Ikdienā sastopamies ar dažādu vielu šķīdumiem. Taču maz ticams, ka katrs no mums apzinās, cik lielu lomu spēlē šīs sistēmas. Liela daļa viņu uzvedības ir kļuvusi skaidra šodien, veicot detalizētus pētījumus tūkstošiem gadu. Pa visu šo laiku ir ieviesti daudzi vienkāršam cilvēkam nesaprotami termini. Viens no tiem ir risinājuma normalitāte. Kas tas ir? Tas tiks apspriests mūsu rakstā. Sāksim ar niršanu pagātnē.
Pētījumu vēsture
Pirmie gaišie prāti, kas sāka pētīt risinājumus, bija tādi labi pazīstami ķīmiķi kā Arrhenius, van't Hoff un Ostwald. Sava darba ietekmē nākamās ķīmiķu paaudzes sāka iedziļināties ūdens un atšķaidītu šķīdumu izpētē. Protams, viņi ir uzkrājuši milzīgu zināšanu daudzumu, taču bez ievērības palika neūdens šķīdumi, kas, starp citu, arī spēlē lielu lomu gan rūpniecībā, gan citās cilvēka dzīves jomās.
Neūdens šķīdumu teorijā bija daudz neizprotamu lietu. Piemēram, ja ūdens sistēmās vadītspējas vērtība pieauga, palielinoties disociācijas pakāpei, tad līdzīgās sistēmās, bet ar citu šķīdinātāju ūdens vietā, bija otrādi. Mazas elektriskās vērtībasvadītspēja bieži atbilst augstām disociācijas pakāpēm. Anomālijas mudināja zinātniekus izpētīt šo ķīmijas jomu. Tika uzkrāts liels datu masīvs, kuru apstrāde ļāva atrast likumsakarības, kas papildina elektrolītiskās disociācijas teoriju. Turklāt bija iespēja paplašināt zināšanas par elektrolīzi un organisko un neorganisko savienojumu komplekso jonu būtību.
Tad sākās aktīvāka izpēte koncentrēto risinājumu jomā. Šādas sistēmas pēc īpašībām būtiski atšķiras no atšķaidītām, jo, palielinoties izšķīdušās vielas koncentrācijai, arvien lielāku lomu sāk spēlēt tās mijiedarbība ar šķīdinātāju. Vairāk par to nākamajā sadaļā.
Teorija
Šobrīd vislabākais skaidrojums par jonu, molekulu un atomu uzvedību šķīdumā ir tikai elektrolītiskās disociācijas teorija. Kopš Svante Arrhenius to izveidoja 19. gadsimtā, tas ir piedzīvojis dažas izmaiņas. Tika atklāti daži likumi (piemēram, Ostvalda atšķaidīšanas likums), kas nedaudz neiederējās klasiskajā teorijā. Bet, pateicoties turpmākajam zinātnieku darbam, teorijā tika veikti grozījumi, un savā mūsdienu formā tā joprojām pastāv un ar augstu precizitāti apraksta eksperimentāli iegūtos rezultātus.
Elektrolītiskās disociācijas teorijas galvenā būtība ir tāda, ka viela, izšķīdinot, sadalās to veidojošos jonos – daļiņās, kurām ir lādiņš. Atkarībā no spējas sadalīties (disociēt) daļās izšķir stipras un vājaselektrolīti. Spēcīgie šķīdumā mēdz pilnībā sadalīties jonos, savukārt vājie tikai ļoti nelielā mērā.
Šīs daļiņas, kurās molekula sadalās, var mijiedarboties ar šķīdinātāju. Šo parādību sauc par risinājumu. Bet tas ne vienmēr notiek, jo tas ir saistīts ar jonu un šķīdinātāja molekulu lādiņu. Piemēram, ūdens molekula ir dipols, tas ir, daļiņa, kas vienā pusē ir lādēta pozitīvi, bet otrā - negatīvi. Un joniem, kuros sadalās elektrolīts, arī ir lādiņš. Tādējādi šīs daļiņas piesaista pretēji lādētas malas. Bet tas notiek tikai ar polāriem šķīdinātājiem (tāds ir ūdens). Piemēram, jebkuras vielas šķīdumā heksānā šķīdināšana nenotiks.
Lai pētītu risinājumus, ļoti bieži ir jāzina izšķīdušās vielas daudzums. Dažkārt ir ļoti neērti aizstāt noteiktus daudzumus formulās. Tāpēc ir vairāki koncentrāciju veidi, starp kuriem ir šķīduma normalitāte. Tagad mēs detalizēti pastāstīsim par visiem veidiem, kā izteikt vielas saturu šķīdumā, un tā aprēķināšanas metodēm.
Risinājuma koncentrācija
Ķīmijā ir daudz formulu, un dažas no tām ir konstruētas tā, lai ērtāk būtu ņemt vērtību vienā vai citā formā.
Pirmais un mums vispazīstamākais koncentrācijas izteiksmes veids ir masas daļa. To aprēķina ļoti vienkārši. Mums vienkārši jāsadala šķīdumā esošās vielas masa ar tās kopējo masu. TātadTādējādi mēs saņemam atbildi daļdaļās no viena. Reizinot iegūto skaitli ar simtu, mēs iegūstam atbildi procentos.
Nedaudz mazāk zināma forma ir tilpuma daļa. Visbiežāk to lieto, lai izteiktu alkohola koncentrāciju alkoholiskajos dzērienos. To arī aprēķina pavisam vienkārši: izšķīdušās vielas tilpumu sadalām ar visa šķīduma tilpumu. Tāpat kā iepriekšējā gadījumā, jūs varat saņemt atbildi procentos. Uz etiķetēm bieži ir rakstīts: "40% tilp.", kas nozīmē: 40 tilpuma procenti.
