شیمی یک علم جالب و کاملاً پیچیده است. اصطلاحات و مفاهیم آن در زندگی روزمره به سراغ ما می آیند، و همیشه به طور شهودی معنی آنها و معنای آنها مشخص نیست. یکی از این مفاهیم حلالیت است. این اصطلاح به طور گسترده در تئوری راه حل ها استفاده می شود و در زندگی روزمره ما با استفاده از آن مواجه می شویم زیرا با همین راه حل ها احاطه شده ایم. اما استفاده از این مفهوم بسیار مهم نیست، بلکه پدیده های فیزیکی است که نشان می دهد. اما قبل از اینکه به بخش اصلی داستان خود برویم، بیایید سریعاً به قرن نوزدهم برویم، زمانی که اسوانته آرنیوس و ویلهلم استوالد نظریه تفکیک الکترولیتی را فرموله کردند.
تاریخ
مطالعه محلول ها و حلالیت با تئوری فیزیکی تفکیک آغاز می شود. درک آن ساده ترین است، اما بیش از حد ابتدایی است و تنها در برخی لحظات با واقعیت مطابقت دارد. ماهیت این نظریه این است که املاح با ورود به محلول، به ذرات باردار به نام یون تجزیه می شود. این ذرات هستند که خواص شیمیایی محلول و برخی از خصوصیات فیزیکی آن از جمله رسانایی و نقطه جوش، نقطه ذوب و نقطه تبلور را تعیین می کنند.
اما موارد بیشتری وجود داردتئوری های پیچیده ای که محلول را سیستمی در نظر می گیرند که در آن ذرات با یکدیگر برهمکنش می کنند و به اصطلاح حلولات - یون های احاطه شده توسط دوقطبی را تشکیل می دهند. دوقطبی به طور کلی یک مولکول خنثی است که قطب های آن دارای بار مخالف هستند. دوقطبی اغلب یک مولکول حلال است. با وارد شدن به محلول، ماده محلول به یونها تجزیه می شود و دوقطبی ها به ترتیب با سر بار مخالف به یک یون و با انتهای بار مخالف دیگر به یون های دیگر جذب می شوند. بنابراین، حلال ها به دست می آیند - مولکول هایی با پوسته ای از مولکول های خنثی دیگر.
حالا بیایید کمی در مورد ماهیت خود نظریه ها صحبت کنیم و نگاهی دقیق تر به آنها بیندازیم.
نظریه های راه حل
تشکیل چنین ذرات می تواند بسیاری از پدیده ها را توضیح دهد که با استفاده از نظریه کلاسیک راه حل ها قابل توصیف نیستند. به عنوان مثال، اثر حرارتی واکنش انحلال. از نقطه نظر نظریه آرنیوس، دشوار است بگوییم که چرا وقتی یک ماده در ماده دیگر حل می شود، گرما می تواند جذب و آزاد شود. بله، شبکه کریستالی از بین می رود و بنابراین انرژی یا صرف می شود و محلول سرد می شود یا در هنگام پوسیدگی به دلیل انرژی اضافی پیوندهای شیمیایی آزاد می شود. اما به نظر می رسد که توضیح این موضوع از نقطه نظر نظریه کلاسیک غیرممکن است، زیرا مکانیسم تخریب خود نامفهوم است. و اگر نظریه شیمیایی محلول‌ها را به کار ببریم، مشخص می‌شود که مولکول‌های حلال، که در حفره‌های شبکه فرو رفته‌اند، آن را از داخل تخریب می‌کنند، گویی "محصور" هستند.یونها از یکدیگر توسط یک پوسته حل‌پذیری.
در بخش بعدی به این خواهیم پرداخت که حلالیت چیست و همه چیز مربوط به این کمیت به ظاهر ساده و شهودی.
مفهوم حلالیت
کاملاً شهودی است که حلالیت نشان می دهد که یک ماده در یک حلال خاص چقدر خوب حل می شود. با این حال، ما معمولاً در مورد ماهیت انحلال مواد اطلاعات کمی داریم. به عنوان مثال، چرا گچ در آب حل نمی شود و نمک سفره - برعکس؟ همه چیز در مورد استحکام پیوندهای درون مولکول است. اگر پیوندها قوی باشند، به همین دلیل، این ذرات نمی توانند به یون تجزیه شوند و در نتیجه کریستال را از بین می برند. بنابراین، نامحلول باقی می ماند.
حلالیت یک مشخصه کمی است که نشان می دهد چه نسبتی از یک املاح به شکل ذرات حل شده است. مقدار آن به ماهیت املاح و حلال بستگی دارد. حلالیت در آب برای مواد مختلف بسته به پیوند بین اتم ها در مولکول متفاوت است. مواد با پیوند کووالانسی کمترین حلالیت را دارند، در حالی که آنهایی که پیوند یونی دارند بیشترین حلالیت را دارند.
اما همیشه نمی توان فهمید که کدام حلالیت زیاد و کدام کوچک است. بنابراین، در بخش بعدی به این خواهیم پرداخت که حلالیت مواد مختلف در آب چیست.
