Tirpalų taikymas chemijoje. Sprendimas. Elektrolitų ir neelektrolitų tirpalai

Jei valgomosios druskos, cukraus ar kalio permanganato (kalio permanganato) kristalai dedami į indą su vandeniu, galime stebėti, kaip palaipsniui mažėja kietosios medžiagos kiekis. Tuo pačiu vanduo, į kurį įdėta kristalų, įgauna naujų savybių: įgauna sūrų ar saldų skonį (kalio permanganato atveju atsiranda avietinė spalva), keičiasi tankis, užšalimo temperatūra ir kt. Susidariusių skysčių nebegalima vadinti vandeniu, net jei jie savo išvaizda niekuo nesiskiria nuo vandens (kaip būna su druska ir cukrumi). tai - sprendimus .

Sprendimai- vienalytė daugiakomponentė sistema, susidedanti iš tirpiklio, tirpių medžiagų ir jų sąveikos produktų.

Tirpalai nenusėda ir visą laiką išlieka homogeniški. Jei tirpalas filtruojamas per tankiausią filtrą, nuo vandens negalima atskirti nei druskos, nei cukraus, nei kalio permanganato. Vadinasi, šios vandenyje esančios medžiagos susmulkinamos į smulkiausias daleles – molekules. Molekulės gali vėl surinkti į kristalus tik tada, kai išgariname vandenį. Taigi sprendimai yra molekulinės mišiniai.

Pagal jų agregavimo būseną sprendimai gali būti skystis (jūros vanduo) , dujinis (oras) arba kietas (daug metalų lydinių).
Dalelių dydžiai tikruose tirpaluose yra mažesni nei 10–9 m (molekulių dydžių tvarka).

Bet koks sprendimas susideda iš tirpiklis Ir tirpalas. Pateiktuose pavyzdžiuose tirpiklis yra vanduo. Tačiau vanduo nebūtinai yra tirpiklis. Pavyzdžiui, galite gauti vandens tirpalą sieros rūgštyje. Čia tirpiklis bus rūgštis. Taip pat galite paruošti rūgšties tirpalus vandenyje.

Iš dviejų ar daugiau tirpalo komponentų tirpiklis yra tas, kurio paimamas didesnis kiekis ir kurio agregacijos būsena yra tokia pati kaip ir viso tirpalo.

** Yra tirpalų ne tik skystas, bet ir dujinis ir net kietas. Pavyzdžiui, oras yra deguonies ir kelių kitų dujų tirpalas azote. Metalų lydiniai yra kieti metalų tirpalai vienas kitame. Dujos, kaip jau žinome, gali ištirpti vandenyje.

Pažiūrėkime, kaip tirpsta medžiagos. Norėdami tai padaryti, stebėkime, kaip ištirpsta į arbatą įdėtas cukrus. Jei arbata šalta, cukrus tirpsta lėtai. Priešingai, jei arbata yra karšta ir maišoma šaukštu, ištirpsta greitai.

Patekusios į vandenį cukraus molekulės, esančios granuliuoto cukraus kristalų paviršiuje, sudaro donoro-akceptoriaus (vandenilio) ryšius su vandens molekulėmis. Šiuo atveju prie vienos cukraus molekulės jungiasi kelios vandens molekulės. Dėl šiluminio vandens molekulių judėjimo su jomis susijusios cukraus molekulės atitrūksta nuo kristalo ir persikelia į tirpiklio molekulių storį (7-2 pav.).

Ryžiai. 7-2. Cukraus molekules (baltus apskritimus), esančias cukraus kristalo paviršiuje, supa vandens molekulės (tamsūs apskritimai). Vandenilio ryšiai susidaro tarp cukraus ir vandens molekulių, todėl cukraus molekulės atitrūksta nuo kristalo paviršiaus. Vandens molekulės, nesusijusios su cukraus molekulėmis, paveikslėlyje nepavaizduotos.

Cukraus molekulės, patekusios iš kristalo į tirpalą, dėl šiluminio judėjimo gali judėti per visą tirpalo tūrį kartu su vandens molekulėmis. Šis reiškinys vadinamas difuzija. Difuzija vyksta lėtai, todėl šalia kristalų paviršiaus yra cukraus molekulių perteklius, kurios jau buvo atplėštos nuo kristalo, bet dar nepasklido į tirpalą.

