1.2 جهت های اصلی در توسعه تئوری راه حل ها

نظریه فیزیکی راه حل ها. توسعه دیدگاه ها در مورد ماهیت محلول ها از زمان های قدیم با سیر کلی توسعه علم و تولید و همچنین با ایده های فلسفی در مورد علل میل شیمیایی بین مواد مختلف همراه بوده است. در هفدهم و در نیمه اول قرن هجدهم. تئوری جسمی راه حل ها در حوزه علوم طبیعی و فلسفه رایج شده است. در این نظریه، فرآیند انحلال به عنوان یک فرآیند مکانیکی در نظر گرفته می‌شود، زمانی که ذرات حلال وارد منافذ اجسام شده و ذرات ماده محلول را که منافذ حلال را اشغال می‌کنند، جدا می‌کنند و یک محلول واحد را تشکیل می‌دهند. چنین ایده هایی در ابتدا به طور رضایت بخشی این واقعیت را توضیح می دهند که یک حلال معین می تواند نه همه مواد، بلکه فقط برخی از آنها را حل کند.

در آغاز قرن نوزدهم پیش نیازهایی برای توسعه یک نظریه فیزیکی راه حل ها ایجاد می شود که تعمیم تعدادی از مطالعات بود. تئوری فیزیکی محلول‌ها، که عمدتاً بر اساس کارهای J. Van't Hoff، S. Arrhenius و W. Ostwald بوجود آمد، بر اساس یک مطالعه تجربی از خواص محلول‌های رقیق (فشار اسمزی، افزایش در نقطه جوش، کاهش نقطه انجماد یک محلول، کاهش فشار بخار روی یک محلول) که عمدتاً به غلظت املاح بستگی دارد و نه به ماهیت آن. اسمز عبارت است از نفوذ خود به خود یک حلال به محلولی که توسط یک پارتیشن نیمه تراوا از آن جدا می شود که حلال می تواند از طریق آن وارد شود، املاح نمی تواند عبور کند.

محلول و حلال جدا شده توسط یک پارتیشن نیمه تراوا را می توان به عنوان دو فاز در نظر گرفت. تعادل حلال در دو طرف پارتیشن با برابری پتانسیل شیمیایی آن در محلول (که فشار اضافی به آن اعمال می شود) و پتانسیل شیمیایی یک حلال خالص بیان می شود.

قوانین کمی (van't Hoff، Raoult) در ادامه تفسیر شد که در محلول های رقیق، مولکول های املاح شبیه مولکول های یک گاز ایده آل هستند. انحراف از این قوانین، مشاهده شده برای محلول های الکترولیت، بر اساس تئوری تفکیک الکترولیتی توسط S. Arrhenius توضیح داده شد.

قیاس بین محلول های بسیار رقیق و گازها برای بسیاری از دانشمندان چنان قانع کننده به نظر می رسید که آنها شروع به در نظر گرفتن فرآیند انحلال به عنوان یک عمل فیزیکی کردند. از دیدگاه این دانشمندان، حلال تنها محیطی است که ذرات املاح می توانند در آن نفوذ کنند. سادگی نمایش‌های نظریه فیزیکی راه‌حل‌ها و کاربرد موفقیت‌آمیز آن برای توضیح بسیاری از خواص راه‌حل‌ها، موفقیت سریع این نظریه را تضمین کرد.

تئوری شیمیایی محلول ها. DI. مندلیف و پیروانش فرآیند تشکیل محلول را نوعی فرآیند شیمیایی می دانستند که با برهمکنش بین ذرات اجزا مشخص می شود. DI. مندلیف محلول‌ها را سیستم‌هایی می‌دانست که از ذرات یک حلال، یک املاح و ترکیبات شیمیایی ناپایدار تشکیل شده‌اند که بین آنها تشکیل می‌شوند و در حالت تفکیک جزئی هستند. DI. مندلیف با اشاره به اینکه فرآیندهایی که در یک محلول اتفاق می‌افتند ماهیتی پویا دارند و نیاز به استفاده از کل اطلاعات فیزیکی و شیمیایی در مورد خواص ذرات تشکیل‌دهنده محلول، تاکید کرد که همه اجزای محلول برابر و بدون در نظر گرفتن آن هستند. با در نظر گرفتن خصوصیات و حالات هر یک از آنها، ارائه یک سیستم خصوصیات کامل به عنوان یک کل غیرممکن است. این دانشمند به مطالعه خواص محلول ها به عنوان تابعی از دما، فشار، غلظت اهمیت زیادی می داد. او اولین کسی بود که ایده نیاز به مطالعه خواص محلول ها در حلال های مخلوط را بیان کرد. توسعه آموزه های D.I. مندلیف، حامیان دیدگاه شیمیایی ماهیت محلول ها خاطرنشان کردند که ذرات ماده محلول در خلاء حرکت نمی کنند، بلکه در فضای اشغال شده توسط ذرات حلال، که با آن برهم کنش می کنند، ترکیبات پیچیده ای را تشکیل می دهند. ثبات. توسعه نظریه D.I. مندلیف نظریه چندوجهی تشکیل محلول ها است که بر اساس آن گروه های فضایی ابتدایی - چند وجهی در یک مایع از مولکول های همگن و ناهمگن ایجاد می شوند. با این حال، نظریه شیمیایی نمی تواند مکانیسم تشکیل محلول های ایده آل، انحراف در خواص محلول های واقعی از خواص محلول های ایده آل را توضیح دهد.

توسعه تئوری شیمیایی محلول ها در چندین جهت پیش رفت که با یک ایده واحد از تعامل یک حلال با یک املاح متحد شد. این مطالعات مربوط به یافتن ترکیبات خاصی در محلول بر اساس مطالعه نمودارهای ویژگی ترکیب، مطالعه فشار بخار روی محلول ها، توزیع مواد بین دو حلال و مطالعه ترموشیمی محلول ها بود. کار بر روی تعیین ترکیبات در محلول ها با مشکلات زیادی همراه بود، زیرا اثبات وجود ترکیبات پیچیده (هیدرات ها) در محلول های آبی با آزمایش مستقیم غیرممکن بود، زیرا آنها در حالت تفکیک هستند، و تلاش برای جداسازی آنها از محلول ها به شکل تجزیه نشده با شکست مواجه شدند. مطالعات ترمودینامیکی برای تایید تئوری شیمیایی محلول ها اهمیت زیادی داشت. در بسیاری از سیستم ها، نشان داده شد که در طول تشکیل یک محلول، خنک سازی یا گرمایش سیستم مشاهده می شود که با برهمکنش شیمیایی بین اجزا توضیح داده شد. ماهیت شیمیایی فرآیند انحلال هم با مطالعات فشار بخار روی محلول و هم با مطالعه توزیع مواد بین دو حلال تأیید شد.

با آغاز قرن بیستم مواد تجربی گسترده‌ای انباشته شده است که نشان می‌دهد محلول‌ها سیستم‌های پیچیده‌ای هستند که در آن‌ها پدیده تداعی، تفکیک، تشکیل مجتمع مشاهده می‌شود و در مطالعه آنها لازم است همه انواع برهمکنش بین ذرات موجود و تشکیل‌شده در یک محلول در نظر گرفته شود.

با توجه به تنوع زیاد محلول ها، از هر دو نظریه فیزیکی و شیمیایی محلول ها برای توضیح ماهیت و خواص آنها استفاده می شود.

