V každodennom živote sa ľudia zriedka stretávajú s čistými látkami. Väčšina položiek sú zmesi látok.
Roztok je homogénna zmes, v ktorej sú zložky rovnomerne zmiešané. Existuje niekoľko typov podľa veľkosti častíc: hrubé systémy, molekulárne roztoky a koloidné systémy, ktoré sa často nazývajú sóly. Tento článok sa zaoberá molekulárnymi (alebo skutočnými) riešeniami. Rozpustnosť látok vo vode je jednou z hlavných podmienok ovplyvňujúcich tvorbu zlúčenín.
Rozpustnosť látok: čo to je a prečo je to potrebné
Na pochopenie tejto témy potrebujete vedieť, aké sú roztoky a rozpustnosť látok. Zjednodušene povedané, ide o schopnosť látky spojiť sa s inou a vytvoriť homogénnu zmes. Z vedeckého hľadiska možno uvažovať o zložitejšej definícii. Rozpustnosť látok je ich schopnosť vytvárať homogénne (alebo heterogénne) kompozície s jednou alebo viacerými látkami s rozptýlenou distribúciou zložiek. Existuje niekoľko tried látok a zlúčenín:
- instant;
- zle rozpustné;
- nerozpustné.
Čo hovorí miera rozpustnosti látky
Obsah látky v nasýtenej zmesi je mierou jej rozpustnosti. Ako bolo uvedené vyššie, pre všetky látky je to iné. Rozpustné sú tie, ktoré dokážu rozriediť viac ako 10 g seba v 100 g vody. Druhá kategória je menej ako 1 g za rovnakých podmienok. Prakticky nerozpustné sú tie, v ktorých zmesi prejde menej ako 0,01 g zložky. V tomto prípade látka nemôže preniesť svoje molekuly do vody.
Aký je koeficient rozpustnosti
Koeficient rozpustnosti (k) je ukazovateľ maximálnej hmotnosti látky (g), ktorú je možné zriediť v 100 g vody alebo inej látky.
Rozpúšťadlá
Tento proces zahŕňa rozpúšťadlo a rozpustenú látku. Prvý sa líši tým, že je spočiatku v rovnakom stave agregácie ako finálna zmes. Spravidla sa odoberá vo väčšom množstve.
Mnoho ľudí však vie, že voda má v chémii zvláštne miesto. Sú na to samostatné pravidlá. Roztok, v ktorom je prítomný H2O, sa nazýva vodný roztok. Keď sa o nich hovorí, kvapalina je extraktant aj keď je v menšom množstve. Príkladom je 80% roztok kyseliny dusičnej vo vode. Pomery tu nie sú rovnaké Hoci podiel vody je menší ako podiel kyseliny, je nesprávne nazývať látku 20% roztokom vody v kyseline dusičnej.
Sú zmesi, ktorým chýba H2O. Budú niesť menonevodný. Takéto roztoky elektrolytov sú iónové vodiče. Obsahujú jednotlivé extrakty alebo ich zmesi. Skladajú sa z iónov a molekúl. Používajú sa v odvetviach ako je medicína, výroba chemikálií pre domácnosť, kozmetika a iné oblasti. Môžu kombinovať niekoľko požadovaných látok s rôznou rozpustnosťou. Zložky mnohých produktov, ktoré sa aplikujú zvonka, sú hydrofóbne. Inými slovami, neinteragujú dobre s vodou. V takýchto zmesiach môžu byť rozpúšťadlá prchavé, neprchavé alebo kombinované. Organické látky v prvom prípade dobre rozpúšťajú tuky. Prchavé látky zahŕňajú alkoholy, uhľovodíky, aldehydy a iné. Často sú súčasťou chemikálií pre domácnosť. Na výrobu mastí sa najčastejšie používajú neprchavé. Ide o mastné oleje, tekutý parafín, glycerín a iné. Kombinovaná je zmes prchavých a neprchavých, napríklad etanol s glycerínom, glycerín s dimexidom. Môžu obsahovať aj vodu.
Typy riešení podľa stupňa nasýtenia
Nasýtený roztok je zmes chemikálií obsahujúca maximálnu koncentráciu jednej látky v rozpúšťadle pri určitej teplote. Nebude sa ďalej množiť. Pri príprave tuhej látky je badateľné zrážanie, ktoré je s ňou v dynamickej rovnováhe. Tento pojem znamená stav, ktorý pretrváva v čase vďaka jeho prúdeniu súčasne v dvoch opačných smeroch (reakcia dopredu a dozadu) pri rovnakej rýchlosti.
Ak látkapri konštantnej teplote sa ešte môže rozložiť, vtedy je tento roztok nenasýtený. Sú stabilné. Ale ak do nich budete aj naďalej pridávať látku, bude sa riediť vo vode (alebo inej tekutine), kým nedosiahne maximálnu koncentráciu.