Jie neleidžia naujoms vandens molekulėms priartėti prie kristalo paviršiaus, kad susidarytų vandeniliniai ryšiai su jo molekulėmis. Jei tirpalas maišomas, difuzija vyksta intensyviau ir cukrus ištirpsta greičiau. Cukraus molekulės pasiskirsto tolygiai ir tirpalas tampa vienodai saldus visame tūryje.

Molekulių, kurios gali patekti į tirpalą, skaičius dažnai yra ribotas. Medžiagos molekulės ne tik palieka kristalą, bet ir vėl prisijungia prie kristalo iš tirpalo. Nors kristalų yra palyginti nedaug, į tirpalą patenka daugiau molekulių nei grįžta iš jo – įvyksta ištirpimas. Bet jei tirpiklis liečiasi su daugybe kristalų, tada išeinančių ir grįžtančių molekulių skaičius tampa toks pat ir išoriniam stebėtojui tirpimas sustoja.

Nesotieji, sotieji ir persotieji tirpalai

Jei skystame tirpale pasiskirstytų molekulinių ar joninių dalelių yra toks kiekis, kad tam tikromis sąlygomis medžiaga toliau netirpsta, tirpalas vadinamas sočiuoju. (Pavyzdžiui, jei į 100 g H 2 O įdėsite 50 g NaCl, tada 20 °C temperatūroje ištirps tik 36 g druskos).

Sočiųjų yra tirpalas, esantis dinaminėje pusiausvyroje su tirpios medžiagos pertekliumi.

Įdėję mažiau nei 36 g NaCl į 100 g 20ºC vandens, gauname nesočiųjų tirpalų .

Kaitinant druskos ir vandens mišinį iki 100C, 100 g vandens ištirps 39,8 g NaCl. Jei neištirpusi druska dabar pašalinama iš tirpalo ir tirpalas atsargiai atšaldomas iki 20 °C, druskos perteklius ne visada nusėda. Šiuo atveju mes susiduriame su persotintas tirpalas. Persotintieji tirpalai yra labai nestabilūs. Maišant, purtant arba pridedant druskos grūdelių, druskos perteklius gali susikristalizuoti ir patekti į prisotintą stabilią būseną.

Nesotus tirpalas- tirpalas, kuriame yra mažiau medžiagos nei sočiųjų.

Persotintas tirpalas- tirpalas, kuriame yra daugiau medžiagos nei sočiųjų tirpalų.

Tirpimas kaip fizinis ir cheminis procesas

Tirpalai susidaro sąveikaujant tirpikliui ir tirpiajai medžiagai. Sąveika tarp tirpiklio ir tirpios medžiagos vadinama sprendimas(jei tirpiklis yra vanduo - drėkinimas).

Tirpimas vyksta formuojant skirtingų formų ir stiprumo produktus – hidratus. Tai apima tiek fizines, tiek chemines jėgas. Tirpimo procesą dėl tokios komponentų sąveikos lydi įvairūs šiluminiai reiškiniai.

Tirpimo energetinė charakteristika yra susidarymo šiluma sprendimas, laikomas visų endo- ir egzoterminių proceso etapų šiluminių efektų algebrine suma. Tarp jų reikšmingiausi yra šie:

– šilumą sugeriantys procesai- kristalinės gardelės ardymas, cheminių ryšių nutraukimas molekulėse;

– šilumos gamybos procesai- ištirpusios medžiagos sąveikos su tirpikliu produktų (hidratų) susidarymas ir kt.

Jei kristalinės gardelės sunaikinimo energija yra mažesnė už ištirpusios medžiagos hidratacijos energiją, tada ištirpsta išsiskiriant šilumai (stebimas kaitinimas). Taigi NaOH tirpimas yra egzoterminis procesas: kristalinės gardelės ardymui sunaudojama 884 kJ/mol, o formuojantis hidratuotiems Na + ir OH - jonams, išsiskiria atitinkamai 422 ir 510 kJ/mol.

Jei kristalinės gardelės energija yra didesnė už hidratacijos energiją, tada tirpimas vyksta sugeriant šilumą (ruošiant vandeninį NH 4 NO 3 tirpalą, stebimas temperatūros sumažėjimas).

Tirpumas

Mes sakome: „cukrus gerai tirpsta vandenyje“ arba „kreida blogai tirpsta vandenyje“. Tačiau taip pat galima kiekybiškai įvertinti tam tikros medžiagos gebėjimą ištirpti arba, kitaip tariant, tirpumas medžiagų.

