Chémia je zaujímavá a pomerne zložitá veda. Jeho pojmy a pojmy sa stretávame v každodennom živote a nie vždy je intuitívne jasné, čo znamenajú a aký je ich význam. Jedným z týchto konceptov je rozpustnosť. Tento termín je široko používaný v teórii riešení a v každodennom živote sa stretávame s jeho používaním, pretože sme obklopení rovnakými riešeniami. Ale nie je dôležité ani tak samotné použitie tohto pojmu, ale fyzikálne javy, ktoré označuje. Ale predtým, než prejdeme k hlavnej časti nášho príbehu, poďme rýchlo vpred do devätnásteho storočia, keď Svante Arrhenius a Wilhelm Ostwald sformulovali teóriu elektrolytickej disociácie.
História
Štúdium roztokov a rozpustnosti začína fyzikálnou teóriou disociácie. Je najľahšie pochopiteľný, no príliš primitívny a s realitou sa zhoduje len v niektorých momentoch. Podstatou tejto teórie je, že rozpustená látka, ktorá sa dostane do roztoku, sa rozkladá na nabité častice nazývané ióny. Práve tieto častice určujú chemické vlastnosti roztoku a niektoré jeho fyzikálne charakteristiky vrátane vodivosti a bodu varu, bodu topenia a bodu kryštalizácie.
Ale je ich viackomplexné teórie, ktoré považujú roztok za systém, v ktorom častice navzájom interagujú a vytvárajú takzvané solváty – ióny obklopené dipólmi. Dipól je vo všeobecnosti neutrálna molekula, ktorej póly sú opačne nabité. Dipól je najčastejšie molekula rozpúšťadla. Po vstupe do roztoku sa rozpustená látka rozkladá na ióny a dipóly sú priťahované k jednému iónu opačne nabitým koncom a k iným iónom druhým opačne nabitým koncom. Takto sa získajú solváty - molekuly s obalom iných neutrálnych molekúl.
Teraz si povedzme trochu o podstate samotných teórií a pozrime sa na ne bližšie.
Teórie riešení
Tvorba takýchto častíc môže vysvetliť mnohé javy, ktoré nemožno opísať pomocou klasickej teórie riešení. Napríklad tepelný účinok rozpúšťacej reakcie. Z hľadiska Arrheniovej teórie je ťažké povedať, prečo, keď je jedna látka rozpustená v inej, môže byť teplo absorbované a uvoľnené. Áno, kryštálová mriežka je zničená, a preto sa energia buď minie a roztok sa ochladí, alebo sa uvoľní počas rozpadu v dôsledku prebytku energie chemických väzieb. Ukazuje sa však, že to nie je možné vysvetliť z hľadiska klasickej teórie, pretože samotný mechanizmus deštrukcie zostáva nepochopiteľný. A ak použijeme chemickú teóriu roztokov, je jasné, že molekuly rozpúšťadla, zakliesnené do dutín mriežky, ju zničia zvnútra, akoby „uzavreli“ióny od seba navzájom pomocou solvatačného obalu.
V ďalšej časti sa pozrieme na to, čo je rozpustnosť a na všetko, čo s touto zdanlivo jednoduchou a intuitívnou veličinou súvisí.
Koncept rozpustnosti
Je čisto intuitívne, že rozpustnosť udáva, ako dobre sa látka rozpúšťa v danom konkrétnom rozpúšťadle. O charaktere rozpúšťania látok však väčšinou vieme veľmi málo. Prečo sa napríklad krieda nerozpúšťa vo vode a stolová soľ - naopak? Všetko je to o sile väzieb v molekule. Ak sú väzby silné, potom sa tieto častice nemôžu disociovať na ióny, čím sa zničí kryštál. Preto zostáva nerozpustný.
Rozpustnosť je kvantitatívna charakteristika, ktorá ukazuje, aký podiel rozpustenej látky je vo forme solvatovaných častíc. Jeho hodnota závisí od povahy rozpustenej látky a rozpúšťadla. Rozpustnosť rôznych látok vo vode je rôzna v závislosti od väzieb medzi atómami v molekule. Látky s kovalentnými väzbami majú najnižšiu rozpustnosť, zatiaľ čo látky s iónovými väzbami majú najvyššiu.
Nie vždy je však možné pochopiť, ktorá rozpustnosť je veľká a ktorá malá. Preto si v ďalšej časti rozoberieme, aká je rozpustnosť rôznych látok vo vode.
