Ikdienā cilvēki reti sastopas ar tīrām vielām. Lielākā daļa preču ir vielu maisījumi.
Šķīdums ir viendabīgs maisījums, kurā sastāvdaļas ir vienmērīgi sajauktas. Pēc daļiņu izmēra ir vairāki veidi: rupjās sistēmas, molekulārie šķīdumi un koloidālās sistēmas, kuras bieži sauc par soliem. Šis raksts attiecas uz molekulāriem (vai patiesiem) risinājumiem. Vielu šķīdība ūdenī ir viens no galvenajiem nosacījumiem, kas ietekmē savienojumu veidošanos.
Vielu šķīdība: kas tā ir un kāpēc tā vajadzīga
Lai izprastu šo tēmu, jāzina, kas ir vielu šķīdumi un šķīdība. Vienkārši izsakoties, tā ir vielas spēja apvienoties ar citu un veidot viendabīgu maisījumu. No zinātniskā viedokļa var apsvērt sarežģītāku definīciju. Vielu šķīdība ir to spēja veidot viendabīgus (vai neviendabīgus) sastāvus ar vienu vai vairākām vielām ar izkliedētu komponentu sadalījumu. Ir vairākas vielu un savienojumu klases:
- tūlītēja;
- slikti šķīst;
- nešķīstošs.
Ko saka vielas šķīdības mērs
Vielas saturs piesātinātā maisījumā ir tās šķīdības mērs. Kā minēts iepriekš, visām vielām tas ir atšķirīgs. Šķīstošie ir tie, kas var atšķaidīt vairāk nekā 10 g 100 g ūdens. Otrā kategorija tādos pašos apstākļos ir mazāka par 1 g. Praktiski nešķīstoši ir tie, kuru maisījumā izdalās mazāk par 0,01 g komponenta. Šajā gadījumā viela nevar pārnest savas molekulas uz ūdeni.
Kāds ir šķīdības koeficients
Šķīdības koeficients (k) ir vielas maksimālās masas (g) rādītājs, ko var atšķaidīt 100 g ūdens vai citas vielas.
Šķīdinātāji
Šajā procesā tiek izmantots šķīdinātājs un izšķīdināta viela. Pirmais atšķiras ar to, ka sākotnēji tas ir tādā pašā agregācijas stāvoklī kā gala maisījums. Parasti to ņem lielākos daudzumos.
Tomēr daudzi cilvēki zina, ka ūdens ķīmijā ieņem īpašu vietu. Tam ir atsevišķi noteikumi. Šķīdumu, kurā ir H2O, sauc par ūdens šķīdumu. Par tiem runājot, šķidrums ir ekstrakts pat tad, ja tas ir mazākā daudzumā. Piemērs ir 80% slāpekļskābes šķīdums ūdenī. Proporcijas šeit nav vienādas Lai gan ūdens īpatsvars ir mazāks par skābi, ir nepareizi vielu saukt par 20% ūdens šķīdumu slāpekļskābē.
Ir maisījumi, kuriem trūkst H2O. Viņi nesīs vārduneūdens. Šādi elektrolītu šķīdumi ir jonu vadītāji. Tie satur atsevišķus ekstrakcijas līdzekļus vai to maisījumus. Tie sastāv no joniem un molekulām. Tos izmanto tādās nozarēs kā medicīna, sadzīves ķīmijas ražošana, kosmētika un citās jomās. Tie var apvienot vairākas vēlamās vielas ar atšķirīgu šķīdību. Daudzu ārīgi lietojamu produktu sastāvdaļas ir hidrofobas. Citiem vārdiem sakot, tie slikti mijiedarbojas ar ūdeni. Šādos maisījumos šķīdinātāji var būt gaistoši, negaistoši vai kombinēti. Organiskās vielas pirmajā gadījumā labi izšķīdina taukus. Gaistošās vielas ietver spirtus, ogļūdeņražus, aldehīdus un citus. Tos bieži iekļauj sadzīves ķimikālijās. Negaistošas visbiežāk izmanto ziežu ražošanai. Tās ir taukainas eļļas, šķidrais parafīns, glicerīns un citi. Kombinēts ir gaistošo un negaistošu maisījums, piemēram, etanols ar glicerīnu, glicerīns ar dimeksīdu. Tie var saturēt arī ūdeni.
Risinājumu veidi pēc piesātinājuma pakāpes
Piesātināts šķīdums ir ķīmisku vielu maisījums, kas noteiktā temperatūrā satur maksimālo vienas vielas koncentrāciju šķīdinātājā. Tas vairs nevairosies. Pagatavojot cietu vielu, ir manāmi nokrišņi, kas ir ar to dinamiskā līdzsvarā. Šis jēdziens nozīmē stāvokli, kas saglabājas laikā, jo tas vienlaikus plūst divos pretējos virzienos (reakcijās uz priekšu un atpakaļ) ar tādu pašu ātrumu.
Ja vielanemainīgā temperatūrā joprojām var sadalīties, tad šis šķīdums ir nepiesātināts. Tie ir stabili. Bet, ja turpināsiet tiem pievienot kādu vielu, tā tiks atšķaidīta ūdenī (vai citā šķidrumā), līdz sasniegs maksimālo koncentrāciju.