Tirpumas - Medžiagos gebėjimas ištirpti tam tikrame tirpiklyje vadinamas. Medžiagos tirpumo matas tam tikromis sąlygomis yra jos kiekis sočiame tirpale.

Jei 100 g vandens ištirpsta daugiau nei 10 g medžiagos, tada tokia medžiaga vadinama gerai tirpus. Jei ištirpsta mažiau nei 1 g medžiagos, medžiaga šiek tiek tirpsta. Galiausiai, medžiaga nagrinėjama praktiškai netirpios, jei į tirpalą patenka mažiau nei 0,01 g medžiagos. Nėra visiškai netirpių medžiagų.

Tirpumas, išreiškiamas medžiagos, galinčios ištirpti 100 g vandens tam tikroje temperatūroje, mase, taip pat vadinamas tirpumo koeficientas.

Kaip pavyzdį pateikiame kelių medžiagų tirpumą (medžiagos gramais 100 g vandens kambario temperatūroje): kietų, skystų ir dujinių, kurių daugelis turi panašias chemines formules (7-2 lentelė).

7-2 lentelė Kai kurių medžiagų tirpumas vandenyje kambario temperatūroje, daugumos (bet ne visų!) kietųjų medžiagų tirpumas didėja didėjant temperatūrai, o dujų tirpumas, atvirkščiai, mažėja. Taip yra visų pirma dėl to, kad dujų molekulės šiluminio judėjimo metu gali daug lengviau išeiti iš tirpalo nei kietų medžiagų molekulės.

**Jei išmatuosite medžiagų tirpumą skirtingose ​​temperatūrose, pamatysite, kad vienos medžiagos pastebimai keičia savo tirpumą priklausomai nuo temperatūros, kitos – nelabai (žr. 7-3 lentelę).

Jei eksperimentuose gautos reikšmės brėžiamos koordinačių ašyse, gaunamos vadinamosios įvairių medžiagų tirpumo kreivės (7-3 pav.). Šios kreivės turi praktinę reikšmę. Iš jų nesunku sužinoti, kiek medžiagos (pavyzdžiui, KNO 3) iškris, kai 80 C temperatūroje paruoštas sotus tirpalas atšaldomas iki 20 C.

Cheminiai tirpalai naudojami įvairiose pramonės šakose. Cheminėje gamyboje dažniausiai naudojami rūgščių ir šarmų tirpalai. Panagrinėkime pagrindinius.

Natrio bisulfitas NaHSO 3

Šio tipo tirpalas yra šviesiai geltonos spalvos. Kai kuriais atvejais jis gali tapti rudas. Stikliniai buteliai arba geležinkelio cisternos dažnai naudojami natrio bisulfitui transportuoti ir laikyti. Bet jei tokia medžiaga perkama, ją galima supilti į skardines, statines ir kitus panašaus tipo indus. Tirpalo tinkamumo laikas yra 90 dienų nuo pagaminimo datos.

Kalio hidroksidas KOH

Kalio hidroksidas yra bespalvis kristalas, naudojamas skysto muilo ir įvairių kalio junginių gamyboje. Be to, medžiaga buvo aktyviai naudojama metano gamyboje ir kaip elektrolitai baterijų struktūroje. Ši medžiaga padeda išvalyti nerūdijantį plieną nuo riebalų dėmių ir kitų teršalų.

Kalcio chlorido tirpalas CaCl 2

Kalcio chloridas yra druskos rūgšties druska. Jis linkęs užšalti esant šaltam orui (santykis: 20% esant -18, 30% esant -48 laipsnių Celsijaus). Kalcio chlorido tirpalas plačiai naudojamas dujų skirstymo stotyse, statybų pramonėje (užtikrina greitą cemento stingimą), kovojant su ledu, tokiose pramonės šakose kaip maistas ir medicina. Kanistrai ir kubeliai naudojami sandėliavimui ir judėjimui.

Natrio hidroksido NaOH tirpalas

Natrio hidroksido tirpalas plačiai naudojamas kaip reagentas įvairių cheminių reakcijų metu. Tai stiprus šarmas, todėl dažnai naudojamas kaustinės rūgšties neutralizavimui. Be to, kaip komponentas yra įtrauktas į balinimo produktų, medienos plaušų plokščių, popieriaus, kvepalų ir kosmetikos gaminių sudėtį.