جذب در شیمی

مفاهیم علوم طبیعی مدرن (جزء شیمیایی)

قوانین اساسی شیمی و محاسبات استوکیومتری

مطالعه کمی (بر حسب جرم یا حجم) بسیاری از واکنش ها و توضیح نتایج تجربی منجر به قوانین استوکیومتری می شود. کمیت فیزیکی اصلی در شیمی مقدار یک ماده است. از اول ژانویه 1963 ...

قوانین اساسی فیزیکوشیمیایی به دست آوردن فیلم از محلول های پلیمری

پلیمرها در محلول ها، به ویژه محلول های غلیظ، ساختارهایی را تشکیل می دهند که شکل و اندازه آنها هم به ماهیت برهمکنش پلیمر با حلال و هم به شرایطی که محلول در آن قرار دارد (دما ...

محتوای رنگدانه بهینه در پوشش‌های مبتنی بر لاک الکیدی PF-060 را جستجو کنید

تحقیقات انجام شده در بخش "فناوری شیمیایی لاک ها، رنگ ها و پوشش ها"، که هدف آن جستجو برای رنگدانه های ضد خوردگی موثر جدید و کم سمی است.

تولید بیوگاز

محتوای زیاد متان در بیوگاز و در نتیجه ارزش حرارتی بالا، فرصت های زیادی را برای استفاده از بیوگاز فراهم می کند.

به دست آوردن دی متیل اتر با آبگیری متانول بر روی کاتالیزورهای AlPO4 + SiO2

در صنایع شیمیایی، هیدروژن عمدتاً برای سنتز متانول و آمونیاک استفاده می شود. بقیه هیدروژن این صنعت در سایر صنایع شیمیایی استفاده می شود: به عنوان مثال...

به دست آوردن دی متیل اتر با آبگیری متانول بر روی کاتالیزورهای AlPO4 + SiO2

بزرگ‌ترین فرآیندها برای استفاده از مونوکسید کربن عبارتند از هیدروفرماسیون الفین‌ها، کربونیلاسیون متانول برای تولید اسید استیک، سنتز اسیدهای کربوکسیلیک غیراشباع و شاخه‌دار...

به دست آوردن دی متیل اتر با آبگیری متانول بر روی کاتالیزورهای AlPO4 + SiO2

دی متیل اتر در حال حاضر عمدتا به عنوان پرکننده قوطی آئروسل سازگار با محیط زیست استفاده می شود.

نقش مندلیف در توسعه علم جهان

DI. مندلیف نوشت که نام او را چهار موضوع تشکیل داده است: سه اکتشاف علمی (قانون تناوبی، نظریه شیمیایی محلول ها و مطالعه الاستیسیته گاز)، و همچنین "مبانی شیمی" - یک کتاب درسی-مونوگرافی، که شاید برابر باشد...

تئوری ها و ترمودینامیک تشکیل محلول های پلیمری

هنگام بررسی نظریه ها، تأکید بر محاسبات ریاضی نخواهد بود، بلکه تنها بر نکات اصلی تأکید می شود: مفروضات و پارامترهای اصلی، نوع معادلات کلیدی، مزایا و معایب نظریه ها. از کل آرایه ...

مبانی فیزیکی و شیمیایی فرآیند کروماتوگرافی

وظیفه نظریه کروماتوگرافی ایجاد قوانین حرکت و تار شدن مناطق کروماتوگرافی است. عوامل اصلی طبقه بندی نظریه های کروماتوگرافی ...

ویژگی های فرآیند جذب

هیچ نظریه واحدی وجود ندارد که به اندازه کافی همه انواع جذب را در سطح مشترک فازهای مختلف توصیف کند. بنابراین اجازه دهید برخی از رایج ترین نظریه های جذب را در نظر بگیریم...

شیمی ترکیبات پیچیده عناصر زیرگروه کروم

همانطور که توسعه شیمی توسط نظریه فلوژیستون و توسعه شیمی آلی با مفهوم "نیروی حیات" به تاخیر افتاد...

راه حل ها

یکی از اجزاء لزوماً حلال است، اجزای باقی مانده املاح هستند.

حلال ماده ای است که در حالت خالص خود همان حالت محلول را دارد. اگر چندین جزء از این قبیل وجود داشته باشد، حلال همان حلالی است که محتوای آن در محلول بیشتر است.

راه حل ها عبارتند از:

1. مایع (محلول NaCl در آب، محلول I 2 در الکل).

2. گازی (مخلوط گازها، به عنوان مثال: هوا - 21٪ O 2 + 78٪ N 2 + 1٪ گازهای دیگر).

3. جامد (آلیاژهای فلزی، به عنوان مثال: Cu + N، Au + Ag).

محلول های مایع رایج ترین هستند. آنها از یک حلال (مایع) و املاح (گاز، مایع، جامد) تشکیل شده اند.

محلول های مایع

چنین راه حل هایی می تواند باشد آبزی و غیر آبی.

آبزی

غیر آبی

برای مدت طولانی، دو دیدگاه در مورد ماهیت انحلال وجود داشت: فیزیکی و شیمیایی. بر اساس اولی، محلول ها به عنوان مخلوط های مکانیکی، بر اساس دوم، به عنوان ترکیبات شیمیایی ناپایدار مولکول های حل شونده و حلال در نظر گرفته می شوند. آخرین دیدگاه توسط D.I. مندلیف در سال 1887 و در حال حاضر به رسمیت شناخته شده جهانی است.

مفاد اساسی تئوری شیمیایی محلول ها، ایجاد شده توسط مندلیف، به موارد زیر کاهش می یابد:

1. تشکیل و وجود محلول به دلیل فعل و انفعالات بین همه ذرات است، چه آنهایی که قبلا وجود داشته اند و چه آنهایی که در هنگام انحلال تشکیل شده اند.

2. محلول یک سیستم دینامیکی است که در آن ترکیبات در حال تجزیه مطابق با قانون عمل جرم در تعادل متحرک با محصولات فروپاشی قرار دارند.

هنگامی که یک ماده حل می شود، دو فرآیند مرتبط با تغییرات در انرژی سیستم "ماده - حلال" رخ می دهد:

1) تخریب ساختار ماده محلول (در این حالت انرژی خاصی صرف می شود) - واکنش گرماگیر است.

2) برهمکنش حلال با ذرات املاح (گرما آزاد می شود) - واکنش گرمازا است.

بسته به نسبت این اثرات حرارتی، فرآیند انحلال ماده می تواند گرمازا باشد (∆H< O) или эндотермическим (∆H >O).

گرمای محلول ∆H مقدار گرمای آزاد یا جذب شده هنگام حل شدن 1 مول از یک ماده است.

گرمای انحلال برای مواد مختلف متفاوت است. بنابراین، هنگامی که هیدروکسید پتاسیم یا اسید سولفوریک در آب حل می شود، دما به طور قابل توجهی افزایش می یابد (∆H< O), а при растворении нитратов калия или аммония резко снижается (∆H >O).

آزاد شدن یا جذب گرما در حین انحلال نشانه یک واکنش شیمیایی است. در نتیجه برهمکنش یک املاح با یک حلال ترکیباتی به وجود می آید که به آنها می گویند. حل شده ها (یا هیدرات می کنداگر حلال آب باشد). بسیاری از ترکیبات از این نوع شکننده هستند، اما در برخی موارد ترکیبات قوی تشکیل می شود که با کریستالیزاسیون به راحتی از محلول جدا می شوند.

در این حالت مواد کریستالی حاوی مولکول های آب می ریزند که به آنها می گویند هیدرات های کریستالی(به عنوان مثال: سولفات مس CuSO 4 * 5 H 2 O - هیدرات کریستالی)؛ آب که بخشی از هیدرات های کریستالی است، آب کریستالیزاسیون نامیده می شود.

