Քիմիան հետաքրքիր և բավականին բարդ գիտություն է։ Դրա տերմիններն ու հասկացությունները մեզ հանդիպում են առօրյա կյանքում, և միշտ չէ, որ ինտուիտիվ պարզ է, թե դրանք ինչ են նշանակում և ինչ նշանակություն ունեն: Այս հասկացություններից մեկը լուծելիությունն է: Այս տերմինը լայնորեն կիրառվում է լուծումների տեսության մեջ, և առօրյա կյանքում մենք հանդիպում ենք դրա օգտագործմանը, քանի որ շրջապատված ենք նույն լուծումներով։ Բայց կարևոր է ոչ այնքան այս հայեցակարգի օգտագործումը, որքան այն ֆիզիկական երևույթները, որոնք այն նշանակում է: Բայց նախքան մեր պատմության հիմնական մասին անցնելը, եկեք արագ անցնենք տասնիններորդ դարին, երբ Սվանտե Արրենիուսը և Վիլհելմ Օստվալդը ձևակերպեցին էլեկտրոլիտիկ դիսոցիացիայի տեսությունը:
:
Պատմություն
Լուծումների և լուծելիության ուսումնասիրությունը սկսվում է դիսոցման ֆիզիկական տեսությունից: Դա ամենահեշտը հասկանալն է, բայց չափազանց պարզունակ և միայն որոշ պահերի է համընկնում իրականության հետ։ Այս տեսության էությունն այն է, որ լուծված նյութը, մտնելով լուծույթի մեջ, քայքայվում է լիցքավորված մասնիկների՝ իոնների: Հենց այս մասնիկներն են որոշում լուծույթի քիմիական հատկությունները և նրա որոշ ֆիզիկական բնութագրերը, ներառյալ հաղորդունակությունը և եռման կետը, հալման և բյուրեղացման կետը:
Բայց կան ավելինբարդ տեսություններ, որոնք լուծումը համարում են համակարգ, որտեղ մասնիկները փոխազդում են միմյանց հետ և ձևավորում են այսպես կոչված սոլվատներ՝ դիպոլներով շրջապատված իոններ։ Դիպոլը, ընդհանուր առմամբ, չեզոք մոլեկուլ է, որի բևեռները հակառակ լիցքավորված են։ Դիպոլը ամենից հաճախ լուծիչի մոլեկուլ է: Մտնելով լուծույթի մեջ՝ լուծված նյութը քայքայվում է իոնների, և դիպոլները դեպի մի իոն ձգվում են իրենց նկատմամբ հակառակ լիցքավորված ծայրով, իսկ մյուս իոններին՝ համապատասխանաբար հակառակ լիցքավորված ծայրով։ Այսպիսով, ստացվում են սոլվատներ՝ այլ չեզոք մոլեկուլների թաղանթով մոլեկուլներ։
Այժմ եկեք մի փոքր խոսենք հենց տեսությունների էության մասին և ավելի մոտիկից նայենք դրանց:
Լուծումների տեսություններ
Նման մասնիկների առաջացումը կարող է բացատրել բազմաթիվ երևույթներ, որոնք հնարավոր չէ նկարագրել լուծումների դասական տեսության միջոցով: Օրինակ՝ տարրալուծման ռեակցիայի ջերմային ազդեցությունը։ Արենիուսի տեսության տեսանկյունից դժվար է ասել, թե ինչու, երբ մի նյութ լուծվում է մյուսի մեջ, ջերմությունը կարող է կլանվել և ազատվել: Այո, բյուրեղային ցանցը քայքայվում է, և հետևաբար էներգիան կամ ծախսվում է, և լուծումը սառչում է, կամ ազատվում է քայքայման ժամանակ քիմիական կապերի ավելցուկային էներգիայի պատճառով: Բայց պարզվում է, որ դա անհնար է բացատրել դասական տեսության տեսանկյունից, քանի որ ոչնչացման մեխանիզմն ինքնին մնում է անհասկանալի։ Իսկ եթե կիրառենք լուծույթների քիմիական տեսությունը, ապա պարզ է դառնում, որ լուծիչի մոլեկուլները, խրվելով ցանցի դատարկությունների մեջ, ոչնչացնում են այն ներսից՝ ասես «փակելով».իոններ միմյանցից լուծողական թաղանթով:
Հաջորդ բաժնում մենք կանդրադառնանք, թե ինչ է լուծելիությունը և այն ամենը, ինչ կապված է այս թվացյալ պարզ և ինտուիտիվ թվացող քանակի հետ:
Լուծելիության հայեցակարգ
Զուտ ինտուիտիվ է, որ լուծելիությունը ցույց է տալիս, թե որքան լավ է նյութը լուծվում տվյալ լուծիչում: Այնուամենայնիվ, մենք սովորաբար շատ քիչ բան գիտենք նյութերի տարրալուծման բնույթի մասին: Ինչո՞ւ, օրինակ, կավիճը ջրի մեջ չի լուծվում, իսկ կերակրի աղը՝ հակառակը։ Ամեն ինչ կապված է մոլեկուլի ներսում գտնվող կապերի ամրության հետ: Եթե կապերը ամուր են, ապա դրա պատճառով այդ մասնիկները չեն կարող տարանջատվել իոնների՝ դրանով իսկ ոչնչացնելով բյուրեղը: Հետևաբար, այն մնում է անլուծելի։
Լուծելիությունը քանակական բնութագիր է, որը ցույց է տալիս, թե լուծվող նյութի որ մասնաբաժինը ունի լուծված մասնիկների տեսքով: Դրա արժեքը կախված է լուծվող նյութի և լուծիչի բնույթից: Տարբեր նյութերի համար ջրի լուծելիությունը տարբեր է՝ կախված մոլեկուլում ատոմների միջև եղած կապերից։ Կովալենտային կապերով նյութերն ունեն ամենացածր լուծելիությունը, իսկ իոնային կապերը՝ ամենաբարձրը։
Բայց միշտ չէ, որ հնարավոր է հասկանալ, թե որն է լուծելիությունը մեծ և որը փոքր: Հետևաբար, հաջորդ բաժնում մենք կքննարկենք, թե որն է տարբեր նյութերի լուծելիությունը ջրում։
Համեմատություն
Բնության մեջ կան շատ հեղուկ լուծիչներ։ Կան նույնիսկ ավելի շատ այլընտրանքային նյութեր, որոնք կարող են ծառայել որպես վերջին, երբ որոշակի պայմաններ ձեռք բերվեն, օրինակ, որոշակիհամախառն վիճակ. Պարզ է դառնում, որ եթե դուք հավաքեք տվյալներ միմյանց մեջ լուծելիության մասին յուրաքանչյուր զույգ «լուծվող նյութ - լուծիչ», ապա դա բավարար չի լինի հավերժության համար, քանի որ համակցությունները հսկայական են։ Հետևաբար, այնպես ստացվեց, որ մեր մոլորակի վրա ջուրը համընդհանուր լուծիչ և ստանդարտ է: Նրանք դա արեցին, քանի որ այն ամենատարածվածն է Երկրի վրա:
Այսպիսով, կազմվել է ջրում լուծելիության աղյուսակ հարյուրավոր և հազարավոր նյութերի համար: Բոլորս էլ տեսել ենք, բայց ավելի կարճ ու հասկանալի տարբերակով։ Աղյուսակի բջիջները պարունակում են տառեր, որոնք նշանակում են լուծվող նյութ՝ չլուծվող կամ թեթևակի լուծելի: Բայց կան ավելի բարձր մասնագիտացված աղյուսակներ նրանց համար, ովքեր լրջորեն տիրապետում են քիմիայի: Այն ցույց է տալիս լուծելիության ճշգրիտ թվային արժեքը գրամներով մեկ լիտր լուծույթի համար:
Այժմ անդրադառնանք այնպիսի բանի տեսությանը, ինչպիսին է լուծելիությունը:
Լուծելիության քիմիա
Ինչպես է տեղի ունենում լուծարման գործընթացը, մենք արդեն վերլուծել ենք նախորդ բաժիններում: Բայց ինչպե՞ս, օրինակ, այդ ամենը գրի առնել որպես ռեակցիա։ Այստեղ ամեն ինչ այնքան էլ պարզ չէ. Օրինակ, երբ թթուն լուծվում է, ջրածնի իոնը փոխազդում է ջրի հետ՝ առաջացնելով հիդրոնիումի իոն H3O+: Այսպիսով, HCl-ի համար ռեակցիայի հավասարումը կունենա հետևյալ տեսքը՝