Sieros rūgšties tirpalas H 2 SO 4

Sieros rūgštis priklauso dvibazių stiprių rūgščių klasei. Jis atrodo kaip tirštas, bespalvis, bekvapis skystis. Pramonės sektoriuje tokie tirpalai dažnai naudojami distiliuoto vandens pagrindu. Pačios rūgšties koncentracijos lygis priklauso nuo ploto, kuriame naudojamas tirpalas. Medžiaga dažnai naudojama cheminėje sintezėje, žalios naftos valymui, trąšų ir buitinės chemijos gamyboje.

Vandenilio chlorido rūgšties tirpalas HCl

Vandenilio chlorido rūgštis yra cheminė medžiaga bespalvio skysčio pavidalo, turinčio aštrų kvapą. Šio tipo elementai veikia kaip labai stiprus tirpiklis. Ji išplito šiose srityse: chemijos pramonėje, galvanizavimo, medicinos, popieriaus ir kartono gaminių gamyboje. Medžiaga laikoma ir gabenama įprastose skardinėse arba kubeliuose.

Sulfamo rūgštis NH 2 SO 3 H

Sulfamo rūgštis pateikiama vandenyje tirpios kristalinės medžiagos, turinčios baltą arba pilką atspalvį, pavidalu. Tokios rūgšties tirpalas naudojamas pramoniniams įrenginiams valyti ir tekstilės medžiagoms suteikti ugniai atsparių savybių. Šios medžiagos tinkamumo laikas yra vieneri metai.

Sprendimas vadinama vienalyte sistema, susidedančia iš dviejų ar daugiau komponentų.

Vienas iš sprendimo komponentų yra tirpiklis, likusieji - tirpių medžiagų. Tirpikliu paprastai laikomas tas komponentas, kurio agregacijos būsena nesikeičia susidarant tirpalui. Jei abu komponentai yra toje pačioje agregacijos būsenoje, tada tirpiklis yra komponentas, kurio kiekis yra didesnis.

Tirpalai yra sotieji, nesotieji ir persotieji.

Sotus tirpalas– yra tirpalas, kuris yra pusiausvyroje su tirpios medžiagos kietąja faze, t.y. yra didžiausias galimas tirpios medžiagos kiekis tam tikroje temperatūroje.

Nesotus tirpalas- tirpalas, kurio koncentracija mažesnė už sočiojo tirpalo koncentraciją.

Persotintas tirpalas- tirpalas, kuriame tam tikroje temperatūroje yra daugiau tirpių medžiagų nei sočiame tirpale.

Tirpumas yra vienos medžiagos gebėjimas ištirpti kitoje. Kietųjų medžiagų ir skysčių tirpumas kiekybiškai įvertinamas tirpumo koeficientu. Tirpumo koeficientas išreiškiamas medžiagos mase, kuri tam tikromis sąlygomis ištirpsta 100 g tirpiklio, kad susidarytų sotus tirpalas. Paprastai laikoma medžiaga tirpus (R), jei tirpumo koeficientas viršija 1. Kai tirpumo koeficientas yra nuo 1 iki 0,01, medžiaga šiek tiek tirpsta (m). Kurių tirpumo koeficientas mažesnis nei 0,01 medžiagos praktiškai netirpi (n).

Medžiagų tirpimą dažnai lydi šilumos išsiskyrimas arba sugėrimas. Tai yra tirpios medžiagos cheminės sąveikos su tirpikliu pasekmė. Šis procesas vadinamas drėkinimas, jei tirpiklis yra vanduo, arba sprendimas, jei naudojamas nevandeninis tirpiklis. Tokiu atveju susidaro junginiai, kurie atitinkamai vadinami hidratuoja Ir solvatai.

Hidratai paprastai nėra stabilios medžiagos. Tačiau kai kurie iš jų yra tokie stiprūs, kad vanduo patenka į ištirpusios medžiagos kristalus. Tokios medžiagos vadinamos kristaliniai hidratai, o juose esantis vanduo vadinamas kristalizacija .

Kristalinio hidrato sudėtis pavaizduota formule, kuri parodo, kiek kristaliniame hidrate yra kristalizacijos vandens:

- vario sulfatas(kristalinis vario sulfato hidratas) - CuSO 4 5H 2 O;

- Glauberio druska(kristalinis natrio sulfato hidratas) - Na 2 SO 4 10H 2 O.