Cits izskats - pārsātināts. Tas satur vairāk izšķīdušās vielas, nekā var būt nemainīgā temperatūrā. Tā kā tie atrodas nestabilā līdzsvarā, fiziska ietekme uz tiem izraisa kristalizāciju.
Kā atšķirt piesātinātu šķīdumu no nepiesātināta?
Tas ir pietiekami vienkārši izdarāms. Ja viela ir cieta, tad piesātinātā šķīdumā var redzēt nogulsnes. Tādā gadījumā ekstrahants var sabiezēt, kā, piemēram, piesātinātā sastāvā ūdens, kuram pievienots cukurs.
Bet, ja mainīsiet apstākļus, paaugstināsiet temperatūru, tad tas vairs netiks ņemts vērā. piesātināts, jo augstākā temperatūrā šīs vielas maksimālā koncentrācija būs cita.
Risinājumu komponentu mijiedarbības teorijas
Pastāv trīs teorijas par elementu mijiedarbību maisījumā: fizikālā, ķīmiskā un modernā. Pirmās autori ir Svante Augusts Arheniuss un Vilhelms Frīdrihs Ostvalds. Viņi pieņēma, ka difūzijas dēļ šķīdinātāja un izšķīdušās vielas daļiņas bija vienmērīgi sadalītas visā maisījuma tilpumā, taču starp tām nebija nekādas mijiedarbības. Dmitrija Ivanoviča Mendeļejeva izvirzītā ķīmiskā teorija ir pretēja tai. Saskaņā ar to ķīmiskās mijiedarbības rezultātā starp tām ir nestabilanemainīga vai mainīga sastāva savienojumi, kurus sauc par solvātiem.
Šobrīd tiek izmantota Vladimira Aleksandroviča Kistjakovska un Ivana Aleksejeviča Kablukova vienotā teorija. Tas apvieno fizikālo un ķīmisko. Mūsdienu teorija saka, ka šķīdumā ir gan savstarpēji mijiedarbojošās vielu daļiņas, gan to mijiedarbības produkti - solvāti, kuru esamību Mendeļejevs pierādīja. Gadījumā, ja ekstrahētājs ir ūdens, tos sauc par hidrātiem. Parādību, kurā veidojas solvāti (hidrāti), sauc par solvāciju (hidratāciju). Tas ietekmē visus fizikālos un ķīmiskos procesus un maina maisījumā esošo molekulu īpašības. Solvācija notiek tāpēc, ka izšķīdinātās vielas molekulu ieskauj šķīdinātāja apvalks, kas sastāv no ekstrakcijas vielas molekulām, kas ir cieši saistītas ar to.
Faktori, kas ietekmē vielu šķīdību
Vielu ķīmiskais sastāvs. Noteikums "līdzīgs piesaista līdzīgu" attiecas arī uz reaģentiem. Vielas, kurām ir līdzīgas fizikālās un ķīmiskās īpašības, var ātrāk izšķīst. Piemēram, nepolāri savienojumi labi mijiedarbojas ar nepolāriem. Vielas ar polārām molekulām vai jonu struktūru atšķaida polārajās, piemēram, ūdenī. Sāļi, sārmi un citi komponenti tajā sadalās, bet nepolārie - pretēji. Var sniegt vienkāršu piemēru. Lai pagatavotu piesātinātu cukura šķīdumu ūdenī, nepieciešams lielāks vielas daudzums nekā sāls gadījumā. Ko tas nozīmē? Vienkārši sakot, jūs varat audzēt daudz vairākcukurs ūdenī nekā sāls.
Temperatūra. Lai palielinātu cieto vielu šķīdību šķidrumos, jāpaaugstina ekstrakcijas līdzekļa temperatūra (darbojas vairumā gadījumu). Var parādīt piemēru. Ja aukstā ūdenī ievietojat šķipsniņu nātrija hlorīda (sāls), šis process prasīs ilgu laiku. Ja jūs darāt to pašu ar karstu barotni, tad šķīšana būs daudz ātrāka. Tas izskaidrojams ar to, ka temperatūras paaugstināšanās rezultātā palielinās kinētiskā enerģija, no kuras ievērojams daudzums bieži tiek iztērēts, lai iznīcinātu saites starp cietas vielas molekulām un joniem. Tomēr, kad litija, magnija, alumīnija un sārmu sāļu temperatūra paaugstinās, to šķīdība samazinās.
Spiediens. Šis faktors ietekmē tikai gāzes. To šķīdība palielinās, palielinoties spiedienam. Galu galā gāzu tilpums ir samazināts.
Mainīt izšķīšanas ātrumu
Nejauciet šo rādītāju ar šķīdību. Galu galā šo divu rādītāju izmaiņas ietekmē dažādi faktori.
Izšķīdušās vielas sadrumstalotības pakāpe. Šis faktors ietekmē cieto vielu šķīdību šķidrumos. Visā (gabalainā) stāvoklī sastāvs tiek atšķaidīts ilgāk nekā tas, kas ir sadalīts mazos gabaliņos. Ņemsim piemēru. Cietam sāls blokam būs nepieciešams daudz ilgāks laiks, lai izšķīdinātu ūdenī, nekā sāls smilšu veidā.
