
Sprendimų teorijos
Tokių dalelių susidarymas gali paaiškinti daugybę reiškinių, kurių neįmanoma apibūdinti naudojant klasikinę sprendimų teoriją. Pavyzdžiui, tirpimo reakcijos terminis efektas. Arrhenijaus teorijos požiūriu sunku pasakyti, kodėl vienai medžiagai ištirpus kitoje, šiluma gali būti sugerta ir išleista. Taip, kristalinė gardelė sunaikinama, todėl energija arba eikvojama, o tirpalas atvėsta, arba išsiskiria skilimo metu dėl cheminių jungčių energijos pertekliaus. Bet paaiškėja, kad tai neįmanoma paaiškinti klasikinės teorijos požiūriu, nes pats naikinimo mechanizmas lieka nesuprantamas. O jei pritaikytume cheminę tirpalų teoriją, paaiškėtų, kad tirpiklio molekulės, įspraustos į gardelės tuštumas, ją ardo iš vidaus, tarsi „apgaubdamos“jonus vienas nuo kito tirpinimo apvalkalu.
Kitame skyriuje apžvelgsime, kas yra tirpumas, ir viską, kas susiję su šiuo, atrodytų, paprastu ir intuityviu kiekiu.
Tirpumo samprata
Grynai intuityvu, kad tirpumas rodo, kaip gerai medžiaga ištirpsta tam tikrame tirpiklyje. Tačiau dažniausiai labai mažai žinome apie medžiagų tirpimo pobūdį. Kodėl, pavyzdžiui, kreida netirpsta vandenyje, o valgomoji druska – atvirkščiai? Viskas priklauso nuo ryšių stiprumo molekulėje. Jei ryšiai yra stiprūs, dėl to šios dalelės negali išsiskirti į jonus, taip sunaikindamos kristalą. Todėl jis lieka netirpus.
Tirpumas yra kiekybinė charakteristika, parodanti, kokia tirpios medžiagos dalis yra solvatuotų dalelių pavidalu. Jo vertė priklauso nuo tirpios medžiagos ir tirpiklio pobūdžio. Skirtingų medžiagų tirpumas vandenyje yra skirtingas, tai priklauso nuo jungčių tarp molekulėje esančių atomų. Medžiagų, turinčių kovalentinius ryšius, tirpumas yra mažiausias, o turinčių joninių ryšių – didžiausias.
Tačiau ne visada įmanoma suprasti, kuris tirpumas yra didelis, o kuris mažas. Todėl kitame skyriuje aptarsime, koks yra įvairių medžiagų tirpumas vandenyje.
Palyginimas
Gamtoje yra daug skystų tirpiklių. Yra dar daugiau alternatyvių medžiagų, kurios gali būti naudojamos kaip paskutinės, kai pasiekiamos tam tikros sąlygos, pavyzdžiui, tam tikrosagregatinė būsena. Pasidaro aišku, kad surinkus duomenis apie kiekvienos poros „tirpus – tirpiklis“tirpumą vienas kitame, to neužteks visą amžinybę, nes deriniai didžiuliai. Todėl atsitiko taip, kad mūsų planetoje vanduo yra universalus tirpiklis ir standartas. Jie tai padarė, nes tai yra labiausiai paplitusi Žemėje.
Todėl buvo sudaryta daugelio šimtų ir tūkstančių medžiagų tirpumo vandenyje lentelė. Mes visi tai matėme, bet trumpesnėje ir suprantamesnėje versijoje. Lentelės langeliuose yra raidės, žyminčios tirpią medžiagą, netirpią arba mažai tirpią. Tačiau yra ir daugiau specializuotų lentelių tiems, kurie rimtai išmano chemiją. Ji nurodo tikslią skaitinę tirpumo reikšmę gramais litre tirpalo.
Dabar pereikime prie tokio dalyko kaip tirpumo teorijos.
Tirpumo chemija
Kaip vyksta pats tirpimo procesas, jau analizavome ankstesniuose skyriuose. Bet kaip, pavyzdžiui, visa tai užrašyti kaip reakciją? Čia ne viskas taip paprasta. Pavyzdžiui, kai rūgštis ištirpsta, vandenilio jonas reaguoja su vandeniu ir susidaro hidronio jonas H3O+. Taigi, HCl reakcijos lygtis atrodys taip:
HCl + H2O =H3O+ + Cl-
Druskų tirpumą, priklausomai nuo jų struktūros, taip pat lemia jų cheminė reakcija. Pastarųjų tipas priklauso nuo druskos struktūros irryšiai jo molekulėse.
Supratome, kaip grafiškai įrašyti druskų tirpumą vandenyje. Dabar atėjo laikas praktiškai pritaikyti.
Programa
Jei išvardijate atvejus, kai reikia šios reikšmės, neužtenka net šimtmečio. Netiesiogiai naudodamiesi juo galite apskaičiuoti kitus dydžius, kurie yra labai svarbūs bet kurio sprendimo tyrimui. Be jo negalėtume žinoti tikslios medžiagos koncentracijos, jos aktyvumo, negalėtume įvertinti, ar vaistas išgydys žmogų, ar nužudys (juk net vanduo dideliais kiekiais pavojingas gyvybei).
Be chemijos pramonės ir mokslo tikslų, tirpumo esmės supratimas būtinas ir kasdieniame gyvenime. Iš tiesų kartais reikia paruošti, tarkime, persotintą medžiagos tirpalą. Pavyzdžiui, tai būtina norint gauti druskos kristalus vaiko namų darbams. Žinodami druskos tirpumą vandenyje, galime nesunkiai nustatyti, kiek jos reikia įberti į indą, kad iš pertekliaus pradėtų nusodinti nuosėdos ir susidarytų kristalai.
Prieš baigdami trumpą chemijos apžvalgą, pakalbėkime apie keletą su tirpumu susijusių sąvokų.
Kas dar įdomaus?
Mūsų nuomone, jei pasiekėte šį skyrių, tikriausiai jau supratote, kad tirpumas nėra tik keistas cheminis dydis. Tai yra kitų kiekių pagrindas. Ir tarp jų: koncentracija, aktyvumas, disociacijos konstanta, pH. Ir tai nėra visas sąrašas. Turite girdėti bent vienąiš šių žodžių. Be šių žinių apie tirpalų prigimtį, kurių tyrimas prasidėjo nuo tirpumo, nebeįsivaizduojame šiuolaikinės chemijos ir fizikos. Kas čia per fizika? Kartais fizikai taip pat susiduria su sprendimais, matuoja jų laidumą ir naudoja kitas jų savybes savo reikmėms.
Išvada
Šiame straipsnyje susipažinome su tokia chemine sąvoka kaip tirpumas. Tai tikriausiai buvo gana naudinga informacija, nes dauguma iš mūsų vargu ar suprantame giliąją sprendimų teorijos esmę, neturėdami noro pasinerti į jos tyrimą. Bet kokiu atveju labai naudinga lavinti savo smegenis išmokstant ko nors naujo. Juk žmogus turi „mokytis, mokytis ir dar kartą mokytis“visą gyvenimą.