Tirpalai – tai vienalytė masė arba mišinys, susidedantis iš dviejų ar daugiau medžiagų, kuriose viena medžiaga veikia kaip tirpiklis, o kita – kaip tirpios dalelės.

Yra dvi tirpalų atsiradimo aiškinimo teorijos: cheminė, kurios įkūrėjas yra D.I.Mendelejevas, ir fizikinė, kurią pasiūlė vokiečių ir šveicarų fizikai Ostwaldas ir Arrhenius. Mendelejevo aiškinimu, tirpiklio komponentai ir ištirpusios medžiagos tampa cheminės reakcijos dalyviais, susidarant nestabiliems tų pačių komponentų ar dalelių junginiams.

Fizikinė teorija neigia cheminę sąveiką tarp tirpiklio molekulių ir ištirpusių medžiagų, aiškindama tirpalų susidarymo procesą kaip tolygų tirpiklio dalelių (molekulių, jonų) pasiskirstymą tarp ištirpusios medžiagos dalelių dėl fizinės reiškinys, vadinamas difuzija.

Sprendimų klasifikavimas pagal įvairius kriterijus

Šiandien nėra vieningos sprendinių klasifikavimo sistemos, tačiau sąlyginai sprendinių tipus galima sugrupuoti pagal svarbiausius kriterijus, būtent:

I) Pagal agregacijos būseną jie skirstomi į: kietus, dujinius ir skystus tirpalus.

II) Pagal ištirpusios medžiagos dalelių dydį: koloidinės ir tikrosios.

III) Pagal ištirpusios medžiagos dalelių koncentracijos tirpale laipsnį: sočiųjų, nesočiųjų, koncentruotų, praskiestų.

IV) Pagal jų gebėjimą pravesti elektros srovę: elektrolitai ir neelektrolitai.

V) Pagal paskirtį ir taikymo sritį: cheminiai, medicininiai, statybiniai, specialūs sprendimai ir kt.

Sprendimų tipai pagal agregacijos būseną

Tirpalų klasifikacija pagal agregatinę tirpiklio būseną pateikiama plačiąja šio termino prasmės prasme. Įprasta skystas medžiagas laikyti tirpalais (ir skystas, ir kietas elementas gali veikti kaip tirpi medžiaga), tačiau jei atsižvelgsime į tai, kad tirpalas yra vienalytė dviejų ar daugiau medžiagų sistema, tada Gana logiška atpažinti ir kietus tirpalus bei dujinius. Kietais tirpalais laikomi, pavyzdžiui, kelių metalų mišiniai, plačiau žinomi kaip lydiniai. Dujiniai tirpalai yra kelių dujų mišiniai, pavyzdžiui, mus supantis oras, kuris yra deguonies, azoto ir anglies dioksido junginio pavidalu.

Tirpalai pagal ištirpusių dalelių dydį

Tirpalų tipai, pagrįsti ištirpusių dalelių dydžiu, apima tikrus (paprastus) tirpalus ir B. Tirpi medžiaga suyra į mažas molekules arba atomus, kurių dydis panašus į tirpiklio molekules. Tuo pačiu metu tikrieji tirpalų tipai išlaiko pirmines tirpiklio savybes, tik šiek tiek pakeičiant jį dėl į jį pridėto elemento fizikinių ir cheminių savybių. Pvz.: vandenyje ištirpinus valgomąją druską ar cukrų, vanduo išlieka tos pačios agregacijos būsenos ir tokios pat konsistencijos, beveik tos pačios spalvos, keičiasi tik jo skonis.

Koloidiniai tirpalai nuo įprastų skiriasi tuo, kad pridedamas komponentas visiškai nesuyra, išsaugo sudėtingas molekules ir junginius, kurių dydžiai gerokai viršija tirpiklio daleles, viršijančias 1 nanometro vertę.

Tirpalų koncentracijų tipai

Į tą patį tirpiklio kiekį galite įpilti skirtingus ištirpusio elemento kiekius, o išeiga bus skirtingos koncentracijos tirpalai. Mes išvardijame pagrindinius:

1. Sotiesiems tirpalams būdingas laipsnis, kuriuo tirpus komponentas, veikiamas pastovios temperatūros ir slėgio, nebesuyra į atomus ir molekules, o tirpalas pasiekia fazių pusiausvyrą. Sotieji tirpalai taip pat gali būti skirstomi į koncentruotus, kuriuose ištirpęs komponentas yra panašus į tirpiklį, ir atskiestus, kuriuose ištirpusios medžiagos kelis kartus mažiau nei tirpiklio.
2. Nesotieji tirpalai yra tie, kuriuose ištirpusi medžiaga vis dar gali suirti į mažas daleles.
3. Persotintieji tirpalai gaunami pasikeitus įtakojančių faktorių (temperatūra, slėgis) parametrams, dėl ko tęsiasi ištirpusios medžiagos „trupinimo“ procesas, ji tampa didesnė nei buvo normaliomis (įprastomis) sąlygomis.

