در زندگی روزمره افراد به ندرت با مواد خالص روبرو می شوند. بیشتر اقلام مخلوطی از مواد هستند.
محلول یک مخلوط همگن است که اجزای آن به طور یکنواخت مخلوط می شوند. با توجه به اندازه ذرات انواع مختلفی وجود دارد: سیستم‌های درشت، محلول‌های مولکولی و سیستم‌های کلوئیدی که اغلب به آنها سل می‌گویند. این مقاله به محلول های مولکولی (یا واقعی) می پردازد. حلالیت مواد در آب یکی از شرایط اصلی موثر بر تشکیل ترکیبات است.
حلالیت مواد: چیست و چرا لازم است
برای درک این موضوع، باید بدانید محلول ها و حلالیت مواد چیست. به زبان ساده، این توانایی یک ماده برای ترکیب شدن با ماده دیگر و تشکیل یک مخلوط همگن است. از دیدگاه علمی می توان تعریف پیچیده تری را در نظر گرفت. حلالیت مواد توانایی آنها برای تشکیل ترکیبات همگن (یا ناهمگن) با یک یا چند ماده با توزیع پراکنده اجزا است. چندین دسته از مواد و ترکیبات وجود دارد:
- فوری;
- کم محلول؛
- نامحلول.
معیار حلالیت یک ماده چه می گوید
محتوای یک ماده در مخلوط اشباع شده معیاری برای حلالیت آن است. همانطور که در بالا ذکر شد، برای همه مواد متفاوت است. محلول آنهایی هستند که می توانند بیش از 10 گرم از خود را در 100 گرم آب رقیق کنند. دسته دوم در شرایط مشابه کمتر از 1 گرم است. عملاً نامحلول آنهایی هستند که در مخلوط آنها کمتر از 0.01 گرم از جزء عبور می کند. در این حالت، ماده نمی تواند مولکول های خود را به آب منتقل کند.
ضریب حلالیت چند است
ضریب حلالیت (k) نشانگر حداکثر جرم یک ماده (g) است که می تواند در 100 گرم آب یا ماده دیگری رقیق شود.
حلالها
این فرآیند شامل یک حلال و یک املاح است. اولین مورد از این جهت متفاوت است که در ابتدا در همان حالت انباشتگی مخلوط نهایی قرار دارد. به عنوان یک قاعده، در مقادیر بیشتر مصرف می شود.
با این حال، بسیاری از مردم می دانند که آب جایگاه ویژه ای در شیمی دارد. قوانین جداگانه ای برای آن وجود دارد. محلولی که در آن H2O وجود دارد محلول آبی نامیده می شود. هنگامی که در مورد آنها صحبت می شود، مایع حتی زمانی که در مقدار کمتری باشد یک استخراج کننده است. به عنوان مثال محلول 80٪ اسید نیتریک در آب است. نسبت‌ها در اینجا برابر نیستند اگرچه نسبت آب کمتر از اسید است، اما این نادرست است که این ماده را محلول 20٪ آب در اسید نیتریک نامید.
مخلوط هایی هستند که فاقد H2O هستند. آنها نام را یدک می کشندغیر آبی چنین محلول های الکترولیت هادی یونی هستند. آنها حاوی تک یا مخلوطی از استخراج کننده ها هستند. آنها از یون ها و مولکول ها تشکیل شده اند. آنها در صنایعی مانند پزشکی، تولید مواد شیمیایی خانگی، آرایشی و بهداشتی و سایر زمینه ها استفاده می شوند. آنها می توانند چندین ماده مورد نظر را با انحلال پذیری متفاوت ترکیب کنند. اجزای بسیاری از محصولاتی که به صورت خارجی استفاده می شوند آبگریز هستند. به عبارت دیگر تعامل خوبی با آب ندارند. در چنین مخلوط‌هایی، حلالها ممکن است فرار، غیرفرار یا ترکیبی باشند. مواد آلی در حالت اول چربی ها را به خوبی حل می کنند. مواد فرار شامل الکل ها، هیدروکربن ها، آلدئیدها و غیره هستند. آنها اغلب در مواد شیمیایی خانگی گنجانده می شوند. غیر فرار اغلب برای تولید پماد استفاده می شود. اینها روغن های چرب، پارافین مایع، گلیسیرین و غیره هستند. ترکیبی مخلوطی از فرار و غیر فرار است، به عنوان مثال، اتانول با گلیسیرین، گلیسیرین با دیمکسید. آنها همچنین ممکن است حاوی آب باشند.
