Kasdien susiduriame su įvairių medžiagų tirpalais. Tačiau vargu ar kiekvienas iš mūsų suvokia, kokį svarbų vaidmenį atlieka šios sistemos. Daugelis jų elgesio šiandien tapo aiškūs tūkstančius metų atlikus išsamius tyrimus. Per visą šį laiką buvo įvesta daug paprastam žmogui nesuprantamų terminų. Vienas iš jų – sprendimo normalumas. Kas tai yra? Tai bus aptarta mūsų straipsnyje. Pradėkime pasinerdami į praeitį.
Tyrimų istorija
Pirmieji šviesūs protai, pradėję tyrinėti sprendimus, buvo tokie žinomi chemikai kaip Arrhenius, van't Hoff ir Ostwald. Savo darbo įtakoje vėlesnės chemikų kartos pradėjo gilintis į vandeninių ir praskiestų tirpalų tyrimus. Žinoma, jie turi sukaupę didžiulį žinių bagažą, tačiau be dėmesio liko nevandeniniai tirpalai, kurie, beje, taip pat atlieka didelį vaidmenį tiek pramonėje, tiek kitose žmogaus gyvenimo srityse.
Nevandeninių tirpalų teorijoje buvo daug nesuprantamų dalykų. Pavyzdžiui, jei vandeninėse sistemose laidumo vertė didėjo padidėjus disociacijos laipsniui, tai panašiose sistemose, bet su kitu tirpikliu vietoj vandens, buvo atvirkščiai. Mažos elektros vertėslaidumas dažnai atitinka aukštą disociacijos laipsnį. Anomalijos paskatino mokslininkus tyrinėti šią chemijos sritį. Buvo sukauptas didelis masyvas duomenų, kurių apdorojimas leido rasti dėsningumus, papildančius elektrolitinės disociacijos teoriją. Be to, buvo galima praplėsti žinias apie elektrolizę ir sudėtingų organinių ir neorganinių junginių jonų prigimtį.
Tada prasidėjo aktyvesni tyrimai koncentruotų tirpalų srityje. Tokios sistemos savo savybėmis labai skiriasi nuo praskiestų dėl to, kad didėjant ištirpusios medžiagos koncentracijai, jos sąveika su tirpikliu pradeda vaidinti vis svarbesnį vaidmenį. Daugiau apie tai kitame skyriuje.
Teorija
Šiuo metu geriausias jonų, molekulių ir atomų elgsenos tirpale paaiškinimas yra tik elektrolitinės disociacijos teorija. Nuo tada, kai XIX amžiuje ją sukūrė Svante Arrhenius, ji šiek tiek pasikeitė. Buvo atrasti kai kurie dėsniai (pavyzdžiui, Ostvaldo skiedimo dėsnis), kurie iš dalies netilpo į klasikinę teoriją. Tačiau dėl tolesnio mokslininkų darbo teorija buvo pakeista, o šiuolaikine forma ji vis dar egzistuoja ir labai tiksliai aprašo eksperimentiniu būdu gautus rezultatus.
Pagrindinė elektrolitinės disociacijos teorijos esmė yra ta, kad medžiaga, ištirpusi, suyra į ją sudarančius jonus – daleles, kurios turi krūvį. Priklausomai nuo gebėjimo skaidytis (disocijuotis) į dalis, yra stiprūs ir silpnielektrolitų. Stiprieji tirpale linkę visiškai disocijuoti į jonus, o silpnieji tik labai mažai.
Šios dalelės, į kurias skyla molekulė, gali sąveikauti su tirpikliu. Šis reiškinys vadinamas išsprendimu. Tačiau tai ne visada įvyksta, nes taip yra dėl jonų ir tirpiklio molekulių krūvio. Pavyzdžiui, vandens molekulė yra dipolis, tai yra dalelė, vienoje pusėje įkrauta teigiamai, o kitoje - neigiamai. O jonai, į kuriuos skyla elektrolitas, taip pat turi krūvį. Taigi šias daleles traukia priešingai įkrautos pusės. Bet tai atsitinka tik su poliniais tirpikliais (toks yra vanduo). Pavyzdžiui, bet kokios medžiagos tirpale heksane tirpimas neįvyks.
Norint ištirti tirpalus, labai dažnai reikia žinoti tirpios medžiagos kiekį. Kartais labai nepatogu pakeisti tam tikrus kiekius į formules. Todėl yra keletas koncentracijų tipų, tarp kurių yra tirpalo normalumas. Dabar mes išsamiai papasakosime apie visus būdus, kaip išreikšti medžiagos kiekį tirpale ir jo apskaičiavimo būdus.
Tirpalo koncentracija
Chemijoje yra daug formulių, o kai kurios iš jų yra sudarytos taip, kad būtų patogiau paimti reikšmę viena ar kita forma.
Pirmoji ir mums labiausiai žinoma koncentracijos išraiškos forma yra masės dalis. Jis apskaičiuojamas labai paprastai. Mums tereikia padalyti tirpale esančios medžiagos masę iš visos jos masės. TaigiTaigi atsakymą gauname vieneto trupmenomis. Gautą skaičių padauginę iš šimto, gauname atsakymą procentais.
Šiek tiek mažiau žinoma forma yra tūrio dalis. Dažniausiai jis naudojamas alkoholio koncentracijai alkoholiniuose gėrimuose išreikšti. Jis taip pat apskaičiuojamas gana paprastai: ištirpusios medžiagos tūrį padaliname iš viso tirpalo tūrio. Kaip ir ankstesniu atveju, atsakymą galite gauti procentais. Etiketėse dažnai parašyta: „40 % vol.“, o tai reiškia: 40 tūrio procentų.