مفهوم هیدراتاسیون (اتصال یک ماده با آب) توسط دانشمند روسی I.A. مطرح و توسعه داده شد. کابلوکف و V.A. کیستیاکوفسکی بر اساس این ایده ها، دیدگاه های شیمیایی و فیزیکی در مورد محلول ها متحد شد.

به این ترتیب، انحلال راه حل ها- سیستم های فیزیکی و شیمیایی

1. راه حل ها- سیستم های همگن (همگن) با ترکیب متغیر که شامل دو یا چند جزء و محصولات متقابل آنها است.

2. محلول ها از یک حلال و یک املاح تشکیل شده اند.

3. راه حل ها عبارتند از:

الف) مایع (محلول NaCl در آب، محلول I 2 در الکل).

ب) گازی (مخلوط گازها، به عنوان مثال: هوا - 21٪ O 2 + 78٪ N 2 + 1٪ گازهای دیگر).

ج) جامد (آلیاژهای فلزی، به عنوان مثال: Cu + N، Au + Ag).

محلول های مایع
ماده مایع + گاز (محلول O 2 در آب)	مایع + ماده مایع (محلول H 2 SO 4 در آب)	مایع + جامد (محلول شکر در آب)

چنین راه حل هایی می تواند باشد آبزی و غیر آبی.

5. آبمحلول هایی که حلال آنها آب است.

6. غیر آبی- محلول هایی که در آنها حلال ها مایعات دیگری هستند (بنزن، الکل، اتر و غیره)

7. مفاد اصلی نظریه محلولهای شیمیایی:

1. تشکیل و وجود محلول به دلیل فعل و انفعالات بین همه ذرات است، چه آنهایی که قبلا وجود داشته اند و چه آنهایی که در هنگام انحلال تشکیل شده اند.

2. محلول یک سیستم پویا است که در آن ترکیبات در حال پوسیدگی در تعادل متحرک با محصولات فروپاشی قرار دارند. طبق قانون عمل جمعی

8. هنگامی که یک ماده حل می شود، دو فرآیند مرتبط با تغییرات در انرژی سیستم "ماده - حلال" رخ می دهد:

1. تخریب ساختار ماده محلول (در این حالت انرژی معینی صرف می شود) - واکنش گرماگیر است.

2. برهمکنش حلال با ذرات ماده محلول (گرما آزاد می شود) - واکنش گرمازا است.

9. آزاد شدن یا جذب گرما در حین انحلال، نشانه یک واکنش شیمیایی است.

10. در اثر برهمکنش یک املاح با یک حلال، ترکیباتی به وجود می آید که به آنها گفته می شود. حل شده ها (یا هیدرات می کنداگر حلال آب باشد)

11. مواد کریستالی حاوی مولکول های آب در ترکیب خود نامیده می شوند هیدرات های کریستالی(به عنوان مثال: سولفات مس CuSO 4 * 5 H 2 O - هیدرات کریستالی)؛ آب که بخشی از هیدرات های کریستالی است را کریستالیزاسیون می گویند

12. انحلالنه تنها یک فرآیند فیزیکی، بلکه یک فرآیند شیمیایی است و راه حل ها- سیستم های فیزیکی و شیمیایی

انواع راه حل ها (دانستن).

انحلال یک فرآیند برگشت پذیر است:

با توجه به نسبت غلبه تعداد ذرات وارد شده به محلول و حذف از محلول، محلول ها متمایز می شوند. ثروتمند, غیر اشباعو بیش از حد اشباع شده.

از طرف دیگر، با توجه به مقادیر نسبی املاح و حلال، محلول ها به دو دسته تقسیم می شوند رقیق شده متمرکز شده است

محلولی که در آن یک ماده معین در دمای معین دیگر حل نمی شود، یعنی. محلول در حالت تعادل با املاح نامیده می شود ثروتمند غیر اشباع. که در بیش از حد اشباع شده انحلال پذیری اندازه گرفتنحلالیت یا ضریبحلالیت یک ماده در دمای معین به تعداد گرم آن است که در 100 گرم آب حل می شود.

از نظر حلالیت در آب، جامدات به طور معمول به 3 گروه تقسیم می شوند:

1. موادی که در آب بسیار محلول هستند (10 گرم از یک ماده در 100.0 آب. مثلاً 200 گرم شکر در 1 لیتر آب حل می شود).

2. موادی که کمی در آب محلول هستند (از 0.01 تا 10 گرم از یک ماده در 100 گرم آب. به عنوان مثال: گچ CaSO 4 2.0 در 1 لیتر حل می شود).

3. موادی که عملاً در آب نامحلول هستند (0.01 گرم در 100.0 آب. مثلاً AgCl - 1.5 * 10 -3 گرم در 1 لیتر آب حل می شود).

حلالیت یک ماده به ماهیت حلال، به ماهیت املاح، دما، فشار (برای گازها) بستگی دارد.

حلالیت گازها با افزایش دما کاهش می یابد و با افزایش فشار افزایش می یابد.

وابستگی حلالیت جامدات به دما توسط منحنی حلالیت نشان داده می شود.

حلالیت بسیاری از مواد جامد با افزایش دما افزایش می یابد.

منحنی حلالیت را می توان برای تعیین موارد زیر استفاده کرد:

1. ضریب حلالیت مواد در دماهای مختلف.

2. جرم املاح که با سرد شدن محلول از t 1 0 C تا t 2 0 C رسوب می کند.

فرآیند جداسازی یک ماده با تبخیر یا سرد کردن محلول اشباع آن را می گویند تبلور مجدد. از تبلور مجدد برای خالص سازی مواد استفاده می شود.

متأسفانه، تاکنون هیچ نظریه ای وجود ندارد که به ما اجازه دهد نتایج مطالعات فردی را ترکیب کنیم و قوانین کلی حلالیت را استخراج کنیم. این وضعیت عمدتاً به دلیل این واقعیت است که حلالیت مواد مختلف به طور بسیار متفاوتی به دما بستگی دارد.

تنها چیزی که می توان تا حدودی راهنمایی کرد، قانون قدیمی است که در تجربه یافت می شود: مانند به مانند حل می شود. معنای آن در پرتو دیدگاه های مدرن در مورد ساختار مولکول ها این است که اگر خود حلال دارای مولکول های غیر قطبی یا کم قطبی (مثلا بنزن، اتر) باشد، آنگاه به خوبی از ماده ای با غیر قطبی یا غیر قطبی حل می شود. مولکول های کم قطب، بدتر - مواد با قطبیت بیشتر و مواد ساخته شده بر اساس نوع یونی عملا حل نمی شوند. برعکس، یک حلال با ماهیت قطبی شدید مولکول ها (به عنوان مثال، آب) معمولاً موادی را با مولکول های نوع قطبی و تا حدی یونی به خوبی حل می کند و مواد ضعیفی را با مولکول های غیر قطبی حل می کند.

1. انحلال یک فرآیند برگشت پذیر است:املاح + حلال ↔ ماده در محلول ± Q.

2. با توجه به نسبت غلبه تعداد ذرات وارد شده به محلول و حذف از محلول، محلول ها متمایز می شوند. ثروتمند, غیر اشباعو بیش از حد اشباع شده.

3. با توجه به مقادیر نسبی املاح و حلال، محلول ها به تقسیم می شوند رقیق شده(حاوی املاح کمی) و متمرکز شده است(حاوی املاح زیادی است).