انواع محلول بر اساس درجه اشباع
محلول اشباع مخلوطی از مواد شیمیایی حاوی حداکثر غلظت یک ماده در یک حلال در دمای معین است. بیشتر از این رشد نخواهد کرد. در تهیه یک ماده جامد، بارش محسوس است که با آن در تعادل دینامیکی است. این مفهوم به معنای حالتی است که در زمان به دلیل جریان آن در دو جهت مخالف (واکنش های رو به جلو و معکوس) با سرعت یکسان در زمان باقی می ماند.
اگر مادهدر دمای ثابت هنوز هم می تواند تجزیه شود، پس این محلول غیر اشباع است. آنها پایدار هستند. اما اگر به افزودن ماده ای به آنها ادامه دهید، آنگاه در آب (یا مایع دیگر) رقیق می شود تا به حداکثر غلظت خود برسد.
یک نگاه دیگر - بیش از حد اشباع شده. حاوی املاح بیشتری نسبت به دمای ثابت است. با توجه به اینکه آنها در تعادل ناپایدار هستند، تأثیر فیزیکی بر روی آنها باعث تبلور می شود.
چگونه یک محلول اشباع را از یک محلول غیراشباع تشخیص می دهید؟
انجام این کار به اندازه کافی آسان است. اگر ماده جامد باشد، در یک محلول اشباع شده می توان رسوب را مشاهده کرد. در این صورت، عصاره‌گیر می‌تواند غلیظ شود، مثلاً در یک ترکیب اشباع، آبی که شکر به آن اضافه شده است. اشباع شده، زیرا در دمای بالاتر حداکثر غلظت این ماده دیگر خواهد بود.
نظریه های برهمکنش اجزای راه حل
سه نظریه در مورد برهمکنش عناصر در یک مخلوط وجود دارد: فیزیکی، شیمیایی و مدرن. نویسندگان اولی سوانت آگوست آرنیوس و ویلهلم فردریش استوالد هستند. آنها فرض کردند که به دلیل انتشار، ذرات حلال و املاح به طور مساوی در سراسر حجم مخلوط توزیع شده اند، اما هیچ برهمکنشی بین آنها وجود نداشت. نظریه شیمیایی ارائه شده توسط دیمیتری ایوانوویچ مندلیف مخالف آن است. بر اساس آن، در نتیجه تعامل شیمیایی بین آنها، ناپایدار استترکیبات با ترکیب ثابت یا متغیر که به آنها حلال گفته می شود.
در حال حاضر از نظریه یکپارچه ولادیمیر الکساندرویچ کیستیاکوفسکی و ایوان آلکسیویچ کابلوکوف استفاده می شود. این ترکیب فیزیکی و شیمیایی است. نظریه مدرن می گوید که در محلول هم ذرات غیر متقابل مواد و هم محصولات برهم کنش آنها - حلول ها وجود دارد که مندلیف وجود آنها را ثابت کرد. در صورتی که استخراج کننده آب باشد به آنها هیدرات می گویند. پدیده ای که در آن solvat ها (هیدرات ها) تشکیل می شوند، حل شدن (هیدراتاسیون) نامیده می شود. تمام فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی را تحت تأثیر قرار می دهد و خواص مولکول های مخلوط را تغییر می دهد. حل‌پذیری به این دلیل اتفاق می‌افتد که پوسته حل‌شونده، متشکل از مولکول‌های ماده استخراج‌کننده نزدیک به آن، مولکول املاح را احاطه کرده است.