Chemijoje dažnai naudojamos kitos koncentracijos rūšys. Tačiau prieš pereidami prie jų, pakalbėkime apie tai, kas yra medžiagos molis. Medžiagos kiekis gali būti išreikštas įvairiai: masė, tūris. Bet juk kiekvienos medžiagos molekulės turi savo svorį, o pagal mėginio masę neįmanoma suprasti, kiek jame yra molekulių, o tai būtina norint suprasti kiekybinį cheminių virsmų komponentą. Tam buvo įvestas toks kiekis kaip medžiagos molis. Tiesą sakant, vienas molis yra tam tikras molekulių skaičius: 6.021023. Tai vadinama Avogadro numeriu. Dažniausiai reakcijos produktų kiekiui apskaičiuoti naudojamas toks vienetas kaip medžiagos molis. Šiuo atžvilgiu yra ir kita koncentracijos išraiškos forma – moliškumas. Tai yra medžiagos kiekis tūrio vienete. Moliškumas išreiškiamas mol/l (skaityti: moliai litre).
Yra labai panašus medžiagos turinio sistemoje išraiškos tipas: moliškumas. Nuo moliškumo jis skiriasi tuo, kad nustato medžiagos kiekį ne tūrio, o masės vienetu. Ir išreiškiamas maldomisuž kilogramą (arba kitą kartotinį, pvz., už gramą).
Taigi pereiname prie paskutinės formos, kurią dabar aptarsime atskirai, nes jos aprašymui reikia šiek tiek teorinės informacijos.
Sprendimo normalumas
Kas tai? Ir kuo ji skiriasi nuo ankstesnių vertybių? Pirmiausia turite suprasti skirtumą tarp tokių sąvokų kaip normalumas ir sprendimų moliškumas. Tiesą sakant, jie skiriasi tik viena reikšme – lygiavertiškumo numeriu. Dabar galite net įsivaizduoti, koks yra sprendimo normalumas. Tai tik modifikuotas moliškumas. Ekvivalentiškumo skaičius rodo dalelių, kurios gali sąveikauti su vienu moliu vandenilio jonų arba hidroksido jonų, skaičių.
Susipažinome, koks yra sprendimo normalumas. Bet juk verta pasigilinti, ir pamatysime, kokia paprasta ši, iš pirmo žvilgsnio, sudėtinga susikaupimo apibūdinimo forma. Taigi, pažvelkime atidžiau, koks yra sprendimo normalumas.
Formulė
Gana lengva įsivaizduoti formulę iš žodinio aprašymo. Tai atrodys taip: Cn=zn/N. Čia z – ekvivalentiškumo koeficientas, n – medžiagos kiekis, V – tirpalo tūris. Pirmoji vertė yra pati įdomiausia. Tai tik parodo medžiagos ekvivalentą, tai yra realių ar įsivaizduojamų dalelių, galinčių reaguoti su viena minimalia kitos medžiagos dalele, skaičių. Tuo iš tikrųjų kokybiškai skiriasi sprendimo, kurio formulė buvo pateikta aukščiau, normalumas.nuo moliškumo.
O dabar pereikime prie kitos svarbios dalies: kaip nustatyti sprendimo normalumą. Tai neabejotinai svarbus klausimas, todėl verta pradėti tyrinėti kiekvieną reikšmę, nurodytą aukščiau pateiktoje lygtyje.
Kaip rasti sprendimo normalumą?
Aukščiau aptarta formulė yra visiškai taikoma. Visos jame pateiktos vertės yra lengvai apskaičiuojamos praktiškai. Tiesą sakant, labai lengva apskaičiuoti tirpalo normalumą, žinant kai kuriuos dydžius: ištirpusios medžiagos masę, jos formulę ir tirpalo tūrį. Kadangi žinome medžiagos molekulių formulę, galime rasti jos molekulinę masę. Ištirpusios medžiagos mėginio masės ir jo molinės masės santykis bus lygus medžiagos molių skaičiui. Ir žinodami viso tirpalo tūrį, galime tiksliai pasakyti, kokia yra mūsų molinė koncentracija.
Kita operacija, kurią turime atlikti, norėdami apskaičiuoti sprendimo normalumą, yra lygiavertiškumo koeficiento radimo veiksmas. Norėdami tai padaryti, turime suprasti, kiek dalelių susidaro dėl disociacijos, kurios gali prijungti protonus arba hidroksilo jonus. Pavyzdžiui, sieros rūgštyje ekvivalentiškumo koeficientas yra 2, todėl tirpalo normalumas šiuo atveju apskaičiuojamas tiesiog jo moliškumą padauginus iš 2.
Programa
Cheminėje analitikoje dažnai tenka skaičiuoti tirpalų normalumą ir moliškumą. Tai labai patogumedžiagų molekulinių formulių skaičiavimas.
Ką dar skaityti?
Norint geriau suprasti, kas yra sprendimo normalumas, geriausia atsiversti bendrosios chemijos vadovėlį. O jei jau žinote visą šią informaciją, turėtumėte pasiskaityti analitinės chemijos vadovėlį, skirtą chemijos specialybių studentams.
Išvada
Straipsnio dėka, manome, kad supratote, kad tirpalo normalumas yra medžiagos koncentracijos išreiškimo forma, kuri daugiausia naudojama atliekant cheminę analizę. Ir dabar niekam ne paslaptis, kaip jis apskaičiuojamas.
