Ķīmija ir interesanta un diezgan sarežģīta zinātne. Tās termini un jēdzieni nāk pie mums ikdienas dzīvē, un ne vienmēr ir intuitīvi skaidrs, ko tie nozīmē un kāda ir to nozīme. Viens no šiem jēdzieniem ir šķīdība. Šis termins tiek plaši izmantots risinājumu teorijā, un ikdienā mēs sastopamies ar tā lietojumu, jo mūs ieskauj tie paši risinājumi. Taču svarīga ir ne tik daudz šī jēdziena izmantošana, bet gan fiziskās parādības, kuras tas apzīmē. Bet pirms pāriet uz mūsu stāsta galveno daļu, ātri pāriesim uz deviņpadsmito gadsimtu, kad Svante Arrēnijs un Vilhelms Ostvalds formulēja elektrolītiskās disociācijas teoriju.
Vēsture
Šķīdumu un šķīdības izpēte sākas ar disociācijas fizikālo teoriju. Tas ir visvieglāk saprotams, taču pārāk primitīvs un tikai atsevišķos brīžos sakrīt ar realitāti. Šīs teorijas būtība ir tāda, ka izšķīdinātā viela, nonākot šķīdumā, sadalās lādētās daļiņās, ko sauc par joniem. Tieši šīs daļiņas nosaka šķīduma ķīmiskās īpašības un dažas tā fizikālās īpašības, tostarp vadītspēju un viršanas temperatūru, kušanas temperatūru un kristalizācijas punktu.
Bet ir vairāksarežģītas teorijas, kas uzskata risinājumu par sistēmu, kurā daļiņas mijiedarbojas viena ar otru un veido tā sauktos solvātus – jonus, ko ieskauj dipoli. Dipols parasti ir neitrāla molekula, kuras poli ir lādēti pretēji. Dipols visbiežāk ir šķīdinātāja molekula. Nokļūstot šķīdumā, izšķīdinātā viela sadalās jonos, un dipolus pievelk vienam jonam attiecīgi pretēji lādētais gals, bet pārējiem joniem attiecīgi otrs pretēji lādētais gals. Tādējādi tiek iegūti solvāti - molekulas ar citu neitrālu molekulu apvalku.
Tagad parunāsim nedaudz par pašu teoriju būtību un aplūkosim tās tuvāk.
Risinājumu teorijas
Šādu daļiņu veidošanās var izskaidrot daudzas parādības, kuras nevar aprakstīt, izmantojot klasisko risinājumu teoriju. Piemēram, šķīšanas reakcijas termiskais efekts. No Arrēnija teorijas viedokļa ir grūti pateikt, kāpēc, vienai vielai izšķīstot citā, siltums var absorbēt un atbrīvot. Jā, kristāliskais režģis tiek iznīcināts, un tāpēc enerģija vai nu tiek iztērēta un šķīdums atdziest, vai arī izdalās sabrukšanas laikā ķīmisko saišu liekās enerģijas dēļ. Taču no klasiskās teorijas viedokļa to izskaidrot nav iespējams, jo pats iznīcināšanas mehānisms paliek nesaprotams. Un, ja mēs pielietojam risinājumu ķīmisko teoriju, kļūst skaidrs, ka šķīdinātāja molekulas, kas iesprūdušas režģa tukšumos, iznīcina to no iekšpuses, it kā "ieslēdzot"jonus viens no otra ar šķīdināšanas apvalku.
Nākamajā sadaļā apskatīsim, kas ir šķīdība un viss, kas saistīts ar šo šķietami vienkāršo un intuitīvo lielumu.
Šķīdības jēdziens
Tas ir pilnīgi intuitīvs, ka šķīdība norāda, cik labi viela šķīst konkrētā šķīdinātājā. Tomēr mēs parasti ļoti maz zinām par vielu šķīšanas būtību. Kāpēc, piemēram, krīts nešķīst ūdenī, bet galda sāls - otrādi? Tas viss ir saistīts ar saišu stiprumu molekulā. Ja saites ir spēcīgas, tad šī iemesla dēļ šīs daļiņas nevar sadalīties jonos, tādējādi iznīcinot kristālu. Tāpēc tas paliek nešķīstošs.
Šķīdība ir kvantitatīvs raksturlielums, kas parāda, cik daudz izšķīdušās vielas ir solvatētu daļiņu veidā. Tās vērtība ir atkarīga no izšķīdušās vielas un šķīdinātāja rakstura. Šķīdība ūdenī dažādām vielām ir atšķirīga atkarībā no saitēm starp atomiem molekulā. Vielām ar kovalentām saitēm ir vismazākā šķīdība, savukārt vielām ar jonu saitēm vislielākā.
Bet ne vienmēr ir iespējams saprast, kura šķīdība ir liela un kura maza. Tāpēc nākamajā sadaļā apspriedīsim, kāda ir dažādu vielu šķīdība ūdenī.