Elektrolitai ir neelektrolitai

Kai kurios tirpaluose esančios medžiagos skyla į jonus, galinčius pravesti elektros srovę. Tokios vienalytės sistemos vadinamos elektrolitais. Šiai grupei priklauso rūgštys ir dauguma druskų. O tirpalai, kurie nepraleidžia elektros srovės, dažniausiai vadinami neelektrolitais (beveik visi organiniai junginiai).

Sprendimų grupės pagal paskirtį

Sprendimai yra būtini visuose šalies ūkio sektoriuose, kurių specifika sukūrė tokius specialius sprendimus kaip medicinos, statybos, chemijos ir kt.

Medicininiai tirpalai – tai tepalų, suspensijų, mišinių, infuzinių ir injekcinių tirpalų ir kitų vaistinių formų preparatų rinkinys, naudojamas medicininiais tikslais įvairių ligų gydymui ir profilaktikai.

Cheminių tirpalų rūšys apima daugybę homogeninių junginių, naudojamų cheminėse reakcijose: rūgštys, druskos. Šie tirpalai gali būti organinės arba neorganinės kilmės, vandeniniai (jūros vanduo) arba bevandeniai (benzeno, acetono ir kt. pagrindu), skysti (degtinė) arba kieti (žalvaris). Jie rado savo pritaikymą įvairiausiuose šalies ūkio sektoriuose: chemijos, maisto, tekstilės pramonėje.

Skiedinių tipai yra klampios ir tirštos konsistencijos, todėl jiems labiau tinka mišinio pavadinimas.

Dėl savo gebėjimo greitai sukietėti, jie sėkmingai naudojami sienų, lubų, laikančiųjų konstrukcijų klojimui, taip pat apdailos darbams. Tai vandeniniai tirpalai, dažniausiai trikomponenčiai (tirpiklis, įvairaus žymėjimo cementas, užpildas), kuriuose kaip užpildas naudojamas smėlis, molis, skalda, kalkės, gipsas ir kitos statybinės medžiagos.

Lecchia Nr. 17

SPRENDIMAI

Bendrosios sprendimų charakteristikos.

Tirpalų koncentracijos išreiškimo metodai.

Termodinamika ir tirpimo proceso mechanizmas.

Tirpumas.

Vanduo kaip tirpiklis. Sprendimų svarba organizmų gyvenime

1. Bendrosios sprendinių charakteristikos.

Sprendimai yra homogeniškos kintamos sudėties sistemos, apimančios du ar daugiau komponentų. Tirpalo komponentų dalelės pasiskirsto visame jo tūryje atomų, molekulių arba jonų pavidalu (dalelių dydis 0,1–0,5 nm).

Tirpalų susidarymą, priešingai nei mechaninius mišinius, lydi sistemos entalpijos, entropijos ir tūrio pasikeitimas.

Pagal jų agregacijos būseną išskiriami dujiniai, skystieji ir kietieji tirpalai. Tačiau paprastai terminas sprendimai reiškia skystas sistemas.

2. Tirpalų koncentracijos išreiškimo būdai.

Santykinis komponentų kiekis tirpale nustatomas pagal jo koncentraciją.

Molinė koncentracija yra medžiagos kiekis, esantis viename litre tirpalo (mol/l):

E
lygiavertė koncentracija yra medžiagos ekvivalentų molių skaičius viename litre tirpalo (mol/l):

Lygiavertis yra tikroji arba sąlyginė medžiagos dalelė, kuri yra lygi vienam vandenilio jonui rūgšties ir bazės reakcijoje ir ekvivalentiška vienam elektronui redokso reakcijoje.

Vieno molinio ekvivalento masė vadinama ekvivalentinės medžiagos molinė masė(E). Skirtingose ​​reakcijose ta pati medžiaga gali turėti skirtingus ekvivalentus.