عوامل مؤثر بر حلالیت مواد
ترکیب شیمیایی مواد. قاعده "مثل مانند را جذب می کند" در مورد معرف ها نیز صدق می کند. موادی که از نظر خواص فیزیکی و شیمیایی مشابه هستند می توانند سریعتر حل شوند. به عنوان مثال، ترکیبات غیر قطبی به خوبی با ترکیبات غیر قطبی تعامل دارند. مواد با مولکول های قطبی یا ساختار یونی در مواد قطبی، به عنوان مثال، در آب رقیق می شوند. نمک ها، قلیایی ها و سایر اجزاء در آن تجزیه می شوند، در حالی که غیر قطبی برعکس عمل می کنند. می توان مثال ساده ای زد. برای تهیه محلول اشباع شکر در آب، مقدار بیشتری ماده نسبت به نمک مورد نیاز است. چه مفهومی داره؟ به عبارت ساده، شما می توانید خیلی بیشتر پرورش دهیدشکر در آب نسبت به نمک.
دما. برای افزایش حلالیت جامدات در مایعات، باید دمای استخراج کننده را افزایش دهید (در بیشتر موارد کار می کند). می توان یک مثال نشان داد. اگر مقداری سدیم کلرید (نمک) را در آب سرد قرار دهید، این فرآیند زمان زیادی می برد. اگر همین کار را با یک محیط داغ انجام دهید، انحلال بسیار سریعتر خواهد بود. این با این واقعیت توضیح داده می شود که در نتیجه افزایش دما، انرژی جنبشی افزایش می یابد که مقدار قابل توجهی از آن اغلب صرف تخریب پیوندهای بین مولکول ها و یون های یک جامد می شود. با این حال، هنگامی که دما در مورد نمک های لیتیوم، منیزیم، آلومینیوم و قلیایی افزایش می یابد، حلالیت آنها کاهش می یابد.
فشار. این عامل فقط بر گازها تأثیر می گذارد. حلالیت آنها با افزایش فشار افزایش می یابد. از این گذشته، حجم گازها کاهش می یابد.
تغییر نرخ انحلال
این شاخص را با حلالیت اشتباه نگیرید. از این گذشته، عوامل مختلفی بر تغییر این دو شاخص تأثیر می‌گذارند.
درجه تکه تکه شدن ماده محلول. این عامل بر حلالیت جامدات در مایعات تأثیر می گذارد. در حالت کل (گلوله)، این ترکیب طولانی تر از ترکیبی که به قطعات کوچک شکسته شده رقیق می شود. بیایید یک مثال بزنیم. حل شدن یک بلوک جامد نمک در آب بسیار بیشتر از نمک به شکل ماسه طول می کشد.
سرعت هم زدن. همانطور که مشخص است، این فرآیند را می توان با هم زدن کاتالیز کرد. سرعت آن نیز مهم است، زیرا هر چه بزرگتر باشد، سریعتر حل می شود.ماده در مایع.
چرا باید حلالیت مواد جامد در آب را بدانیم؟
اول از همه، چنین طرح هایی برای حل صحیح معادلات شیمیایی مورد نیاز است. در جدول حلالیت بار تمام مواد وجود دارد. برای ثبت صحیح معرف ها و ترسیم معادله یک واکنش شیمیایی باید آنها را شناخت. حلالیت در آب نشان می دهد که آیا نمک یا باز می توانند تجزیه شوند. ترکیبات آبی که رسانای جریان هستند دارای الکترولیت های قوی در ترکیب خود هستند. نوع دیگری نیز وجود دارد. آنهایی که جریان ضعیف را هدایت می کنند، الکترولیت ضعیف در نظر گرفته می شوند. در حالت اول، اجزاء موادی هستند که به طور کامل در آب یونیزه می شوند. در حالی که الکترولیت های ضعیف این شاخص را فقط تا حد کمی نشان می دهند.
