S roztokmi rôznych látok sa stretávame každý deň. Je však nepravdepodobné, že si každý z nás uvedomuje, akú veľkú úlohu tieto systémy zohrávajú. Mnohé z ich správania sa dnes objasnili podrobným štúdiom počas tisícročí. Počas celej tejto doby sa zaviedlo mnoho pojmov, ktoré sú pre bežného človeka nezrozumiteľné. Jedným z nich je normálnosť riešenia. Čo to je? O tom sa bude diskutovať v našom článku. Začnime ponorením sa do minulosti.
História výskumu
Prví bystrí ľudia, ktorí začali študovať riešenia, boli takí známi chemici ako Arrhenius, van't Hoff a Ostwald. Pod vplyvom ich práce sa ďalšie generácie chemikov začali venovať štúdiu vodných a zriedených roztokov. Samozrejme, nazhromaždili obrovské množstvo vedomostí, no bez pozornosti zostali nevodné roztoky, ktoré mimochodom tiež zohrávajú veľkú úlohu v priemysle aj v iných oblastiach ľudského života.
V teórii nevodných roztokov bolo veľa nepochopiteľnosti. Ak napríklad vo vodných systémoch hodnota vodivosti stúpala so zvyšovaním stupňa disociácie, tak v podobných systémoch, ale s iným rozpúšťadlom namiesto vody, to bolo naopak. Malé elektrické hodnotyvodivosti často zodpovedajú vysokým stupňom disociácie. Anomálie podnietili vedcov, aby preskúmali túto oblasť chémie. Nahromadilo sa veľké množstvo údajov, ktorých spracovanie umožnilo nájsť zákonitosti, ktoré dopĺňajú teóriu elektrolytickej disociácie. Okrem toho bolo možné rozšíriť poznatky o elektrolýze a povahe zložitých iónov organických a anorganických zlúčenín.
Potom sa začal aktívnejší výskum v oblasti koncentrovaných roztokov. Takéto systémy sa svojimi vlastnosťami výrazne líšia od zriedených v dôsledku toho, že so zvyšujúcou sa koncentráciou rozpustenej látky začína hrať čoraz dôležitejšiu úlohu jej interakcia s rozpúšťadlom. Viac o tom v ďalšej časti.
Teória
V súčasnosti je najlepším vysvetlením správania sa iónov, molekúl a atómov v roztoku iba teória elektrolytickej disociácie. Od svojho založenia Svante Arrheniusom v 19. storočí prešiel niekoľkými zmenami. Boli objavené niektoré zákony (napríklad Ostwaldov zákon riedenia), ktoré trochu nezapadali do klasickej teórie. Ale vďaka následnej práci vedcov boli v teórii vykonané zmeny a vo svojej modernej podobe stále existuje a popisuje experimentálne získané výsledky s vysokou presnosťou.
Hlavnou podstatou elektrolytickej teórie disociácie je, že látka sa po rozpustení rozkladá na svoje ióny – častice, ktoré majú náboj. V závislosti od schopnosti rozkladu (disociácie) na časti sa rozlišujú silné a slabéelektrolytov. Silné majú tendenciu úplne disociovať na ióny v roztoku, zatiaľ čo slabé len vo veľmi malej miere.
Tieto častice, na ktoré sa molekula rozpadne, môžu interagovať s rozpúšťadlom. Tento jav sa nazýva solvatácia. Ale nie vždy sa to deje, pretože je to kvôli prítomnosti náboja na molekulách iónu a rozpúšťadla. Napríklad molekula vody je dipól, to znamená častica nabitá kladne na jednej strane a záporne nabitá na druhej strane. A náboj majú aj ióny, na ktoré sa elektrolyt rozkladá. Tieto častice sú teda priťahované opačne nabitými stranami. Ale to sa deje iba s polárnymi rozpúšťadlami (ako je voda). Napríklad v roztoku akejkoľvek látky v hexáne nenastane solvatácia.
Na štúdium riešení je veľmi často potrebné poznať množstvo rozpustenej látky. Niekedy je veľmi nepohodlné nahrádzať určité množstvá do vzorcov. Preto existuje niekoľko typov koncentrácií, medzi ktorými je normálnosť roztoku. Teraz si podrobne povieme o všetkých spôsoboch vyjadrenia obsahu látky v roztoku a metódach jeho výpočtu.
Koncentrácia roztoku
V chémii existuje veľa vzorcov a niektoré z nich sú konštruované tak, že je pohodlnejšie brať hodnotu v tej či onej forme.
Prvou a nám najznámejšou formou vyjadrenia koncentrácie je hmotnostný zlomok. Vypočítava sa veľmi jednoducho. Stačí vydeliť hmotnosť látky v roztoku jej celkovou hmotnosťou. TakžeOdpoveď teda dostaneme v zlomkoch jednej. Vynásobením výsledného čísla sto dostaneme odpoveď v percentách.
O niečo menej známou formou je objemový zlomok. Najčastejšie sa používa na vyjadrenie koncentrácie alkoholu v alkoholických nápojoch. Vypočítava sa tiež celkom jednoducho: objem rozpustenej látky vydelíme objemom celého roztoku. Rovnako ako v predchádzajúcom prípade môžete získať odpoveď v percentách. Na štítkoch sa často uvádza: "40 % obj.", čo znamená: 40 objemových percent.