4- محلولی که در آن ماده معینی در دمای معین دیگر حل نمی شود نامیده می شود ثروتمندو محلولی که در آن مقدار بیشتری از یک ماده معین هنوز می تواند حل شود - غیر اشباع. که در بیش از حد اشباع شدهمحلول ها حاوی مواد بیشتری نسبت به محلول های اشباع هستند.

5. حلالیتخاصیت حل شدن یک ماده در آب و سایر حلال ها را می گویند.

6. حلالیت یک ماده به ماهیت حلال، به ماهیت املاح، دما، فشار (برای گازها) بستگی دارد.

4. روشهای بیان غلظت محلولها: کسر جرمی

(بدانند).

ترکیب کمی محلول با غلظت آن تعیین می شود.

تمرکزمقدار املاح در واحد حجم است.

دو نوع تعیین برای غلظت مواد وجود دارد - تحلیلی و فنی.

سخنرانی 1

"مفهوم "راه حل". نظریه محلولهای شیمیایی»

راه حل ها در زندگی و فعالیت های عملی انسان مهم هستند. محلول ها همه مهم ترین مایعات فیزیولوژیکی (خون، لنف و غیره) هستند. بدن یک سیستم شیمیایی پیچیده است و اکثریت قریب به اتفاق واکنش های شیمیایی در بدن در محلول های آبی رخ می دهد. به همین دلیل است که بدن انسان 70 درصد آب است و کم آبی شدید به سرعت رخ می دهد و وضعیت بسیار خطرناکی است.

بسیاری از فرآیندهای تکنولوژیکی مانند تولید سودا یا اسید نیتریک، جداسازی و خالص سازی فلزات کمیاب، سفید کردن و رنگرزی پارچه ها به صورت محلول انجام می شود.

برای درک مکانیسم بسیاری از واکنش های شیمیایی، مطالعه فرآیندهای رخ داده در محلول ها ضروری است.

مفهوم "راه حل". انواع راه حل ها

راه حل- جامد، مایع یا گاز سیستم همگنمتشکل از دو یا چند جزء

سیستم همگناز یک فاز تشکیل شده است

فاز- قسمتی از سیستم که توسط رابط از سایر قسمت های خود جدا شده است که هنگام عبور از آن خصوصیات (چگالی، هدایت حرارتی، هدایت الکتریکی، سختی و غیره) به طور ناگهانی تغییر می کند. فاز می تواند جامد، مایع، گاز باشد.

مهم‌ترین نوع محلول‌ها محلول‌های مایع هستند، اما در مفهوم گسترده، محلول‌ها نیز جامد (آلیاژ برنج: مس، روی؛ فولاد: آهن، کربن) و گازی (هوا: مخلوطی از نیتروژن، اکسیژن، دی اکسید کربن و انواع مختلف هستند. ناخالصی ها).

محلول حاوی حداقل دو جزء است که یکی از آنها است حلال، در حالی که دیگران هستند املاح.

حلالجزئی از محلول است که در حالت تجمعی مشابه محلول قرار دارد. حلال موجود در محلول بر حسب جرم همیشه از بقیه اجزا بیشتر است. املاح در محلول به شکل اتم، مولکول یا یون است.

تفاوت با راه حل ها:

تعلیقسیستمی متشکل از ذرات جامد ریز معلق در مایع (تالک در آب) است.

امولسیون- این سیستمی است که در آن یک مایع در مایع دیگری تکه تکه می شود که آن را حل نمی کند (یعنی قطرات کوچک مایعی که در مایع دیگری هستند: مثلاً بنزین در آب).

قوطی اسپری- گاز با ذرات جامد یا مایع معلق در آن (مه: هوا و قطرات مایع)

سوسپانسیون ها، امولسیون ها و آئروسل ها از چند فاز تشکیل شده اند که همگن نیستند و سیستم های پراکنده . سوسپانسیون ها، امولسیون ها و آئروسل ها راه حل نیستند!

تئوری شیمیایی محلول ها.

حلال از نظر شیمیایی با املاح برهمکنش می کند.

تئوری شیمیایی محلول ها توسط D.I. مندلیف در پایان قرن نوزدهم. بر اساس حقایق تجربی زیر:

1) انحلال هر ماده با جذب یا آزاد شدن گرما همراه است. یعنی انحلال یک واکنش گرمازا یا گرماگیر است.

فرآیند گرمازافرآیندی است که با انتشار گرما در محیط همراه است (Q>0).

فرآیند گرماگیرفرآیندی است که با جذب گرما از محیط خارجی همراه است (Q<0).

(مثال: انحلال CuSO 4 - فرآیند گرمازا، NH 4 Cl - گرماگیر). توضیح: برای اینکه مولکول های حلال ذرات ماده حل شونده را از یکدیگر جدا کنند، لازم است انرژی صرف شود (این جزء گرماگیر فرآیند انحلال است)، زمانی که ذرات ماده حل شونده با مولکول های حلال برهم کنش دارند، انرژی مصرف می شود. آزاد می شود (فرآیند گرمازا). در نتیجه، اثر حرارتی انحلال توسط جزء قوی تر تعیین می شود. ( مثال: هنگام حل 1 مول از یک ماده در آب، 250 کیلوژول برای شکستن مولکول های آن طول می کشد و با برهم کنش یون های حاصل با مولکول های حلال، 450 کیلوژول آزاد می شود. اثر حرارتی کل انحلال چقدر است؟ جواب: 450-250=200 کیلوژول اثر گرمازا چون جزء گرمازا بیشتر از گرماگیر است ).

2) مخلوط کردن اجزای یک محلول با حجم معین، مجموع حجم ها را به دست نمی آورد. مثال: 50 میلی لیتر الکل اتیلیک + 50 میلی لیتر آب در صورت مخلوط شدن 95 میلی لیتر محلول به دست می آید)

توضیح: به دلیل برهمکنش مولکول های املاح و حلال (جذب، پیوند شیمیایی و ...) حجم «صرفه جویی» می شود.

توجه! وزن محلول کاملاً برابر با مجموع جرم حلال و املاح است.

3) هنگام حل برخی از مواد بی رنگ، محلول های رنگی تشکیل می شود. ( مثال: CuSO 4 - بی رنگ، محلول آبی می دهد ).

توضیح: هنگام حل برخی از نمک های بی رنگ، هیدرات های کریستالی رنگی تشکیل می شود.

نتیجه‌گیری: انحلال یک فرآیند فیزیکی و شیمیایی پیچیده است که در آن بین ذرات حلال و مواد محلول برهم کنش (الکترواستاتیک، دهنده-گیرنده، پیوند هیدروژنی) وجود دارد.

فرآیند برهمکنش یک حلال با یک املاح نامیده می شود حل شدن. محصولات این تعامل هستند حل شده ها. برای محلول های آبی، شرایط هیدراتاسیونو هیدرات می کند.

گاهی اوقات وقتی آب تبخیر می شود، کریستال های املاح بخشی از مولکول های آب را در شبکه بلوری خود باقی می گذارند. چنین کریستال هایی نامیده می شوند هیدرات های کریستالیآنها به صورت زیر نوشته می شوند: CuSO 4 * 5H 2 O. یعنی هر مولکول سولفات مس CuSO 4 5 مولکول آب را در اطراف خود نگه می دارد و آنها را در شبکه کریستالی خود جاسازی می کند.

