راه حل ها و همچنین روند شکل گیری آنها در دنیای اطراف ما از اهمیت بالایی برخوردار است. آب و هوا دو نماینده آنها هستند که بدون آنها زندگی روی زمین غیرممکن است. بیشتر مایعات بیولوژیکی موجود در گیاهان و حیوانات نیز محلول هستند. فرآیند هضم به طور جدایی ناپذیری با انحلال مواد مغذی مرتبط است.
هر تولیدی با استفاده از انواع خاصی از محلول ها همراه است. آنها در صنایع نساجی، غذایی، دارویی، فلزکاری، معدن، پلاستیک و صنایع الیاف استفاده می شوند. به همین دلیل مهم است که بدانیم آنها چیستند، خواص و ویژگی های متمایز آنها را بشناسیم.
نشانه های راه حل های واقعی
راه حل ها به عنوان سیستم های همگن چند جزئی درک می شوند که در طول توزیع یک جزء در دیگری تشکیل می شوند. به آنها سیستم های پراکنده نیز می گویند که بسته به اندازه ذرات تشکیل دهنده آنها به سیستم های کلوئیدی، سوسپانسیون ها و محلول های واقعی تقسیم می شوند.
در دومی، اجزا در حالت جدا شدن به مولکول ها، اتم ها یا یون ها هستند. چنین سیستم های پراکنده مولکولی با ویژگی های زیر مشخص می شوند:
- قرابت (تعامل)؛
- خودانگیختگی آموزش؛
- ثبات تمرکز؛
- همگنی;
- پایداری.
به عبارت دیگر، آنها می توانند در صورت وجود تعامل بین اجزاء تشکیل شوند که منجر به جدا شدن خود به خود ماده به ذرات ریز بدون تلاش خارجی می شود. محلول های به دست آمده باید تک فاز باشند، یعنی هیچ رابطی بین قطعات تشکیل دهنده وجود نداشته باشد. آخرین علامت مهم ترین است، زیرا فرآیند انحلال تنها در صورتی می تواند خود به خود ادامه یابد که از نظر انرژی برای سیستم مطلوب باشد. در این حالت انرژی آزاد کاهش می یابد و سیستم به حالت تعادل در می آید. با در نظر گرفتن همه این ویژگی ها، می توانیم تعریف زیر را فرموله کنیم:
یک راه حل واقعی یک سیستم تعادلی پایدار از ذرات برهم کنش دو یا چند ماده است که اندازه آنها از 10-7cm تجاوز نمی کند، یعنی متناسب هستند. با اتم ها، مولکول ها و یون ها.
یکی از مواد حلال است (معمولاً این جزء که غلظت آن بیشتر است) و بقیه املاح هستند. اگر مواد اولیه در حالت‌های مختلف تجمع بودند، حلالی به عنوان حلالی در نظر گرفته می‌شود که آن را تغییر نداده است.
انواع راه حل های واقعی
محلول ها بر اساس حالت تجمع مایع، گاز و جامد هستند. سیستم های مایع رایج ترین هستند و همچنین بسته به حالت اولیه به چندین نوع تقسیم می شوند.حل شونده:
- جامد در مایع، مانند شکر یا نمک در آب؛
- مایع در مایع، مانند اسید سولفوریک یا هیدروکلریک در آب؛
- گاز تا مایع، مانند اکسیژن یا دی اکسید کربن در آب.
اما نه تنها آب می تواند حلال باشد. و با توجه به ماهیت حلال، تمام محلول های مایع در صورت حل شدن مواد در آب، به آبی و اگر مواد در اتر، اتانول، بنزن و غیره حل شده باشند، به غیر آبی تقسیم می شوند
بر اساس هدایت الکتریکی، محلول ها به الکترولیت ها و غیر الکترولیت ها تقسیم می شوند. الکترولیت ها ترکیباتی با پیوند کریستالی عمدتا یونی هستند که وقتی در محلول تفکیک می شوند، یون ها را تشکیل می دهند. هنگامی که غیر الکترولیت ها حل می شوند، به اتم ها یا مولکول ها تجزیه می شوند.