V chémii sa často používajú iné typy koncentrácie. Ale predtým, než prejdeme k nim, povedzme si o tom, čo je to mol látky. Množstvo látky možno vyjadriť rôznymi spôsobmi: hmotnosť, objem. Ale koniec koncov, molekuly každej látky majú svoju vlastnú hmotnosť a podľa hmotnosti vzorky nie je možné pochopiť, koľko molekúl je v nej, a to je potrebné na pochopenie kvantitatívnej zložky chemických transformácií. Na tento účel sa zaviedlo také množstvo ako mól látky. V skutočnosti jeden mol predstavuje určitý počet molekúl: 6,021023. Toto sa nazýva Avogadrove číslo. Najčastejšie sa na výpočet množstva produktov reakcie používa taká jednotka, ako je mol látky. V tomto ohľade existuje iná forma vyjadrenia koncentrácie - molarita. Toto je množstvo látky na jednotku objemu. Molarita je vyjadrená v mol/l (čítaj: móly na liter).
Pre obsah látky v systéme existuje veľmi podobný typ výrazu: molalita. Od molarity sa líši tým, že množstvo látky určuje nie v jednotke objemu, ale v jednotke hmotnosti. A vyjadrené v modlitbáchna kilogram (alebo iný násobok, napr. na gram).
Dostávame sa teda k poslednému formuláru, ktorý si teraz rozoberieme samostatne, keďže jeho popis si vyžaduje určité teoretické informácie.
Normalita riešenia
Čo je toto? A ako sa líši od predchádzajúcich hodnôt? Najprv musíte pochopiť rozdiel medzi takými pojmami, ako je normalita a molarita riešení. V skutočnosti sa líšia len jednou hodnotou – ekvivalentným číslom. Teraz si dokonca viete predstaviť, aká je normálnosť riešenia. Je to len upravená molarita. Ekvivalenčné číslo udáva počet častíc, ktoré môžu interagovať s jedným mólom vodíkových iónov alebo hydroxidových iónov.
Zoznámili sme sa s tým, aká je normálnosť riešenia. Ale koniec koncov, stojí za to ísť hlbšie a uvidíme, aká jednoduchá je táto na prvý pohľad zložitá forma opisu koncentrácie. Poďme sa teda bližšie pozrieť na to, aká je normálnosť riešenia.
Formula
Je celkom ľahké si predstaviť vzorec zo slovného popisu. Bude to vyzerať takto: Cn=zn/N. Tu z je koeficient ekvivalencie, n je látkové množstvo, V je objem roztoku. Prvá hodnota je najzaujímavejšia. Zobrazuje len ekvivalent látky, teda počet skutočných alebo imaginárnych častíc, ktoré môžu reagovať s jednou minimálnou časticou inej látky. Tým sa v skutočnosti normalita riešenia, ktorého vzorec bol uvedený vyššie, kvalitatívne líšiz molarity.
A teraz prejdime k ďalšej dôležitej časti: ako určiť normálnosť riešenia. Toto je nepochybne dôležitá otázka, preto stojí za to pristupovať k jej štúdiu s pochopením každej hodnoty uvedenej v rovnici uvedenej vyššie.
Ako nájsť normálnosť riešenia?
Vzorec, o ktorom sme hovorili vyššie, je čisto aplikovaný. Všetky hodnoty v ňom uvedené sa v praxi ľahko vypočítavajú. V skutočnosti je veľmi jednoduché vypočítať normalitu roztoku, pričom poznáme niektoré veličiny: hmotnosť rozpustenej látky, jej vzorec a objem roztoku. Keďže poznáme vzorec molekúl látky, vieme zistiť jej molekulovú hmotnosť. Pomer hmotnosti vzorky rozpustenej látky k jej molárnej hmotnosti sa bude rovnať počtu mólov látky. A keďže poznáme objem celého roztoku, môžeme s istotou povedať, aká je naša molárna koncentrácia.
Ďalšia operácia, ktorú musíme vykonať, aby sme vypočítali normalitu riešenia, je hľadanie koeficientu ekvivalencie. Aby sme to dosiahli, musíme pochopiť, koľko častíc sa tvorí v dôsledku disociácie, ktoré môžu pripojiť protóny alebo hydroxylové ióny. Napríklad v kyseline sírovej je koeficient ekvivalencie 2, a preto sa normálnosť roztoku v tomto prípade vypočíta jednoduchým vynásobením jeho molarity číslom 2.
Aplikácia
V chemickej analýze je často potrebné vypočítať normalitu a molaritu roztokov. Toto je veľmi výhodné prevýpočet molekulových vzorcov látok.
Čo ešte čítať?
Pre lepšie pochopenie toho, čo je normálnosť riešenia, je najlepšie otvoriť si učebnicu všeobecnej chémie. A ak už všetky tieto informácie poznáte, mali by ste si pozrieť učebnicu analytickej chémie pre študentov chemických špecializácií.
Záver
Vďaka článku si myslíme, že ste pochopili, že normalita roztoku je forma vyjadrenia koncentrácie látky, ktorá sa využíva najmä v chemickej analýze. A teraz už pre nikoho nie je tajomstvom, ako sa to počíta.