تئوری شیمیایی یا حلالات محلول ها در سال 1887 توسط D.I. مندلیف، که آن را پیدا کرد واقعیراه حل نه تنها شامل اجزای جداگانه، بلکه محصولات تعامل آنها نیز می باشد. مطالعات محلول های آبی اسید سولفوریک و الکل اتیلیک، انجام شده توسط D.I. مندلیف، اساس این نظریه را تشکیل داد که ماهیت آن این است که فعل و انفعالات بین ذرات یک حل شونده و مولکول های حلال رخ می دهد، در نتیجه ترکیبات ناپایدار با ترکیب متغیر تشکیل می شود. حل شده هایا هیدرات می کنداگر حلال آب باشد. نقش اصلی در تشکیل حلال ها توسط نیروهای بین مولکولی ناپایدار، به ویژه پیوند هیدروژنی ایفا می شود.

در این راستا، تفسیر زیر از مفهوم "راه حل" اتخاذ شود:

محلول یک سیستم همگن از ترکیب متغیر است که از دو یا چند جزء و محصولات حاصل از برهمکنش آنها تشکیل شده است.

از این تعریف چنین استنباط می شود که محلول ها یک موقعیت میانی بین ترکیبات شیمیایی و مخلوط ها را اشغال می کنند. از یک طرف، محلول ها همگن هستند، که به ما اجازه می دهد آنها را به عنوان ترکیبات شیمیایی در نظر بگیریم. از طرف دیگر، هیچ نسبت استوکیومتری دقیقی بین اجزای موجود در محلول ها وجود ندارد. علاوه بر این، محلول ها را می توان به اجزای سازنده تقسیم کرد (به عنوان مثال، هنگامی که محلول NaCl تبخیر می شود، نمک را می توان به صورت جداگانه جدا کرد).

راه های اصلی بیان غلظت محلول ها

ترکیب کمی محلول اغلب با استفاده از مفهوم تخمین زده می شود تمرکز، که به عنوان محتوای یک املاح (در واحدهای معین) در واحد جرم (حجم) یک محلول (حلال) درک می شود. روش های اصلی بیان غلظت محلول ها به شرح زیر است:

1. کسر جرمی یک ماده  (ایکس) نسبت جرم جزء داده شده x موجود در سیستم به جرم کل این سیستم است:

واحد مقدار یک ماده، مول است، یعنی مقدار ماده ای که به تعداد اتم های موجود در 0.012 کیلوگرم ایزوتوپ C 12 دارای ذرات واقعی یا شرطی است. هنگام استفاده از مول به عنوان واحد کمیت یک ماده، باید بدانیم که منظور کدام ذرات است: مولکول ها، اتم ها، الکترون ها یا سایرین. جرم مولی M (x) نسبت جرم به مقدار ماده (g / mol) است:

3. غلظت مولی معادل C(ایکس) - این نسبت مقدار معادل یک ماده n (x) به حجم محلول V p-ra است:

معادل شیمیایی یک ذره واقعی یا شرطی یک ماده است که می تواند جایگزین، اضافه یا آزاد 1 یون هیدروژن در واکنش های اسید-باز یا تبادل یون شود.

درست مانند یک مولکول، اتم یا یون، معادل آن بدون بعد است.

جرم معادل های مول نامیده می شود معادل جرم مولی M(ایکس). مقدار نامیده می شود عامل هم ارزی. نشان می دهد که چه نسبتی از یک ذره واقعی یک ماده با معادل آن مطابقت دارد. برای تعیین صحیح معادل یک ماده، باید از واکنش خاصی که این ماده در آن شرکت می کند، اقدام کرد، به عنوان مثال، در واکنش برهمکنش H 3 PO 4 با NaOH، می توان یک، دو یا سه پروتون را جایگزین کرد:

1. H 3 PO 4 + NaOH  NaH 2 PO 4 + H 2 O;

2. H 3 PO 4 + 2NaOH  Na 2 HPO 4 + 2H 2 O;

3. H 3 PO 4 + 3NaOH  Na 3 PO 4 + 3H 2 O.

مطابق با تعریف معادل، در واکنش اول یک پروتون جایگزین می شود، بنابراین، جرم مولی ماده معادل جرم مولی است، یعنی z  l و . در این مورد:

در واکنش دوم، دو پروتون جایگزین می شوند، بنابراین، جرم مولی معادل نصف جرم مولی H 3 PO 4 خواهد بود، به عنوان مثال. z  2 و
. اینجا:

در واکنش سوم، سه پروتون جایگزین می شوند و جرم مولی معادل یک سوم جرم مولی H 3 PO 4 خواهد بود، یعنی. z = 3، a
. به ترتیب:

در واکنش‌های مبادله‌ای که پروتون‌ها مستقیماً شرکت نمی‌کنند، معادل‌ها را می‌توان به‌طور غیرمستقیم با معرفی واکنش‌های کمکی تعیین کرد، تجزیه و تحلیل نتایج به ما اجازه می‌دهد این قانون را استخراج کنیم که z برای همه واکنش‌ها برابر است با شارژ کلیون های قابل تبادل در یک مولکول یک ماده درگیر در یک واکنش شیمیایی خاص.

1. AlCl 3 + 3AgNO 3 = Al(NO 3) 3 + 3AgCl.

برای AlCl 3، 1 Al 3+ یون با بار 3 + مبادله می شود، بنابراین، z \u003d 13 \u003d 3. بنابراین:

همچنین می توان گفت که 3 یون کلر با بار 1- مبادله می شود. سپس z = 31 = 3 و

برای AgNO 3 z = 11 = 1 (1 یون Ag + با بار +1 یا 1 NO 3 - یون با بار -1 مبادله می شود).

2. Al 2 (SO 4) 3 + 3BaCl 2 = 3BaSO 4  + 2AlCl 3.

برای Al 2 (SO 4) 3 z \u003d 23 \u003d 6 (2 یون Al 3+ با بار +3 یا 3 SO 4 2 - یونهای با بار -2 مبادله می شوند). در نتیجه،

بنابراین، رکورد C (H 2 SO 4) \u003d 0.02 مول در لیتر به این معنی است که محلولی وجود دارد که در 1 لیتر آن حاوی 0.02 مول معادل H 2 SO 4 و جرم مولی معادل H 2 SO 4 است. در همان زمان جرم مولی H 2 SO 4 است، یعنی 1 لیتر محلول حاوی
H2SO4.

با ضریب هم ارزی غلظت مولی معادل برابر با غلظت مولی محلول است.

4. عنوان T(ایکس) نسبت جرم ماده به حجم محلول (در میلی لیتر) است:

6. کسر مولی N(ایکس) نسبت مقدار یک ماده از یک جزء معین موجود در سیستم به مقدار کل مواد در سیستم است:

بیان شده بر حسب کسری از واحد یا درصد .

7. ضریب حلالیتمواد R(ایکس) حداکثر جرم یک ماده را که بر حسب گرم بیان می شود، می گویند که می تواند در 100 گرم از یک حلال حل شود.

در نتیجه مطالعه این مبحث، یاد خواهید گرفت: چرا محلول ها یک موقعیت میانی بین مخلوط ها و ترکیبات شیمیایی را اشغال می کنند؟ تفاوت بین محلول غیر اشباع و محلول رقیق و محلول اشباع از محلول غلیظ چیست؟ در تدوین معادلات یونی چه قوانینی باید رعایت شود. چرا وقتی برخی از نمک ها در آب حل می شوند، واکنش محیط تغییر می کند (از خنثی به اسیدی یا قلیایی). در نتیجه مطالعه این مبحث، یاد خواهید گرفت: معادلات واکنش تبادل یونی را بنویسید. معادلات یونی کامل و احیا شده را برای هیدرولیز نمک ها بنویسید. واکنش محیط را در محلول های نمکی پیش بینی کنید. حل مسائل برای تعیین غلظت محلول ها. سوالات مطالعه:

9.1. راه حل ها و طبقه بندی آنها

محلول ها سیستم های همگنی هستند که در آنها یک ماده در محیط مواد (سایر) مواد دیگر توزیع می شود.

