Մենք ամեն օր հանդիպում ենք տարբեր նյութերի լուծույթների։ Բայց դժվար թե մեզանից յուրաքանչյուրը գիտակցի, թե որքան մեծ դեր են խաղում այս համակարգերը: Նրանց վարքագծի մեծ մասն այսօր պարզ է դարձել հազարավոր տարիների մանրամասն ուսումնասիրության արդյունքում: Այս ամբողջ ընթացքում հասարակ մարդուն անհասկանալի բազմաթիվ տերմիններ են ներմուծվել։ Դրանցից մեկը լուծման նորմալությունն է։ Ինչ է դա? Սա կքննարկվի մեր հոդվածում: Եկեք սկսենք սուզվելով դեպի անցյալ։
Հետազոտության պատմություն
Առաջին պայծառ մտքերը, ովքեր սկսեցին ուսումնասիրել լուծումները, այնպիսի հայտնի քիմիկոսներ էին, ինչպիսիք են Արրենիուսը, Վան Հոֆը և Օստվալդը: Իրենց աշխատանքի ազդեցության տակ քիմիկոսների հաջորդ սերունդները սկսեցին խորանալ ջրային և նոսր լուծույթների ուսումնասիրության մեջ։ Իհարկե, նրանք կուտակել են հսկայական գիտելիքներ, բայց առանց ուշադրության են մնացել ոչ ջրային լուծույթները, որոնք, ի դեպ, նույնպես մեծ դեր են խաղում ինչպես արդյունաբերության, այնպես էլ մարդու կյանքի այլ ոլորտներում։
Ոչ ջրային լուծույթների տեսության մեջ շատ անհասկանալիություն կար. Օրինակ, եթե ջրային համակարգերում հաղորդունակության արժեքը մեծանում էր տարանջատման աստիճանի բարձրացմամբ, ապա նմանատիպ համակարգերում, բայց ջրի փոխարեն այլ լուծիչով, դա հակառակն էր։ Փոքր էլեկտրական արժեքներհաղորդունակությունը հաճախ համապատասխանում է տարանջատման բարձր աստիճանի: Անոմալիաները ստիպեցին գիտնականներին ուսումնասիրել քիմիայի այս ոլորտը: Կուտակվեց տվյալների մեծ զանգված, որոնց մշակումը հնարավորություն տվեց գտնել էլեկտրոլիտիկ դիսոցման տեսությունը լրացնող օրինաչափություններ։ Բացի այդ, հնարավոր եղավ ընդլայնել գիտելիքները էլեկտրոլիզի և օրգանական և անօրգանական միացությունների բարդ իոնների բնույթի մասին։
Այնուհետև սկսվեցին ավելի ակտիվ հետազոտություններ կենտրոնացված լուծույթների ոլորտում։ Նման համակարգերը հատկություններով զգալիորեն տարբերվում են նոսրներից, քանի որ լուծված նյութի կոնցենտրացիայի ավելացման հետ մեկտեղ նրա փոխազդեցությունը լուծիչի հետ սկսում է ավելի ու ավելի կարևոր դեր խաղալ: Այս մասին ավելին հաջորդ բաժնում:
Տեսություն
Այս պահին լուծույթում իոնների, մոլեկուլների և ատոմների վարքագծի լավագույն բացատրությունը միայն էլեկտրոլիտիկ դիսոցիացիայի տեսությունն է։ Սվանտե Արրենիուսի կողմից 19-րդ դարում իր ստեղծման օրվանից այն ենթարկվել է որոշ փոփոխությունների։ Հայտնաբերվեցին որոշ օրենքներ (օրինակ՝ Օստվալդի նոսրացման օրենքը), որոնք որոշ չափով չէին տեղավորվում դասական տեսության մեջ։ Սակայն գիտնականների հետագա աշխատանքի շնորհիվ տեսության մեջ փոփոխություններ կատարվեցին, և իր ժամանակակից տեսքով այն դեռ գոյություն ունի և բարձր ճշգրտությամբ նկարագրում է փորձարարական եղանակով ստացված արդյունքները։
Դիսոցացման էլեկտրոլիտիկ տեսության հիմնական էությունն այն է, որ նյութը, երբ լուծարվում է, քայքայվում է իր բաղկացուցիչ իոնների՝ լիցք ունեցող մասնիկների։ Կախված մասերի քայքայվելու (տարանջատվելու) ունակությունից՝ լինում են ուժեղ և թույլէլեկտրոլիտներ. Ուժեղները հակված են լուծույթում ամբողջությամբ տարանջատվել իոնների, իսկ թույլերը՝ շատ փոքր չափով:
Այս մասնիկները, որոնց մեջ տրոհվում է մոլեկուլը, կարող են փոխազդել լուծիչի հետ: Այս երեւույթը կոչվում է լուծում: Բայց դա միշտ չէ, որ տեղի է ունենում, քանի որ դա պայմանավորված է իոնի և լուծիչի մոլեկուլների վրա լիցքի առկայությամբ։ Օրինակ՝ ջրի մոլեկուլը դիպոլ է, այսինքն՝ մի կողմից դրական լիցքավորված մասնիկ, մյուս կողմից՝ բացասական: Իսկ իոնները, որոնց մեջ քայքայվում է էլեկտրոլիտը, նույնպես լիցք ունեն։ Այսպիսով, այս մասնիկները ձգվում են հակառակ լիցքավորված կողմերից: Բայց դա տեղի է ունենում միայն բևեռային լուծիչների դեպքում (այդպիսին է ջուրը): Օրինակ՝ հեքսանում որևէ նյութի լուծույթում լուծույթ չի առաջանա։
Լուծումները ուսումնասիրելու համար շատ հաճախ անհրաժեշտ է իմանալ լուծված նյութի քանակությունը: Երբեմն շատ անհարմար է լինում որոշակի քանակություններ փոխարինել բանաձևերով: Հետեւաբար, կան մի քանի տեսակի կոնցենտրացիաներ, որոնց թվում է լուծույթի նորմալությունը: Այժմ մենք մանրամասն կպատմենք լուծույթում նյութի պարունակությունն արտահայտելու բոլոր եղանակների և այն հաշվելու եղանակների մասին։
լուծույթի խտություն
Քիմիայի մեջ շատ բանաձևեր կան, և դրանցից մի քանիսը կառուցված են այնպես, որ ավելի հարմար է արժեքը վերցնել այս կամ այն ձևով:
Կենտրոնացման արտահայտման առաջին և մեզ առավել ծանոթ ձևը զանգվածային բաժինն է: Շատ պարզ է հաշվարկված։ Պարզապես պետք է լուծվող նյութի զանգվածը բաժանել նրա ընդհանուր զանգվածի վրա։ ԱյսպիսովԱյսպիսով, պատասխանը ստանում ենք մեկի կոտորակներով։ Ստացված թիվը հարյուրով բազմապատկելով՝ պատասխանը ստանում ենք տոկոսով։
Մի փոքր ավելի քիչ հայտնի ձևը ծավալային կոտորակն է: Ամենից հաճախ այն օգտագործվում է ալկոհոլային խմիչքների մեջ ալկոհոլի կոնցենտրացիան արտահայտելու համար։ Այն նաև հաշվարկվում է բավականին պարզ՝ լուծվող նյութի ծավալը բաժանում ենք ամբողջ լուծույթի ծավալի վրա։ Ինչպես նախորդ դեպքում, պատասխանը կարող եք ստանալ տոկոսով։ Պիտակները հաճախ ասում են՝ «40% ծավալ», ինչը նշանակում է՝ 40 ծավալի տոկոս։
Քիմիայում հաճախ օգտագործվում են կոնցենտրացիայի այլ տեսակներ: Բայց մինչ դրանց անցնելը, եկեք խոսենք այն մասին, թե ինչ է նյութի խալը: Նյութի քանակությունը կարող է արտահայտվել տարբեր կերպ՝ զանգված, ծավալ։ Բայց ի վերջո, յուրաքանչյուր նյութի մոլեկուլներն ունեն իրենց քաշը, և նմուշի զանգվածով անհնար է հասկանալ, թե քանի մոլեկուլ կա դրա մեջ, և դա անհրաժեշտ է քիմիական փոխակերպումների քանակական բաղադրիչը հասկանալու համար: Դրա համար ներմուծվել է այնպիսի քանակություն, ինչպիսին է նյութի մոլը։ Փաստորեն, մեկ մոլը որոշակի քանակությամբ մոլեկուլ է՝ 6.021023: Սա կոչվում է Ավոգադրոյի համար: Ամենից հաճախ, այնպիսի միավոր, ինչպիսին է նյութի մոլը, օգտագործվում է ռեակցիայի արտադրանքի քանակությունը հաշվարկելու համար: Այս առումով կա համակենտրոնացման արտահայտման մեկ այլ ձև՝ մոլարություն։ Սա նյութի քանակն է մեկ միավորի ծավալով: Մոլարությունը արտահայտվում է մոլ/լ-ով (կարդացեք՝ մոլեր մեկ լիտրում):
Գոյություն ունի համակարգում նյութի պարունակության արտահայտման շատ նման տեսակ՝ մոլալություն: Այն տարբերվում է մոլարությունից նրանով, որ նյութի քանակությունը որոշում է ոչ թե ծավալի, այլ զանգվածի միավորով։ Եվ արտահայտված աղոթքներովմեկ կիլոգրամի համար (կամ այլ բազմապատիկ, օրինակ՝ մեկ գրամի դիմաց):
Այսպիսով, մենք հասնում ենք վերջին ձևին, որը մենք այժմ կքննարկենք առանձին, քանի որ դրա նկարագրությունը պահանջում է որոշ տեսական տեղեկություններ:
Լուծման նորմալություն