Iný pohľad – presýtený. Obsahuje viac rozpustenej látky, ako môže byť pri konštantnej teplote. Vzhľadom na to, že sú v nestabilnej rovnováhe, fyzický dopad na ne spôsobí kryštalizáciu.
Ako rozoznáte nasýtený roztok od nenasýteného?
Je to dosť jednoduché. Ak je látka tuhá látka, potom v nasýtenom roztoku možno vidieť zrazeninu. V tomto prípade môže extraktant zahustiť, ako napríklad v nasýtenej kompozícii voda, do ktorej bol pridaný cukor.
Ak však zmeníte podmienky, zvýšite teplotu, potom sa to už nebude brať do úvahy. nasýtený, pretože pri vyššej teplote bude maximálna koncentrácia tejto látky iná.
Teórie interakcie komponentov riešení
O interakcii prvkov v zmesi existujú tri teórie: fyzikálna, chemická a moderná. Autormi prvej sú Svante August Arrhenius a Wilhelm Friedrich Ostwald. Predpokladali, že v dôsledku difúzie sú častice rozpúšťadla a rozpustenej látky rovnomerne rozložené v celom objeme zmesi, ale nedochádza medzi nimi k interakcii. Chemická teória, ktorú predložil Dmitri Ivanovič Mendelejev, je jej opakom. Podľa nej sú v dôsledku chemickej interakcie medzi nimi nestabilnézlúčeniny konštantného alebo premenlivého zloženia, ktoré sa nazývajú solváty.
V súčasnosti sa používa jednotná teória Vladimíra Aleksandroviča Kistyakovského a Ivana Alekseeviča Kablukova. Spája fyzikálne a chemické. Moderná teória hovorí, že v roztoku sú tak neinteragujúce častice látok, ako aj produkty ich interakcie - solváty, ktorých existenciu Mendelejev dokázal. V prípade, že extrakčným činidlom je voda, nazývajú sa hydráty. Jav, pri ktorom vznikajú solváty (hydráty), sa nazýva solvatácia (hydratácia). Ovplyvňuje všetky fyzikálne a chemické procesy a mení vlastnosti molekúl v zmesi. K solvatácii dochádza v dôsledku skutočnosti, že solvatačný obal pozostávajúci z molekúl extrakčného činidla, ktoré sú s ním úzko spojené, obklopuje molekulu rozpustenej látky.
Faktory ovplyvňujúce rozpustnosť látok
Chemické zloženie látok. Pravidlo „podobné priťahuje podobné“platí aj pre činidlá. Látky s podobnými fyzikálnymi a chemickými vlastnosťami sa môžu navzájom rýchlejšie rozpúšťať. Napríklad nepolárne zlúčeniny dobre interagujú s nepolárnymi. Látky s polárnymi molekulami alebo iónovou štruktúrou sa riedia v polárnych, napríklad vo vode. Rozkladajú sa v ňom soli, alkálie a ďalšie zložky, kým nepolárne naopak. Dá sa uviesť jednoduchý príklad. Na prípravu nasýteného roztoku cukru vo vode je potrebné väčšie množstvo látky ako v prípade soli. Čo to znamená? Jednoducho povedané, môžete chovať oveľa viaccukor vo vode ako soľ.
Teplota. Ak chcete zvýšiť rozpustnosť pevných látok v kvapalinách, musíte zvýšiť teplotu extrakčného činidla (funguje vo väčšine prípadov). Môže byť uvedený príklad. Ak dáte štipku chloridu sodného (soli) do studenej vody, tento proces bude trvať dlho. Ak urobíte to isté s horúcim médiom, rozpustenie bude oveľa rýchlejšie. Vysvetľuje to skutočnosť, že v dôsledku zvýšenia teploty sa zvyšuje kinetická energia, ktorej značné množstvo sa často vynakladá na deštrukciu väzieb medzi molekulami a iónmi pevnej látky. Keď však teplota v prípade lítia, horčíka, hliníka a alkalických solí stúpa, ich rozpustnosť klesá.
Tlak. Tento faktor ovplyvňuje iba plyny. Ich rozpustnosť sa zvyšuje so zvyšujúcim sa tlakom. Koniec koncov, objem plynov sa zníži.
Zmena rýchlosti rozpúšťania
Nemýľte si tento indikátor s rozpustnosťou. Koniec koncov, zmenu týchto dvoch ukazovateľov ovplyvňujú rôzne faktory.
Stupeň fragmentácie rozpustenej látky. Tento faktor ovplyvňuje rozpustnosť pevných látok v kvapalinách. V celom (hrudkovom) stave sa kompozícia riedi dlhšie ako tá, ktorá je rozbitá na malé kúsky. Vezmime si príklad. Pevný blok soli sa vo vode rozpustí oveľa dlhšie ako soľ vo forme piesku.