محلول ها از یک حلال و یک املاح (ها) تشکیل شده اند. این مفاهیم مشروط هستند. اگر یکی از اجزای محلول مواد مایع و بقیه گازها یا جامدات باشند، معمولاً حلال مایع در نظر گرفته می شود. در موارد دیگر، حلال جزء بزرگتر در نظر گرفته می شود.

محلول های گازی، مایع و جامد

بسته به از حالت تجمعحلال متمایز گاز، مایع و جامدراه حل ها محلول گازی، برای مثال، هوا و دیگر مخلوط گازها است. آب دریا رایج ترین محلول مایع نمک ها و گازهای مختلف در آب است. بسیاری از آلیاژهای فلزی به محلول های جامد تعلق دارند.

راه حل های درست و کلوئیدی

با توجه به درجه پراکندگیتمیز دادن محلول های درست و کلوئیدی(سیستم های کلوئیدی). در تشکیل محلول های واقعی، املاح به شکل اتم، مولکول یا یون در حلال است. اندازه ذرات در چنین محلول هایی 10-7 - 10-8 سانتی متر است محلول های کلوئیدی سیستم های ناهمگنی هستند که در آنها ذرات یک ماده (فاز پراکنده) به طور مساوی در ماده دیگر (محیط پراکندگی) توزیع می شوند. اندازه ذرات در سیستم های پراکنده از 10-7 سانتی متر تا 10-3 سانتی متر و بیشتر متغیر است.لازم به ذکر است که در اینجا و در زیر، ما راه حل های واقعی را در همه جا در نظر خواهیم گرفت.

محلول های غیر اشباع، اشباع و فوق اشباع

فرآیند انحلال با انتشار همراه است، یعنی با توزیع خود به خودی ذرات یک ماده بین ذرات ماده دیگر. بنابراین، فرآیند انحلال جامدات با ساختار یونی در مایعات را می توان به صورت زیر نشان داد: تحت تأثیر یک حلال، شبکه کریستالی یک جامد از بین می رود و یون ها به طور مساوی در سراسر حجم حلال توزیع می شوند. راه حل باقی خواهد ماند غیر اشباعتا زمانی که مقداری ماده بیشتر به آن وارد شود.

محلولی که در آن یک ماده دیگر در دمای معین حل نمی شود، یعنی. محلولی که با فاز جامد ماده حل شونده در تعادل باشد نامیده می شود ثروتمند. حلالیت یک ماده معین برابر با غلظت آن در محلول اشباع است.در شرایط کاملاً تعریف شده (دما، حلال)، حلالیت یک مقدار ثابت است.

اگر حلالیت یک ماده با افزایش دما افزایش یابد، با سرد کردن محلول اشباع شده در دمای بالاتر، می توان به دست آورد. فوق اشباع شدهراه حل، یعنی چنین محلولی، غلظت ماده ای که در آن از غلظت محلول اشباع شده (در دما و فشار معین) بیشتر است. محلول های فوق اشباع بسیار ناپایدار هستند. تکان دادن خفیف ظرف یا وارد شدن کریستال های یک ماده به صورت محلول در محلول باعث کریستال شدن مقدار اضافی املاح شده و محلول اشباع می شود.

محلول های رقیق و غلیظ

محلول های غیر اشباع و اشباع را با محلول های رقیق و غلیظ اشتباه نگیرید. مفاهیم محلول های رقیق و غلیظ نسبی است و نمی توان مرز مشخصی بین آنها ترسیم کرد. آنها نسبت بین مقدار املاح و حلال را تعیین می کنند. به طور کلی محلول های رقیق محلول هایی هستند که حاوی مقادیر کمی املاح در مقایسه با مقدار حلال هستند، محلول های غلیظ محلول هایی هستند که دارای مقدار زیادی املاح هستند.

به عنوان مثال، اگر در دمای 20 درجه سانتیگراد، 25 گرم نمک طعام را در 100 گرم آب حل کنید، محلول حاصل غلیظ، اما غیراشباع خواهد بود، زیرا حلالیت کلرید سدیم در دمای 20 درجه سانتیگراد 36 گرم در 100 گرم آب است. حداکثر جرم AgI که در دمای 20 درجه سانتیگراد در 100 گرم H 2 O حل می شود 7-10 1.3 گرم است. محلول AgI به دست آمده در این شرایط اشباع، اما بسیار رقیق خواهد بود.

9.2. تئوری فیزیکی و شیمیایی محلول ها. پدیده های حرارتی در حین انحلال

نظریه فیزیکیراه حل ها توسط W. Ostwald (آلمان) و S. Arrhenius (سوئد) ارائه شد. بر اساس این نظریه، ذرات حلال و املاح (مولکول ها، یون ها) به دلیل فرآیندهای انتشار به طور مساوی در سراسر حجم محلول توزیع می شوند. هیچ اثر متقابل شیمیایی بین حلال و املاح وجود ندارد.

نظریه شیمیاییتوسط D.I. پیشنهاد شد. مندلیف به گفته D.I. مندلیف، بین مولکول های حل شونده و حلال، یک برهمکنش شیمیایی با تشکیل ناپایدار رخ می دهد که ترکیبات حل شونده با حلال - حلال ها را به یکدیگر تبدیل می کند.

دانشمندان روسی I.A. کابلوکف و V.A. کیستیاکوفسکی ایده های استوالد، آرنیوس و مندلیف را با هم ترکیب کرد و بدین ترتیب شالوده تئوری مدرن راه حل ها را پی ریزی کرد. بر اساس تئوری مدرن، نه تنها ذرات یک املاح و یک حلال می توانند در یک محلول وجود داشته باشند، بلکه محصولات حاصل از برهمکنش فیزیکوشیمیایی یک املاح با یک حلال - حلال ها نیز وجود دارد. حل شده هاترکیبات ناپایدار با ترکیب متغیر هستند. اگر حلال آب باشد به آنها می گویند هیدرات می کند. حل شده ها (هیدرات ها) به دلیل برهمکنش های یون-دوقطبی، برهمکنش دهنده-گیرنده، تشکیل پیوندهای هیدروژنی و غیره تشکیل می شوند. به عنوان مثال، هنگامی که NaCl در آب حل می شود، یک برهمکنش یون-دوقطبی بین یون های Na +، Cl- و مولکول های حلال رخ می دهد. تشکیل هیدرات های آمونیاک زمانی که در آب حل می شود به دلیل تشکیل پیوندهای هیدروژنی اتفاق می افتد.

گاهی اوقات آب هیدراته به شدت با املاح مرتبط است که با آن از محلول آزاد می شود. مواد کریستالی حاوی مولکول های آب نامیده می شوند هیدرات های کریستالی، و آبی که جزء چنین بلورهایی است نامیده می شود تبلور. نمونه هایی از هیدرات های کریستالی عبارتند از سولفات مس CuSO 4 5H 2 O، زاج پتاسیم KAl (SO 4) 2 12H 2 O.