Ինչ է սա: Իսկ ինչո՞վ է այն տարբերվում նախկին արժեքներից։ Նախ պետք է հասկանալ այնպիսի հասկացությունների տարբերությունը, ինչպիսիք են լուծումների նորմալությունը և մոլարությունը: Իրականում դրանք տարբերվում են միայն մեկ արժեքով՝ համարժեք թվով։ Այժմ դուք նույնիսկ կարող եք պատկերացնել, թե որն է լուծման նորմալությունը։ Դա պարզապես փոփոխված մոլարիականություն է: Համարժեք համարը ցույց է տալիս մասնիկների թիվը, որոնք կարող են փոխազդել մեկ մոլ ջրածնի իոնների կամ հիդրօքսիդի իոնների հետ։
Ծանոթացանք, թե որն է լուծման նորմալությունը. Բայց, ի վերջո, արժե ավելի խորանալ, և մենք կտեսնենք, թե որքան պարզ է համակենտրոնացման այս, առաջին հայացքից, բարդ ձևը: Այսպիսով, եկեք ավելի սերտ նայենք, թե որն է լուծման նորմալությունը:
Բանաձև
Բանավոր նկարագրությունից բավականին հեշտ է բանաձև պատկերացնել: Այն կունենա հետևյալ տեսքը՝ Cn=zn/N: Այստեղ z-ը համարժեքության գործակիցն է, n-ը նյութի քանակն է, V-ը՝ լուծույթի ծավալը։ Առաջին արժեքը ամենահետաքրքիրն է։ Այն պարզապես ցույց է տալիս նյութի համարժեքը, այսինքն՝ իրական կամ երևակայական մասնիկների թիվը, որոնք կարող են արձագանքել մեկ այլ նյութի նվազագույն մասնիկի հետ: Սրանով, ըստ էության, որակապես տարբերվում է լուծման նորմալությունը, որի բանաձևը ներկայացվեց վերևում.մոլարությունից։
Եվ հիմա անցնենք մեկ այլ կարևոր մասի՝ ինչպես որոշել լուծման նորմալությունը։ Սա, անկասկած, կարևոր հարց է, ուստի արժե դրա ուսումնասիրությանը մոտենալ վերը ներկայացված հավասարման մեջ նշված յուրաքանչյուր արժեքի ըմբռնմամբ:
Ինչպե՞ս գտնել լուծման նորմալությունը:
Բանաձևը, որը մենք քննարկեցինք վերևում, զուտ կիրառական է: Դրանում տրված բոլոր արժեքները գործնականում հեշտությամբ հաշվարկվում են: Իրականում շատ հեշտ է հաշվարկել լուծույթի նորմալությունը՝ իմանալով որոշ քանակություններ՝ լուծվող նյութի զանգվածը, դրա բանաձևը և լուծույթի ծավալը։ Քանի որ մենք գիտենք նյութի մոլեկուլների բանաձևը, կարող ենք գտնել նրա մոլեկուլային քաշը: Լուծված նյութի նմուշի զանգվածի հարաբերությունը նրա մոլային զանգվածին հավասար կլինի նյութի մոլերի թվին: Եվ իմանալով ամբողջ լուծույթի ծավալը՝ մենք կարող ենք վստահաբար ասել, թե որն է մեր մոլային կոնցենտրացիան։
Հաջորդ գործողությունը, որը մենք պետք է կատարենք լուծման նորմալությունը հաշվարկելու համար, համարժեքության գործակիցը գտնելու գործողությունն է։ Դա անելու համար մենք պետք է հասկանանք, թե տարանջատման արդյունքում քանի մասնիկ է գոյանում, որոնք կարող են կցել պրոտոններ կամ հիդրօքսիլ իոններ։ Օրինակ՝ ծծմբաթթվի մեջ համարժեքության գործակիցը 2 է, և, հետևաբար, լուծույթի նորմալությունն այս դեպքում հաշվարկվում է պարզապես նրա մոլարությունը 2-ով բազմապատկելով։
։
Դիմում
Քիմիական վերլուծության մեջ հաճախ պետք է հաշվարկել լուծույթների նորմալությունը և մոլարությունը: Սա շատ հարմար էնյութերի մոլեկուլային բանաձևերի հաշվարկ.
Էլ ի՞նչ կարդալ
Ավելի լավ հասկանալու համար, թե որն է լուծույթի նորմալությունը, ավելի լավ է բացել ընդհանուր քիմիայի դասագիրք: Իսկ եթե արդեն գիտեք այս ամբողջ տեղեկատվությունը, ապա պետք է դիմեք քիմիական մասնագիտությունների ուսանողների համար նախատեսված անալիտիկ քիմիայի դասագրքին։
Եզրակացություն
Հոդվածի շնորհիվ, կարծում ենք, հասկացաք, որ լուծույթի նորմալությունը նյութի կոնցենտրացիան արտահայտելու ձև է, որն օգտագործվում է հիմնականում քիմիական անալիզի ժամանակ։ Եվ հիմա ոչ մեկի համար գաղտնիք չէ, թե ինչպես է այն հաշվարկվում։