Maisa ātrums. Kā zināms, šo procesu var katalizēt, maisot. Svarīgs ir arī tā ātrums, jo jo lielāks tas ir, jo ātrāk tas izšķīst.viela šķidrumā.
Kāpēc mums ir jāzina cietvielu šķīdība ūdenī?
Pirmkārt, šādas shēmas ir vajadzīgas, lai pareizi atrisinātu ķīmiskos vienādojumus. Šķīdības tabulā ir visu vielu lādiņi. Tie ir jāzina, lai pareizi reģistrētu reaģentus un izveidotu ķīmiskās reakcijas vienādojumu. Šķīdība ūdenī norāda, vai sāls vai bāze var disocīt. Ūdens savienojumiem, kas vada strāvu, ir spēcīgi elektrolīti. Ir vēl viens veids. Tie, kas slikti vada strāvu, tiek uzskatīti par vājiem elektrolītiem. Pirmajā gadījumā sastāvdaļas ir vielas, kas ir pilnībā jonizētas ūdenī. Savukārt vāji elektrolīti šo rādītāju parāda tikai nelielā mērā.
Ķīmisko reakciju vienādojumi
Ir vairāku veidu vienādojumi: molekulārais, pilnjonu un īsjonu vienādojums. Faktiski pēdējā iespēja ir saīsināta molekulārā forma. Šī ir galīgā atbilde. Pilns vienādojums satur reaģentus un reakcijas produktus. Tagad pienāk kārta vielu šķīdības tabulai. Vispirms jums jāpārbauda, vai reakcija ir iespējama, tas ir, vai ir izpildīts kāds no reakcijas nosacījumiem. Ir tikai 3 no tiem: ūdens veidošanās, gāzes izdalīšanās, nokrišņi. Ja pirmie divi nosacījumi nav izpildīti, jums jāpārbauda pēdējais. Lai to izdarītu, jums ir jāaplūko šķīdības tabula un jānoskaidro, vai reakcijas produktos ir nešķīstošs sāls vai bāze. Ja tā ir, tad šīs būs nogulsnes. Turklāt tabula būs nepieciešama, lai uzrakstītu jonu vienādojumu. Tā kā visi šķīstošie sāļi un bāzes ir spēcīgi elektrolīti,tad tie sadalīsies katjonos un anjonos. Turklāt nesaistītie joni tiek reducēti, un vienādojums tiek uzrakstīts īsā formā. Piemērs:
- K2SO4+BaCl2=BaSO4 ↓+2HCl,
- 2K+2SO4+Ba+2Cl=BaSO4↓+2K+2Cl,
- Ba+SO4=BaSO4↓.
Tādējādi vielu šķīdības tabula ir viens no galvenajiem nosacījumiem jonu vienādojumu risināšanai.
Detalizēta tabula palīdz noskaidrot, cik daudz komponentu nepieciešams uzņemt, lai pagatavotu bagātīgu maisījumu.
Šķīdības tabula
Šī ir parastā nepilnīgā tabula. Ir svarīgi, lai šeit būtu norādīta ūdens temperatūra, jo tas ir viens no faktoriem, par ko mēs jau runājām iepriekš.
Kā izmantot šķīdības tabulu?
Vielu šķīdības ūdenī tabula ir viens no galvenajiem ķīmiķa palīgiem. Tas parāda, kā dažādas vielas un savienojumi mijiedarbojas ar ūdeni. Cietvielu šķīdība šķidrumā ir indikators, bez kura nav iespējamas daudzas ķīmiskas manipulācijas.
Tabula ir ļoti viegli lietojama. Pirmajā rindā raksta katjonus (pozitīvi lādētas daļiņas), otrajā rindā anjonus (negatīvi lādētas daļiņas). Lielāko daļu tabulas aizņem režģis ar noteiktiem simboliem katrā šūnā. Tie ir burti "P", "M", "H" un zīmes "-" un "?".
- "P" - savienojums izšķīst;
- "M" - nedaudz izšķīst;
- "H" - nešķīst;
- "-" - savienojuma nav;
- "?" - nav informācijas par savienojuma esamību.
Šajā tabulā ir viena tukša šūna - tas ir ūdens.
Vienkāršs piemērs
Tagad par to, kā strādāt ar šādu materiālu. Pieņemsim, ka jums ir jānoskaidro, vai sāls šķīst ūdenī - MgSo4 (magnija sulfāts). Lai to izdarītu, jums jāatrod kolonna Mg2+ un jāiet uz leju līdz rindai SO42-. To krustpunktā ir burts P, kas nozīmē, ka savienojums ir šķīstošs.
Secinājums
Tātad, mēs esam pētījuši jautājumu par vielu šķīdību ūdenī un ne tikai. Bez šaubām, šīs zināšanas noderēs tālākajā ķīmijas izpētē. Galu galā vielu šķīdībai tur ir liela nozīme. Tas noderēs ķīmisko vienādojumu un dažādu uzdevumu risināšanā.