اثرات حرارتی در حین انحلال

در نتیجه تغییر در ساختار مواد در هنگام انتقال آنها از حالت فردی به محلول و همچنین در نتیجه فعل و انفعالات مداوم، خواص سیستم تغییر می کند. این به ویژه با اثرات حرارتی انحلال نشان داده می شود. در طول انحلال، دو فرآیند رخ می دهد: تخریب ساختار املاح و برهمکنش مولکول های محلول با مولکول های حلال. برهمکنش یک املاح با یک حلال را حلالیت می گویند. انرژی صرف تخریب ساختار ماده محلول می شود و برهمکنش ذرات ماده محلول با ذرات حلال (حلال پذیری) یک فرآیند گرمازا است (با آزاد شدن گرما پیش می رود). بنابراین، بسته به نسبت این اثرات حرارتی، فرآیند انحلال می تواند گرمازا یا گرمازا باشد. به عنوان مثال، هنگام حل کردن اسید سولفوریک، گرمایش قوی محلول مشاهده می شود، یعنی. انتشار گرما، و هنگامی که نیترات پتاسیم حل می شود، خنک کننده قوی محلول (فرایند گرماگیر).

9.3. حلالیت و وابستگی آن به ماهیت مواد

حلالیت مطالعه شده ترین خاصیت محلول ها است. حلالیت مواد در حلال های مختلف بسیار متفاوت است. روی میز. 9.1 حلالیت برخی از مواد را در آب و در جدول نشان می دهد. 9.2 - حلالیت یدید پتاسیم در حلال های مختلف.

جدول 9.1

حلالیت برخی از مواد در آب در دمای 20 درجه سانتیگراد

ماده		ماده	حلالیت، گرم در 100 گرم H 2 O

جدول 9.2

حلالیت یدید پتاسیم در حلال های مختلف در دمای 20 درجه سانتی گراد

حلالیت به ماهیت املاح و حلال و همچنین به شرایط خارجی (دما، فشار) بستگی دارد. در جداول مرجعی که در حال حاضر مورد استفاده قرار می گیرند، پیشنهاد شده است که مواد را به مواد بسیار محلول، کمی محلول و نامحلول تقسیم کنند. این تقسیم بندی کاملاً صحیح نیست، زیرا هیچ ماده مطلقاً نامحلول وجود ندارد. حتی نقره و طلا نیز در آب محلول هستند، اما حلالیت آنها بسیار کم است. بنابراین در این آموزش فقط از دو دسته مواد استفاده خواهیم کرد: بسیار محلولو کم محلول. در نهایت، مفاهیم "به راحتی" و "به سختی" محلول برای تفسیر حلالیت غیرقابل استفاده هستند، زیرا این عبارات سینتیک فرآیند انحلال را مشخص می کنند و نه ترمودینامیک آن.

وابستگی حلالیت به ماهیت املاح و حلال

در حال حاضر، هیچ نظریه ای وجود ندارد که به وسیله آن نه تنها محاسبه، بلکه حتی پیش بینی حلالیت ممکن باشد. این به دلیل عدم وجود یک نظریه کلی از راه حل ها است.

حلالیت جامدات در مایعاتبستگی به نوع پیوند در شبکه های کریستالی آنها دارد. به عنوان مثال، مواد با شبکه های کریستالی اتمی (کربن، الماس و غیره) کمی در آب محلول هستند. موادی که دارای شبکه کریستالی یونی هستند، معمولاً در آب بسیار محلول هستند.

قاعده ای که از قرن ها تجربه در مطالعه حلالیت ایجاد شده است، می گوید: "مثل به خوبی در شبیه حل می شود." مواد با نوع پیوند یونی یا قطبی به خوبی در حلال های قطبی حل می شوند. به عنوان مثال، نمک ها، اسیدها، الکل ها در آب بسیار محلول هستند. در همان زمان، مواد غیر قطبی، به عنوان یک قاعده، به خوبی در حلال های غیر قطبی حل می شوند.

نمک های معدنی با حلالیت متفاوت در آب مشخص می شوند.

بنابراین، بیشتر نمک های فلز قلیایی و آمونیوم در آب بسیار محلول هستند. نیترات ها، نیتریت ها و هالیدهای بسیار محلول (به جز هالیدهای نقره، جیوه، سرب و تالیوم) و سولفات ها (به جز سولفات های فلزات قلیایی خاکی، نقره و سرب). فلزات واسطه با حلالیت کم سولفیدها، فسفات ها، کربنات ها و برخی نمک های دیگر مشخص می شوند.

حلالیت گازها در مایعات نیز به ماهیت آنها بستگی دارد. به عنوان مثال، در 100 حجم آب در دمای 20 درجه سانتیگراد، 2 حجم هیدروژن، 3 حجم اکسیژن حل می شود. در همین شرایط، 700 حجم آمونیاک در 1 حجم H 2 O حل می شود. چنین حلالیت بالایی از NH 3 را می توان با برهمکنش شیمیایی آن با آب توضیح داد.

تاثیر دما بر حلالیت گازها، جامدات و مایعات

هنگامی که گازها در آب حل می شوند، به دلیل هیدراته شدن مولکول های گاز محلول، گرما آزاد می شود. بنابراین طبق اصل Le Chatelier با افزایش دما حلالیت گازها کاهش می یابد.

دما به طرق مختلف بر حلالیت مواد جامد در آب تأثیر می گذارد. در بیشتر موارد حلالیت مواد جامد با افزایش دما افزایش می یابد. به عنوان مثال، حلالیت نیترات سدیم NaNO 3 و نیترات پتاسیم KNO 3 هنگام گرم شدن افزایش می یابد (فرایند انحلال با جذب گرما ادامه می یابد). حلالیت NaCl با افزایش دما کمی افزایش می یابد که به دلیل اثر حرارتی تقریباً صفر انحلال نمک خوراکی است. حلالیت آهک رانده شده در آب با افزایش دما کاهش می یابد، زیرا آنتالپی هیدراتاسیون بر مقدار ΔH از تخریب شبکه کریستالی این ترکیب غالب است، یعنی. فرآیند انحلال Ca(OH) 2 گرمازا است.

در بیشتر موارد، حلالیت متقابل مایعات نیز با افزایش دما افزایش می یابد.

تأثیر فشار بر حلالیت گازها، جامدات و مایعات

حلالیت مواد جامد و مایع در مایعات عملاً تحت تأثیر فشار نیست، زیرا تغییر حجم در طول انحلال کم است. هنگامی که مواد گازی در یک مایع حل می شوند، حجم سیستم کاهش می یابد، بنابراین افزایش فشار منجر به افزایش حلالیت گازها می شود. به طور کلی، وابستگی حلالیت گازها به فشار رعایت می شود قانون دبلیو.هنری(انگلیس، 1803): حلالیت گاز در دمای ثابت به طور مستقیم با فشار آن بر روی مایع متناسب است.

قانون هنری فقط در فشارهای پایین برای گازهایی معتبر است که حلالیت آنها نسبتاً کم است و به شرطی که هیچ برهمکنش شیمیایی بین مولکول های گاز محلول و حلال وجود نداشته باشد.

تاثیر مواد خارجی بر حلالیت

در صورت وجود مواد دیگر (نمک ها، اسیدها و قلیاها) در آب، حلالیت گازها کاهش می یابد. حلالیت کلر گازی در محلول آبی اشباع نمک خوراکی 10 برابر کمتر است. از آب خالص

اثر کاهش حلالیت در حضور نمک ها نامیده می شود نمک زدن. کاهش حلالیت به دلیل هیدراته شدن نمک ها است که باعث کاهش تعداد مولکول های آب آزاد می شود. مولکول‌های آب مرتبط با یون‌های الکترولیت دیگر برای مواد دیگر حلال نیستند.

9.4. غلظت محلول

روش های مختلفی برای بیان عددی ترکیب محلول ها وجود دارد: کسر جرمی یک ماده محلول، مولاریته، تیتر و غیره.