در محلول های واقعی، دو فرآیند متضاد به طور همزمان اتفاق می افتد - انحلال یک ماده و تبلور آن. بسته به موقعیت تعادل در سیستم "محلول-محلول"، انواع محلول های زیر متمایز می شوند:
- اشباع، وقتی سرعت انحلال یک ماده خاص برابر با سرعت تبلور خودش باشد، یعنی محلول با حلال در تعادل باشد؛
- غیراشباع اگر حاوی املاح کمتری نسبت به املاح اشباع در یک دما باشند؛
- فوق اشباع که حاوی مقدار زیادی املاح در مقایسه با املاح اشباع شده است و یک کریستال از آن برای شروع تبلور فعال کافی است.
به عنوان یک مقدار کمیویژگی ها، منعکس کننده محتوای یک جزء خاص در محلول ها، از غلظت استفاده می کنند. محلول هایی با محتوای املاح کم رقیق و با محتوای زیاد غلیظ نامیده می شوند.
راههایی برای بیان تمرکز
کسر جرمی (ω) - جرم ماده (mv-va)، به جرم محلول (mp-ra) اشاره دارد.). در این حالت، جرم محلول به عنوان مجموع جرم ماده و حلال در نظر گرفته می شود (mp-la).
کسر مول (N) - تعداد مول های یک املاح (Nv-va) تقسیم بر تعداد کل مول های موادی که محلول تشکیل می دهند (ΣN).
مولالیته (Cm) - تعداد مول های یک املاح (Nv-va) تقسیم بر جرم حلال (m r-la).
غلظت مولی (Cm) - جرم املاح (mv-va) به حجم کل محلول اشاره دارد. (V).
طبیعی، یا غلظت معادل، (Cn) - تعداد معادل‌های (E) املاح، به حجم محلول اشاره دارد.
تیتر (T) - جرم یک ماده (m in-va) حل شده در حجم معینی از محلول.
کسر حجمی (φ) یک ماده گازی - حجم ماده (Vv-va) تقسیم بر حجم محلول (V) p-ra).
خواص راه حل ها
با توجه به این موضوع، اغلب در مورد محلول های رقیق غیر الکترولیت ها صحبت می کنند. این اولاً به دلیل این واقعیت است که درجه برهمکنش بین ذرات آنها را به گازهای ایده آل نزدیک می کند. و ثانیاًخواص آنها به دلیل به هم پیوستگی همه ذرات و متناسب با محتوای اجزا است. چنین ویژگی هایی از راه حل های واقعی، جمعی نامیده می شوند. فشار بخار حلال بر روی محلول توسط قانون رائول توضیح داده شده است، که بیان می کند که کاهش فشار بخار اشباع حلال ΔΡ روی محلول مستقیماً با کسر مولی املاح متناسب است (Tv- va) و فشار بخار بر روی حلال خالص (R0r-la):
ΔР=Рor-la∙ Tv-va
افزایش نقطه جوش ΔТк و نقطه انجماد ΔТз محلولها نسبت مستقیمی با غلظت مولی مواد محلول در آنها دارد Сm:
ΔTk=E ∙ Cm، که در آن E ثابت بولیوسکوپی است؛
ΔTz=K ∙ Cm، که در آن K ثابت کرایوسکوپی است.
فشار اسمزی π با رابطه:
محاسبه می شود
π=R∙E∙Xv-va / Vr-la،
که در آن Xv-va کسر مولی املاح است، Vr-la حجم حلال است.
اهمیت راه حل ها در زندگی روزمره هر شخصی به سختی قابل برآورد است. آب طبیعی حاوی گازهای محلول است - CO2 و O2، نمک های مختلف - NaCl، CaSO4، MgCO3، KCl، و غیره. اما بدون این ناخالصی ها در بدن می تواند متابولیسم آب و نمک و کار سیستم قلبی عروقی را مختل کند. نمونه دیگری از محلول های واقعی آلیاژ فلزات است. این می تواند برنج یا طلای جواهرات باشد، اما مهمتر از همه، پس از مخلوط کردناجزای ذوب شده و خنک شدن محلول حاصل، یک فاز جامد تشکیل می شود. آلیاژهای فلزی در همه جا از کارد و چنگال گرفته تا وسایل الکترونیکی استفاده می شود.