Ķīmijā bieži izmanto citus koncentrācijas veidus. Bet pirms pāriet pie tiem, parunāsim par to, kas ir vielas mols. Vielas daudzumu var izteikt dažādos veidos: masu, tilpumu. Bet galu galā katras vielas molekulām ir savs svars, un pēc parauga masas nav iespējams saprast, cik molekulu tajā ir, un tas ir nepieciešams, lai saprastu ķīmisko pārvērtību kvantitatīvo komponentu. Šim nolūkam tika ieviests tāds daudzums kā vielas mols. Faktiski viens mols ir noteikts molekulu skaits: 6.021023. To sauc par Avogadro numuru. Visbiežāk reakcijas produktu daudzuma aprēķināšanai tiek izmantota tāda vienība kā vielas mols. Šajā sakarā ir vēl viens koncentrācijas izteikšanas veids - molaritāte. Tas ir vielas daudzums tilpuma vienībā. Molaritāte ir izteikta mol/L (lasīt: moli litrā).
Ir ļoti līdzīgs izteiciena veids vielas saturam sistēmā: molalitāte. Tas atšķiras no molaritātes ar to, ka nosaka vielas daudzumu nevis tilpuma vienībā, bet masas vienībā. Un izteikts lūgšanāspar kilogramu (vai citiem daudzkārtējiem, piemēram, uz gramu).
Tā mēs nonākam pie pēdējās formas, par kuru tagad runāsim atsevišķi, jo tās aprakstam ir nepieciešama teorētiska informācija.
Risinājuma normalitāte
Kas tas ir? Un kā tas atšķiras no iepriekšējām vērtībām? Vispirms jums ir jāsaprot atšķirība starp tādiem jēdzieniem kā risinājumu normalitāte un molaritāte. Faktiski tie atšķiras tikai ar vienu vērtību - ekvivalences skaitli. Tagad jūs pat varat iedomāties, kāda ir risinājuma normalitāte. Tā ir tikai modificēta molaritāte. Ekvivalences skaitlis norāda daļiņu skaitu, kas var mijiedarboties ar vienu molu ūdeņraža jonu vai hidroksīda jonu.
Iepazināmies ar to, kas ir risinājuma normalitāte. Bet galu galā ir vērts rakt dziļāk, un mēs redzēsim, cik vienkārša ir šī, no pirmā acu uzmetiena, sarežģītā koncentrācijas aprakstīšanas forma. Tātad, aplūkosim tuvāk, kāda ir risinājuma norma.
Formula
Ir diezgan viegli iedomāties formulu no verbāla apraksta. Tas izskatīsies šādi: Cn=zn/N. Šeit z ir ekvivalences koeficients, n ir vielas daudzums, V ir šķīduma tilpums. Pirmā vērtība ir visinteresantākā. Tas tikai parāda vielas ekvivalentu, tas ir, reālu vai iedomātu daļiņu skaitu, kas var reaģēt ar vienu minimālu citas vielas daļiņu. Ar to faktiski kvalitatīvi atšķiras risinājuma, kura formula tika parādīta iepriekš, normalitāte.no molaritātes.
Un tagad pāriesim pie citas svarīgas daļas: kā noteikt risinājuma normālumu. Šis neapšaubāmi ir svarīgs jautājums, tāpēc ir vērts pievērsties tā pētījumam, izprotot katru vērtību, kas norādīta iepriekš sniegtajā vienādojumā.
Kā atrast risinājuma normalitāti?
Iepriekš apspriestā formula ir tikai piemērota. Visas tajā norādītās vērtības ir viegli aprēķināmas praksē. Faktiski ir ļoti viegli aprēķināt šķīduma normalitāti, zinot dažus lielumus: izšķīdušās vielas masu, formulu un šķīduma tilpumu. Tā kā mēs zinām vielas molekulu formulu, mēs varam atrast tās molekulmasu. Izšķīdušās vielas parauga masas attiecība pret tā molāro masu būs vienāda ar vielas molu skaitu. Un, zinot visa šķīduma tilpumu, mēs varam droši pateikt, kāda ir mūsu molārā koncentrācija.
Nākamā darbība, kas mums jāveic, lai aprēķinātu risinājuma normalitāti, ir ekvivalences faktora atrašanas darbība. Lai to izdarītu, mums ir jāsaprot, cik daudz daļiņu veidojas disociācijas rezultātā, kas var piesaistīt protonus vai hidroksiljonus. Piemēram, sērskābē ekvivalences koeficients ir 2, un tāpēc šķīduma normālums šajā gadījumā tiek aprēķināts, vienkārši reizinot tā molaritāti ar 2.
Pieteikums
Ķīmiskajā analītikā bieži ir jāaprēķina šķīdumu normalitāte un molaritāte. Tas ir ļoti ērti priekšvielu molekulāro formulu aprēķins.
Ko vēl lasīt?
Lai labāk saprastu, kas ir risinājuma normalitāte, vislabāk ir atvērt vispārējās ķīmijas mācību grāmatu. Un, ja jūs jau zināt visu šo informāciju, jums vajadzētu atsaukties uz analītiskās ķīmijas mācību grāmatu ķīmijas specialitāšu studentiem.
Secinājums
Pateicoties rakstam, mēs domājam, ka sapratāt, ka šķīduma normalitāte ir vielas koncentrācijas izteikšanas veids, ko galvenokārt izmanto ķīmiskajā analīzē. Un tagad nevienam nav noslēpums, kā to aprēķina.