HCl + H2O =H3O+ + Cl-
Աղերի լուծելիությունը, կախված դրանց կառուցվածքից, որոշվում է նաև դրա քիմիական ռեակցիայով։ Վերջինիս տեսակը կախված է աղի կառուցվածքից ևկապեր նրա մոլեկուլների ներսում։
Մենք պարզեցինք, թե ինչպես գրաֆիկորեն գրանցել ջրի մեջ աղերի լուծելիությունը: Այժմ գործնական կիրառման ժամանակն է։
Դիմում
Եթե թվարկեք այն դեպքերը, երբ այս արժեքը պետք է, նույնիսկ մեկ դարը բավարար չէ։ Անուղղակիորեն, օգտագործելով այն, դուք կարող եք հաշվարկել այլ մեծություններ, որոնք շատ կարևոր են ցանկացած լուծման ուսումնասիրության համար: Առանց դրա մենք չէինք կարողանա իմանալ նյութի ճշգրիտ կոնցենտրացիան, նրա ակտիվությունը, մենք չէինք կարողանա գնահատել՝ դեղամիջոցը կբուժի մարդուն, թե կսպանի (ի վերջո, նույնիսկ ջուրը մեծ քանակությամբ վտանգավոր է կյանքի համար):.
Քիմիական արդյունաբերությունից և գիտական նպատակներից բացի, լուծելիության էությունը հասկանալը անհրաժեշտ է նաև առօրյա կյանքում: Իսկապես, երբեմն պահանջվում է պատրաստել, ասենք, նյութի գերհագեցած լուծույթ։ Օրինակ, սա անհրաժեշտ է երեխայի տնային աշխատանքի համար աղի բյուրեղներ ստանալու համար: Իմանալով ջրի մեջ աղի լուծելիությունը՝ մենք հեշտությամբ կարող ենք որոշել, թե որքան է անհրաժեշտ այն լցնել անոթի մեջ, որպեսզի այն սկսի նստել և բյուրեղներ առաջացնել ավելցուկից։
Քիմիայի մեջ մեր հակիրճ էքսկուրսիան ավարտելը, եկեք խոսենք լուծելիության հետ կապված մի քանի հասկացությունների մասին:
Էլ ի՞նչն է հետաքրքիր։
Մեր կարծիքով, եթե հասել եք այս հատվածին, հավանաբար արդեն հասկացել եք, որ լուծելիությունը պարզապես տարօրինակ քիմիական քանակություն չէ: Այն հիմք է հանդիսանում այլ քանակությունների համար։ Եվ դրանց թվում՝ համակենտրոնացում, ակտիվություն, դիսոցման հաստատուն, pH: Եվ սա ամբողջական ցանկ չէ։ Դուք պետք է լսած լինեք առնվազն մեկըայս խոսքերից. Առանց լուծույթների բնույթի մասին այս գիտելիքների, որոնց ուսումնասիրությունը սկսվել է լուծելիությամբ, մենք այլևս չենք կարող պատկերացնել ժամանակակից քիմիան և ֆիզիկան: Ի՞նչ է այստեղ ֆիզիկան: Երբեմն ֆիզիկոսները զբաղվում են նաև լուծումներով, չափում են դրանց հաղորդունակությունը և օգտագործում դրանց մյուս հատկությունները իրենց կարիքների համար:
Եզրակացություն
Այս հոդվածում մենք ծանոթացանք այնպիսի քիմիական հասկացության, ինչպիսին է լուծելիությունը։ Սա, հավանաբար, բավականին օգտակար տեղեկատվություն էր, քանի որ մեզանից շատերը դժվար թե հասկանան լուծումների տեսության խորը էությունը՝ առանց դրա մանրամասն ուսումնասիրության մեջ խորանալու ցանկության: Ամեն դեպքում, շատ օգտակար է ուղեղդ մարզել՝ նոր բան սովորելով։ Չէ՞ որ մարդն իր ամբողջ կյանքում պետք է «սովորի, սովորի և նորից սովորի»։