Porovnanie
V prírode je veľa tekutých rozpúšťadiel. Existuje ešte viac alternatívnych látok, ktoré môžu slúžiť ako posledné pri dosiahnutí určitých podmienok, napríklad určitýchsúhrnný stav. Je jasné, že ak zozbierate údaje o vzájomnej rozpustnosti každého páru „rozpustená látka – rozpúšťadlo“, nebude to stačiť na večnosť, pretože kombinácie sú obrovské. Preto sa stalo, že na našej planéte je voda univerzálnym rozpúšťadlom a štandardom. Urobili to preto, lebo je to najbežnejšie na Zemi.
Pre mnohé stovky a tisíce látok bola teda zostavená tabuľka rozpustnosti vo vode. Všetci sme to videli, no v kratšej a zrozumiteľnejšej verzii. Bunky tabuľky obsahujú písmená označujúce rozpustnú látku, nerozpustnú alebo mierne rozpustnú. Existuje však viac vysoko špecializovaných tabuliek pre tých, ktorí sú vážne oboznámení s chémiou. Označuje presnú číselnú hodnotu rozpustnosti v gramoch na liter roztoku.
Teraz prejdime k teórii takej veci, ako je rozpustnosť.
Chémia rozpustnosti
Ako prebieha samotný proces rozpustenia, sme už rozobrali v predchádzajúcich častiach. Ale ako to napríklad všetko zapísať ako reakciu? Všetko tu nie je také jednoduché. Napríklad, keď sa kyselina rozpustí, vodíkový ión reaguje s vodou za vzniku hydroniového iónu H3O+. Pre HCl bude teda reakčná rovnica vyzerať takto:
HCl + H2O =H3O+ + Cl-
Rozpustnosť solí v závislosti od ich štruktúry je určená aj ich chemickou reakciou. Druh druhého závisí od štruktúry soli aväzby vo svojich molekulách.
Prišli sme na to, ako graficky zaznamenať rozpustnosť solí vo vode. Teraz je čas na praktickú aplikáciu.
Aplikácia
Ak uvediete prípady, kedy je táto hodnota potrebná, nestačí ani storočie. Nepriamo pomocou neho môžete vypočítať ďalšie veličiny, ktoré sú veľmi dôležité pre štúdium akéhokoľvek riešenia. Bez nej by sme nevedeli poznať presnú koncentráciu látky, jej aktivitu, nevedeli by sme posúdiť, či liek človeka vylieči alebo zabije (veď aj voda je vo veľkom množstve životu nebezpečná).
Popri chemickom priemysle a vedeckých účeloch je pochopenie podstaty rozpustnosti nevyhnutné aj v každodennom živote. V skutočnosti je niekedy potrebné pripraviť, povedzme, presýtený roztok látky. Napríklad je to potrebné na získanie kryštálov soli pre domácu úlohu dieťaťa. Keď poznáme rozpustnosť soli vo vode, môžeme ľahko určiť, koľko jej treba naliať do nádoby, aby sa začala zrážať a vytvárať kryštály z prebytku.
Skôr než zakončíme našu krátku exkurziu do chémie, povedzme si o niekoľkých konceptoch súvisiacich s rozpustnosťou.
Čo je ešte zaujímavé?
Podľa nášho názoru, ak ste sa dostali do tejto sekcie, pravdepodobne ste už pochopili, že rozpustnosť nie je len zvláštna chemická veličina. Je základom pre iné množstvá. A medzi nimi: koncentrácia, aktivita, disociačná konštanta, pH. A toto nie je úplný zoznam. Určite ste aspoň jeden počuliz týchto slov. Bez týchto poznatkov o povahe roztokov, ktorých štúdium začalo rozpustnosťou, si už modernú chémiu a fyziku nevieme predstaviť. Aká je tu fyzika? Niekedy sa riešeniami zaoberajú aj fyzici, merajú ich vodivosť a využívajú ich ďalšie vlastnosti pre svoje potreby.
Záver
V tomto článku sme sa zoznámili s takým chemickým pojmom, akým je rozpustnosť. To bola pravdepodobne celkom užitočná informácia, keďže väčšina z nás len ťažko pochopí hlbokú podstatu teórie riešení bez toho, aby sme mali túžbu ponoriť sa do jej podrobného štúdia. V každom prípade je veľmi užitočné trénovať si mozog učením sa niečoho nového. Veď človek musí celý život „študovať, študovať a ešte raz študovať“.