Rýchlosť miešania. Ako je známe, tento proces môže byť katalyzovaný miešaním. Dôležitá je aj jeho rýchlosť, pretože čím je väčšia, tým rýchlejšie sa rozpustí.látka v kvapaline.
Prečo potrebujeme poznať rozpustnosť pevných látok vo vode?
V prvom rade sú takéto schémy potrebné na správne riešenie chemických rovníc. V tabuľke rozpustnosti sú náboje všetkých látok. Musia byť známe, aby bolo možné správne zaznamenať činidlá a zostaviť rovnicu chemickej reakcie. Rozpustnosť vo vode udáva, či soľ alebo zásada môžu disociovať. Vodné zlúčeniny, ktoré vedú prúd, majú vo svojom zložení silné elektrolyty. Existuje aj iný typ. Tie, ktoré vedú prúd zle, sa považujú za slabé elektrolyty. V prvom prípade sú zložkami látky, ktoré sú vo vode úplne ionizované. Zatiaľ čo slabé elektrolyty vykazujú tento indikátor len v malej miere.
Rovnice chemických reakcií
Existuje niekoľko typov rovníc: molekulárne, plne iónové a krátke iónové. V skutočnosti je poslednou možnosťou skrátená forma molekulárnej. Toto je konečná odpoveď. Úplná rovnica obsahuje reaktanty a produkty reakcie. Teraz prichádza na rad tabuľka rozpustnosti látok. Najprv musíte skontrolovať, či je reakcia uskutočniteľná, to znamená, či je splnená jedna z podmienok reakcie. Existujú iba 3 z nich: tvorba vody, uvoľňovanie plynu, zrážky. Ak nie sú splnené prvé dve podmienky, musíte skontrolovať poslednú. Aby ste to dosiahli, musíte sa pozrieť na tabuľku rozpustnosti a zistiť, či sa v produktoch reakcie nenachádza nerozpustná soľ alebo zásada. Ak áno, bude to sediment. Ďalej bude tabuľka potrebná na napísanie iónovej rovnice. Pretože všetky rozpustné soli a zásady sú silné elektrolyty,potom sa rozložia na katióny a anióny. Ďalej sa neviazané ióny redukujú a rovnica je napísaná v skrátenej forme. Príklad:
- K2SO4+BaCl2=BaSO4 ↓+2HCl,
- 2K+2SO4+Ba+2Cl=BaSO4↓+2K+2Cl,
- Ba+SO4=BaSO4↓.
Tabuľka rozpustnosti látok je teda jednou z kľúčových podmienok riešenia iónových rovníc.
Podrobná tabuľka vám pomôže zistiť, koľko komponentov potrebujete na prípravu bohatej zmesi.
Tabuľka rozpustnosti
Toto je zvyčajná neúplná tabuľka. Je dôležité, aby tu bola uvedená teplota vody, pretože je to jeden z faktorov, o ktorých sme už hovorili vyššie.
Ako používať tabuľku rozpustnosti?
Tabuľka rozpustnosti látok vo vode je jedným z hlavných pomocníkov chemika. Ukazuje, ako rôzne látky a zlúčeniny interagujú s vodou. Rozpustnosť pevných látok v kvapaline je indikátorom, bez ktorého nie je možné vykonávať mnohé chemické manipulácie.
Tabuľka sa veľmi jednoducho používa. V prvom riadku sú napísané katióny (kladne nabité častice), v druhom riadku anióny (záporne nabité častice). Väčšinu tabuľky zaberá mriežka s určitými symbolmi v každej bunke. Toto sú písmená "P", "M", "H" a znaky "-" a "?".
- "P" - zlúčenina sa rozpúšťa;
- "M" - trochu sa rozpúšťa;
- "H" – nerozpúšťa sa;
- "-" - žiadne spojenie neexistuje;
- "?" - neexistujú žiadne informácie o existencii spojenia.
V tejto tabuľke je jedna prázdna bunka – toto je voda.
Jednoduchý príklad
Teraz o tom, ako s takýmto materiálom pracovať. Predpokladajme, že potrebujete zistiť, či je soľ rozpustná vo vode – MgSo4 (síran horečnatý). Ak to chcete urobiť, musíte nájsť stĺpec Mg2+ a ísť dole na riadok SO42-. Na ich priesečníku je písmeno P, čo znamená, že zlúčenina je rozpustná.
Záver
Študovali sme teda otázku rozpustnosti látok vo vode a nielen to. Tieto znalosti budú nepochybne užitočné pri ďalšom štúdiu chémie. Tam totiž zohráva dôležitú úlohu rozpustnosť látok. Bude to užitočné pri riešení chemických rovníc a rôznych problémov.