مقایسه
حلال های مایع زیادی در طبیعت وجود دارد. حتی مواد جایگزین بیشتری وجود دارد که می توانند در صورت رسیدن به شرایط خاص، به عنوان مثال، به عنوان آخرین مورد عمل کنندحالت کل روشن می شود که اگر داده هایی را در مورد حلالیت هر جفت "حلال - حلال" در یکدیگر جمع آوری کنید، برای ابدیت کافی نخواهد بود، زیرا ترکیبات بسیار زیاد هستند. بنابراین، این اتفاق افتاد که در سیاره ما آب حلال و استاندارد جهانی است. آنها این کار را انجام دادند زیرا رایج ترین روی زمین است.
بنابراین، جدول حلالیت در آب برای صدها و هزاران ماده تهیه شد. همه ما آن را دیده ایم، اما در نسخه ای کوتاه تر و قابل درک تر. سلول های جدول حاوی حروفی هستند که نشان دهنده یک ماده محلول، نامحلول یا کمی محلول است. اما جداول بسیار تخصصی تری برای کسانی که به طور جدی در شیمی مسلط هستند وجود دارد. این مقدار عددی دقیق حلالیت را بر حسب گرم در لیتر محلول نشان می دهد.
حالا بیایید به نظریه چیزی به عنوان حلالیت بپردازیم.
شیمی حلالیت
نحوه انجام فرآیند انحلال خود، قبلاً در بخش های قبلی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته ایم. اما برای مثال، چگونه می توان همه آن را به عنوان یک واکنش یادداشت کرد؟ اینجا همه چیز به این سادگی نیست. به عنوان مثال، هنگامی که یک اسید حل می شود، یک یون هیدروژن با آب واکنش می دهد و یک یون هیدرونیوم تشکیل می دهد H3O+. بنابراین، برای HCl، معادله واکنش به این صورت خواهد بود:
HCl + H2O =H3O+ + Cl-
حلالیت نمک ها بسته به ساختار آنها نیز با واکنش شیمیایی آن مشخص می شود. نوع دومی به ساختار نمک وپیوندهای درون مولکول های آن.
ما فهمیدیم که چگونه حلالیت نمک ها در آب را به صورت گرافیکی ثبت کنیم. اکنون زمان کاربرد عملی است.
برنامه
اگر مواردی را که به این مقدار نیاز است فهرست کنید، حتی یک قرن هم کافی نیست. به طور غیرمستقیم با استفاده از آن می توانید مقادیر دیگری را محاسبه کنید که برای مطالعه هر راه حلی بسیار مهم هستند. بدون آن، ما نمی‌توانیم غلظت دقیق ماده، فعالیت آن را بدانیم، نمی‌توانیم ارزیابی کنیم که آیا دارو یک فرد را درمان می‌کند یا می‌کشد (در نهایت، حتی آب در مقادیر زیاد تهدید کننده زندگی است).
علاوه بر صنایع شیمیایی و اهداف علمی، درک ماهیت حلالیت در زندگی روزمره نیز ضروری است. در واقع، گاهی اوقات لازم است مثلاً یک محلول فوق اشباع از یک ماده تهیه شود. به عنوان مثال، این برای به دست آوردن کریستال نمک برای تکالیف کودک ضروری است. با دانستن حلالیت نمک در آب، به راحتی می‌توانیم تعیین کنیم که چه مقدار نمک باید در ظرف ریخته شود تا شروع به رسوب کردن و تشکیل کریستال از مقدار زیاد شود.
قبل از پایان دادن به سفر کوتاه خود به شیمی، اجازه دهید در مورد چند مفهوم مرتبط با حلالیت صحبت کنیم.
چه چیز دیگری جالب است؟
به نظر ما، اگر به این بخش رسیده اید، احتمالاً قبلاً فهمیده اید که حلالیت فقط یک کمیت شیمیایی عجیب نیست. مبنایی برای مقادیر دیگر است. و از جمله: غلظت، فعالیت، ثابت تفکیک، pH. و این یک لیست کامل نیست. حتما حداقل یکی را شنیده ایداز این کلمات بدون این دانش در مورد ماهیت محلول ها، که مطالعه آنها با حلالیت آغاز شد، دیگر نمی توانیم شیمی و فیزیک مدرن را تصور کنیم. فیزیک اینجا چیست؟ گاهی اوقات فیزیکدانان نیز با راه حل ها سر و کار دارند، رسانایی آنها را اندازه گیری می کنند و از دیگر ویژگی های آنها برای نیازهای خود استفاده می کنند.
نتیجه گیری
در این مقاله با مفهوم شیمیایی مانند حلالیت آشنا شدیم. این احتمالاً اطلاعات کاملاً مفیدی بود، زیرا بسیاری از ما به سختی جوهر عمیق نظریه راه حل ها را درک می کنیم بدون اینکه تمایلی به بررسی جزئیات آن داشته باشیم. در هر صورت، آموزش مغز با یادگیری چیزهای جدید بسیار مفید است. بالاخره آدم باید تمام عمرش «درس بخواند، درس بخواند و دوباره درس بخواند»