Molinė koncentracija yra medžiagos kiekis, esantis viename kilograme tirpiklio (mol/kg):

M
tūzo dalis lygus ištirpusios medžiagos masės ir tirpalo masės santykiui:

M
poliarinė skiltis lygus ištirpusios medžiagos kiekio ir bendro medžiagų kiekio tirpale santykiui:

KAM
Paprastai medžiaga turi tam tikrą tirpumą tam tikrame tirpiklyje. Pagal tirpumas suprasti medžiagos koncentraciją sočiame tirpale.

3. Tirpimo proceso termodinamika ir mechanizmas

Tirpimas yra sudėtingas fizikinis ir cheminis procesas, kurį sudaro trys pagrindiniai etapai, kurių kiekvienai būdingi termodinaminių funkcijų H ir S pokyčiai:

cheminių ir tarpmolekulinių ryšių sunaikinimas tirpioje medžiagoje (pavyzdžiui, kristalinės gardelės ardymas): H 1 >0, S 1 >0

cheminė ištirpusių dalelių sąveika su tirpikliu (solitiacija): H 2<0, S 2 <0

tolygus tirpių dalelių pasiskirstymas tirpiklio terpėje difuzijos būdu: H 3 >0, S 3 >0

Pagal 2-ąjį termodinamikos dėsnį tirpimo proceso spontaniškumo sąlyga yra Gibso energijos sumažėjimas:

G = H - TS< 0,

kuri susideda iš entalpijos H ir entropijos TS faktorių.

Dujų tirpimas skysčiuose veda prie sistemos tvarkingumo, todėl kartu sumažėja entropija: S pH<0. Движущей силой процесса растворения в этом случае является энтальпийный фактор и растворение большинства газов является процессом экзотермическим: Н р-ния <0. Таким образом, самопроизвольное растворение газов возможно при низких температурах (|Н| >|TS|)

Skysčių ir kietų medžiagų tirpimas skysčiuose lemia sistemos netvarkos padidėjimą ir entropijos padidėjimą: S pH >0. Bendras tirpimo proceso terminis efektas daugiausia nulemtas terminais H 1 ir H 2 ir, priklausomai nuo jų santykio, gali būti teigiamas (NaCl) arba neigiamas (NaOH). Daugumos kristalinių medžiagų tirpimas yra endoterminis procesas H pH >0, nes kristalinės gardelės ardymui sunaudotos energijos nekompensuoja dėl solvatacijos išsiskirianti energija. Taigi daugumos kietųjų medžiagų savaiminį ištirpimą palengvina aukšta temperatūra (|H|< |TS|).

Sprendimai, kurių susidarymo nelydi sistemos tūrio pokyčiai ir šiluminiai efektai (V=0, H=0), vadinami. idealus. Idealaus sprendimo formavimosi varomoji jėga yra sistemos entropijos padidėjimas. Idealus sprendimas yra abstrakti koncepcija. Tikros sistemos gali priartėti tik prie idealių. Arčiausiai idealaus sprendimo modelio yra sistemos, kuriose komponentai yra panašių savybių ir praktiškai nesąveikauja tarpusavyje (pavyzdžiui, tolueno tirpalas benzene). Be galo praskiesti tirpalai, kuriuose sąveika yra sumažinta dėl mažos ištirpusios medžiagos koncentracijos, artėja prie idealių savybių.

4. Tirpumas

Pagal tirpumas suprasti ištirpusios medžiagos koncentraciją sočiame tirpale.

Tirpumas išreiškiamas tais pačiais vienetais kaip ir koncentracija. Dažnai naudojamas tirpumo koeficientas s, kuris lygus ištirpusios medžiagos masei (g) sočiame tirpale, kuriame yra 100 g tirpiklio.

Sočiųjų vadinamas tirpalu, kuris yra pusiausvyroje su tirpios medžiagos pertekliumi (G pH = 0). Sočiųjų tirpalų koncentracija tam tikromis sąlygomis yra didžiausia.

Tirpumas priklauso:

dėl tirpios medžiagos ir tirpiklio pobūdžio;

dėl temperatūros;

nuo slėgio;

nuo trečiųjų komponentų buvimo.