معادلات واکنش شیمیایی
چندین نوع معادله وجود دارد: مولکولی، یونی کامل و یونی کوتاه. در واقع آخرین گزینه شکل کوتاه شده مولکولی است. این پاسخ نهایی است. معادله کامل شامل واکنش دهنده ها و محصولات واکنش است. حالا نوبت جدول حلالیت مواد است. ابتدا باید بررسی کنید که آیا واکنش امکان پذیر است یا خیر، یعنی آیا یکی از شرایط واکنش برآورده شده است یا خیر. تنها 3 مورد از آنها وجود دارد: تشکیل آب، انتشار گاز، بارش. اگر دو شرط اول برآورده نشد، باید مورد آخر را بررسی کنید. برای انجام این کار، باید به جدول حلالیت نگاه کنید و دریابید که آیا نمک یا پایه نامحلول در محصولات واکنش وجود دارد یا خیر. اگر چنین باشد، پس این رسوب خواهد بود. علاوه بر این، جدول برای نوشتن معادله یونی مورد نیاز است. از آنجایی که تمام نمک ها و بازهای محلول الکترولیت های قوی هستند،سپس به کاتیون ها و آنیون ها تجزیه می شوند. علاوه بر این، یون‌های بی‌پیوند کاهش می‌یابند و معادله به صورت کوتاه نوشته می‌شود. مثال:
- K2SO4+BaCl2=BaSO4 ↓+2HCl،
- 2K+2SO4+Ba+2Cl=BaSO4↓+2K+2Cl,
- Ba+SO4=BaSO4↓.
بنابراین جدول حلالیت مواد یکی از شرایط کلیدی برای حل معادلات یونی است.
جدول تفصیلی به شما کمک می کند تا بفهمید برای تهیه یک مخلوط غنی چه مقدار جزء باید مصرف کنید.
جدول حلالیت
این جدول معمولی ناقص است. مهم است که دمای آب در اینجا نشان داده شود، زیرا یکی از عواملی است که قبلاً در بالا به آن پرداختیم.
چگونه از جدول حلالیت استفاده کنیم؟
جدول حلالیت مواد در آب یکی از دستیاران اصلی یک شیمیدان است. این نشان می دهد که چگونه مواد و ترکیبات مختلف با آب تعامل دارند. حلالیت جامدات در مایع شاخصی است که بدون آن بسیاری از دستکاری های شیمیایی غیرممکن است.
استفاده از جدول بسیار آسان است. کاتیون ها (ذرات با بار مثبت) در خط اول، آنیون ها (ذرات با بار منفی) در خط دوم نوشته شده اند. بیشتر جدول توسط یک شبکه با نمادهای خاصی در هر سلول اشغال شده است. اینها حروف "P"، "M"، "H" و علائم "-" و "?" هستند.
- "P" - ترکیب حل می شود؛
- "M" - کمی حل می شود؛
- "H" - حل نمی شود؛
- "-" - هیچ ارتباطی وجود ندارد؛
- "؟ - هیچ اطلاعاتی در مورد وجود اتصال وجود ندارد.
در این جدول یک سلول خالی وجود دارد - این آب است.
مثال ساده
حالا در مورد نحوه کار با چنین موادی. فرض کنید باید دریابید که آیا نمک در آب محلول است - MgSo4 (سولفات منیزیم). برای انجام این کار، باید ستون Mg2+ را پیدا کنید و به خط SO42- پایین بروید. در محل تقاطع آنها حرف P است که به معنی محلول بودن ترکیب است.
نتیجه گیری
بنابراین، ما مسئله حلالیت مواد در آب و نه تنها را مطالعه کرده ایم. بدون شک این دانش در مطالعه بیشتر شیمی مفید خواهد بود. از این گذشته ، حلالیت مواد در آنجا نقش مهمی دارد. برای حل معادلات شیمیایی و مسائل مختلف مفید خواهد بود.