Salīdzinājums
Dabā ir daudz šķidru šķīdinātāju. Ir vēl vairāk alternatīvu vielu, kas var kalpot kā pēdējās, kad tiek sasniegti noteikti nosacījumi, piemēram, noteiktiagregāta stāvoklis. Kļūst skaidrs, ka, apkopojot datus par katra "šķīdinātāja - šķīdinātāja" pāra šķīdību vienam otrā, ar to nepietiks veselai mūžībai, jo kombinācijas ir milzīgas. Tāpēc sagadījās, ka uz mūsu planētas ūdens ir universāls šķīdinātājs un standarts. Viņi to darīja, jo tas ir visizplatītākais uz Zemes.
Tādējādi tika sastādīta šķīdības ūdenī tabula daudziem simtiem un tūkstošiem vielu. Mēs visi to esam redzējuši, bet īsākā un saprotamākā versijā. Tabulas šūnās ir burti, kas apzīmē šķīstošu vielu, nešķīstošu vai nedaudz šķīstošu. Bet tiem, kas nopietni pārzina ķīmiju, ir daudz specializētākas tabulas. Tas norāda precīzu šķīdības skaitlisko vērtību gramos uz litru šķīduma.
Tagad pievērsīsimies teorijai par tādu lietu kā šķīdība.
Šīdības ķīmija
Kā notiek pats izšķīšanas process, mēs jau analizējām iepriekšējās sadaļās. Bet kā, piemēram, to visu pierakstīt kā reakciju? Šeit viss nav tik vienkārši. Piemēram, kad skābe ir izšķīdināta, ūdeņraža jons reaģē ar ūdeni, veidojot hidronija jonu H3O+. Tādējādi HCl reakcijas vienādojums izskatīsies šādi:
HCl + H2O =H3O+ + Cl-
Sāļu šķīdību atkarībā no to struktūras nosaka arī to ķīmiskā reakcija. Pēdējā veids ir atkarīgs no sāls struktūras unsaites savās molekulās.
Mēs izdomājām, kā grafiski ierakstīt sāļu šķīdību ūdenī. Tagad ir pienācis laiks praktiski pielietot.
Pieteikums
Ja uzskaitāt gadījumus, kad šī vērtība ir vajadzīga, nepietiek pat ar gadsimtu. Netieši, izmantojot to, jūs varat aprēķināt citus lielumus, kas ir ļoti svarīgi jebkura risinājuma izpētei. Bez tā mēs nevarētu zināt precīzu vielas koncentrāciju, tās darbību, nevarētu novērtēt, vai zāles izārstēs cilvēku vai nogalinās (galu galā pat ūdens lielos daudzumos ir dzīvībai bīstams).
Papildus ķīmiskajai rūpniecībai un zinātniskiem mērķiem šķīdības būtības izpratne ir nepieciešama arī ikdienā. Patiešām, dažreiz ir nepieciešams sagatavot, teiksim, vielas pārsātinātu šķīdumu. Piemēram, tas nepieciešams, lai iegūtu sāls kristālus bērna mājasdarbam. Zinot sāls šķīdību ūdenī, mēs varam viegli noteikt, cik daudz tas jāielej traukā, lai tas sāktu nogulsnēties un no pārpalikuma veidotos kristāli.
Pirms mēs noslēdzam savu īso ekskursiju par ķīmiju, parunāsim par dažiem ar šķīdību saistītiem jēdzieniem.
Kas vēl ir interesants?
Mūsuprāt, ja esat sasniedzis šo sadaļu, jūs droši vien jau sapratāt, ka šķīdība nav tikai dīvains ķīmiskais lielums. Tas ir pamats citiem daudzumiem. Un starp tiem: koncentrācija, aktivitāte, disociācijas konstante, pH. Un tas nav pilnīgs saraksts. Jūs noteikti esat dzirdējuši vismaz vienuno šiem vārdiem. Bez šīm zināšanām par risinājumu būtību, kuru izpēte sākās ar šķīdību, mēs vairs nevaram iedomāties mūsdienu ķīmiju un fiziku. Kas te ir par fiziku? Dažreiz fiziķi arī nodarbojas ar risinājumiem, mēra to vadītspēju un izmanto citas to īpašības savām vajadzībām.
Secinājums
Šajā rakstā mēs iepazināmies ar tādu ķīmisko jēdzienu kā šķīdība. Šī, iespējams, bija diezgan noderīga informācija, jo vairums no mums diez vai izprot risinājumu teorijas dziļo būtību, ja nav vēlmes sīkāk ienirt tās izpētē. Jebkurā gadījumā ir ļoti noderīgi trenēt savas smadzenes, apgūstot ko jaunu. Galu galā cilvēkam visu mūžu "jāmācās, jāmācās un vēlreiz jāmācās".