Gamtos įtaka tirpumo komponentai nustatomi pagal principą: panašus ištirpsta į panašų. Poliniai tirpikliai, tokie kaip vanduo, gerai ištirpdo medžiagas su joninėmis jungtimis (neorganines druskas, rūgštis ir bazes). Poliariniai organiniai junginiai, kurie sudaro vandenilinius ryšius su tirpiklių molekulėmis (alkoholiais, karboksirūgštimis, aminais), gerai tirpsta vandenyje. Nepoliniai tirpikliai, tokie kaip angliavandeniliai, tirpdo nepolinius ir mažai polinius junginius (riebalus).

Temperatūros poveikis tirpumas priklauso nuo tirpimo terminio poveikio ir yra nulemtas Le Chatelier principu. Dujų tirpumo padidėjimą palengvina temperatūros sumažėjimas, nes dujų tirpimas yra egzoterminis procesas. Daugumos kietųjų medžiagų ir skysčių tirpumas yra endoterminis procesas ir didėja didėjant temperatūrai.

Slėgio poveikis reikšmingas tik tuo atveju, jei tirpimo metu labai pasikeičia sistemos tūris, kuris stebimas, kai dujos ištirpsta skysčiuose. Dujų tirpumas didėja didėjant slėgiui, nes kartu mažėja sistemos tūris.

Henrio dėsnis:

Tam tikrame skysčio tūryje esant pastoviai temperatūrai ištirpusių dujų kiekis yra tiesiogiai proporcingas dujų slėgiui.

c(X) = K G  p(X)

čia c(X) – molinė dujų koncentracija, mol/l

K g – Henrio konstanta, mol/lPa

p(X) – dujų slėgis virš tirpalo, Pa

Trečiųjų komponentų buvimo įtaka.

Dujų tirpumas skysčiuose žymiai sumažėja esant elektrolitams (druskoms) Šis procesas vadinamas išsūdymas.

Sechenovo įstatymas:

Dujų tirpumas skysčiuose, esant elektrolitams, mažėja.

С(X) = С 0 (X)

čia C(X) – dujų tirpumas esant elektrolitui

С 0 (X) – dujų tirpumas gryname tirpiklyje

K C - Sechenovo konstanta

C e – elektrolitų koncentracija

Henriko ir Sečenovo dėsnių biologinė reikšmė.

Dujų tirpumo kraujyje pokyčiai, keičiantis slėgiui, gali sukelti rimtą ligą. Dekompresinė narų liga yra Henrio dėsnio apraiška. Pagal Sechenovo dėsnį deguonies ir anglies dioksido tirpumas kraujyje priklauso nuo elektrolitų, taip pat baltymų, lipidų ir kitų medžiagų koncentracijos.

5. Vanduo kaip tirpiklis. Sprendimų svarba organizmų gyvenime

Labiausiai paplitęs tirpiklis mūsų planetoje yra vanduo. Gyvūnų ir augalų organizmuose vandens kiekis paprastai yra didesnis nei 50%, o kai kuriais atvejais siekia 90-95%.

Vanduo gerai tirpdo daugelį joninių ir polinių junginių. Ši vandens savybė siejama su didele jo dielektrine konstanta ( = 78,5). Dėl to daugelis joninių junginių disocijuoja ir labai gerai tirpsta vandenyje. Kita gerai vandenyje tirpių medžiagų klasė yra poliniai organiniai junginiai (alkoholiai, aldehidai, ketonai). Jų tirpumas atsiranda dėl vandenilio ryšių su vandens molekulėmis susidarymo.

Taip pat svarbios ir kitos anomalios vandens savybės: didelis paviršiaus įtempis, mažas klampumas, aukšta lydymosi ir virimo temperatūra, didesnis tankis skystoje būsenoje nei kietoje būsenoje.

Dėl didelio poliškumo vanduo sukelia medžiagų (esterių, amidų ir kt.) hidrolizę. Kadangi vanduo yra pagrindinė vidinės organizmo aplinkos dalis, jis užtikrina maisto medžiagų ir medžiagų apykaitos produktų pasisavinimo, judėjimo procesus organizme.

Svarbiausi biologiniai skysčiai – kraujas, limfa, šlapimas, seilės, prakaitas – tai druskų, baltymų, angliavandenių, lipidų tirpalai vandenyje. Biocheminiai procesai gyvuose organizmuose vyksta vandeniniuose tirpaluose.

Skystose organizmo terpėse palaikomas pastovus pH, druskų ir organinių medžiagų koncentracija, pastovus osmosinis slėgis. Ši konsistencija vadinama homeostaze. Pateikti pavyzdžiai rodo, kad sprendimų tyrimas ypač domina gydytojus.