کسر جرمینسبت جرم ماده حل شونده m به جرم کل محلول است. برای یک محلول دوتایی متشکل از یک حل شونده و یک حلال:

که در آن ω کسر جرمی املاح، m جرم املاح، و M جرم حلال است. کسر جرمی بر حسب کسری از یک واحد یا به صورت درصد بیان می شود. به عنوان مثال، ω = 0.5 یا ω = 50%.

باید به خاطر داشت که فقط جرم یک تابع افزایشی است (جرم کل برابر است با مجموع جرم اجزا). حجم محلول از این قانون پیروی نمی کند.

غلظت مولییا مولاریتهمقدار املاح در 1 لیتر محلول است:

که در آن C غلظت مولی املاح X، mol/l است. n مقدار ماده محلول، mol است. V حجم محلول، l است.

غلظت مولی با یک عدد و حرف "M" نشان داده می شود، به عنوان مثال: 3M KOH. اگر 1 لیتر از محلول حاوی 0.1 مول از یک ماده باشد، آن را دسیمولار، 0.01 مول - سنتومولار، 0.001 مول - میلی مولار می نامند.

تیترتعداد گرم املاح موجود در 1 میلی لیتر محلول است، یعنی.

که در آن T تیتر ماده محلول، g/ml است. m جرم ماده محلول است، g؛ V حجم محلول، میلی لیتر است.

کسر مولی املاح- یک مقدار بی بعد برابر با نسبت مقدار املاح n به مقدار کل املاح n و حلال n ":

,

که در آن N کسر مولی ماده حل شونده است، n مقدار املاح، mol است. n" مقدار ماده حلال، مول است.

درصد مول کسری مربوطه است که در 100٪ ضرب شده است.

9.5. تفکیک الکترولیتی

موادی که مولکول های آنها در محلول ها یا ذوب شده به طور کامل یا جزئی به یون تجزیه می شوند، الکترولیت نامیده می شوند. محلول ها و مذاب های الکترولیت ها جریان الکتریکی را هدایت می کنند.

موادی که مولکول های آنها در محلول ها یا مذاب ها به یون تجزیه نمی شوند و جریان الکتریکی را رسانا نمی کنند، غیر الکترولیت نامیده می شوند.

الکترولیت ها شامل اکثر اسیدهای معدنی، بازها و تقریباً همه نمک ها هستند، غیر الکترولیت ها شامل بسیاری از ترکیبات آلی مانند الکل ها، استرها، کربوهیدرات ها و غیره می باشند.

در سال 1887، دانشمند سوئدی S. Arrhenius فرضیه تفکیک الکترولیتی را مطرح کرد که بر اساس آن، هنگامی که الکترولیت ها در آب حل می شوند، به یون های دارای بار مثبت و منفی تجزیه می شوند.

تفکیک یک فرآیند برگشت پذیر است: به موازات تجزیه، فرآیند معکوس پیوستن یون ها (تداعی) انجام می شود. بنابراین هنگام نوشتن معادلات واکنش تفکیک الکترولیت ها به خصوص در محلول های غلیظ علامت برگشت پذیری قرار داده می شود. به عنوان مثال، تفکیک کلرید پتاسیم در یک محلول غلیظ باید به صورت زیر نوشته شود:

KS1 K + + С1 – .

اجازه دهید مکانیسم تفکیک الکترولیتی را در نظر بگیریم. مواد با نوع پیوند یونی به راحتی در حلال های قطبی تفکیک می شوند. زمانی که مولکول های قطبی H 2 O در آب حل می شوند توسط قطب های مثبت خود به آنیون ها و توسط قطب های منفی خود به کاتیون ها جذب می شوند. در نتیجه پیوند بین یون ها ضعیف می شود و الکترولیت به یون های هیدراته تجزیه می شود. یون های مرتبط با مولکول های آب الکترولیت های تشکیل شده توسط مولکول های دارای پیوند قطبی کووالانسی (HC1، HBr، H2S) به روشی مشابه تجزیه می شوند.

بنابراین هیدراتاسیون (حلال شدن) یونها عامل اصلی تجزیه است. امروزه به طور کلی پذیرفته شده است که بیشتر یون های موجود در یک محلول آبی هیدراته هستند. به عنوان مثال، یون هیدروژن H + هیدراتی از ترکیب H3O + را تشکیل می دهد که به آن یون هیدرونیوم می گویند. علاوه بر H 3 O +، محلول همچنین حاوی یون های H 5 O 2 + (H 3 O + H 2 O )، H 7 O 3 + ( H 3 O + 2H 2 O ) و H 9 O 4 + (H 3 O + 3H 2 O). هنگام تنظیم معادلات برای فرآیندهای تفکیک و نوشتن معادلات واکنش به شکل یونی، برای ساده کردن نوشتن، یون هیدروکسونیوم H 2 O + معمولا با یک یون هیدراته H + جایگزین می شود. با این حال، باید به خاطر داشت که این جایگزینی مشروط است، زیرا پروتون نمی تواند در محلول های آبی وجود داشته باشد، زیرا واکنش تقریباً بلافاصله ادامه می یابد:

H + + H 2 O \u003d H 3 O +.

از آنجایی که تعداد دقیق مولکول های آب مرتبط با یون های هیدراته مشخص نشده است، هنگام نوشتن معادلات واکنش تفکیک از نمادهای یون های غیرهیدراته استفاده می شود:

CH3COOH CH3COO - + H + .

9.6. درجه تفکیک؛ الکترولیت های مرتبط و غیر مرتبط

مشخصه کمی تفکیک الکترولیت به یون در محلول، درجه تفکیک است. درجه تفکیک α نسبت تعداد مولکولهایی است که به یونهای N" تجزیه شده اند به تعداد کل مولکولهای محلول N:

درجه تفکیک به صورت درصد یا کسری از یک واحد بیان می شود. اگر α = 0 باشد، تجزیه وجود ندارد و اگر α = 1 باشد، الکترولیت کاملاً به یون تجزیه می شود. بر اساس مفاهیم مدرن تئوری محلول ها، الکترولیت ها به دو گروه مرتبط (ضعیف) و غیر مرتبط (قوی) تقسیم می شوند.

برای الکترولیت های غیر مرتبط (قوی) در محلول های رقیق، α = 1 (100%)، به عنوان مثال. در محلول ها منحصراً به صورت یون های هیدراته وجود دارند.

الکترولیت های مرتبط را می توان تقریباً به سه گروه تقسیم کرد:

الکترولیت های ضعیفدر محلول ها عمدتاً به شکل مولکول های جدا نشده وجود دارد. درجه تفکیک آنها کم است.

همکاران یوندر محلول ها در نتیجه برهمکنش الکترواستاتیک یون ها تشکیل می شوند. همانطور که در بالا ذکر شد، ارتباط در محلول های غلیظ الکترولیت های با تفکیک خوب صورت می گیرد. نمونه هایی از همکاران هستند جفت یون(K + Cl -، CaC1 +)، سه راهی یونی(K 2 Cl +، KCl 2 -) و چهارقطبی های یونی(K 2 Cl 2 , KCl 3 2- , K 3 Cl 2 + );

کمپلکس های یونی و مولکولی، (مثلاً 2+ , 3–) که کمی در آب تفکیک می شوند.

ماهیت تفکیک الکترولیت به ماهیت املاح و حلال، غلظت محلول و دما بستگی دارد. یک تصویر از این ماده می تواند به عنوان رفتار کلرید سدیم در حلال های مختلف عمل کند، جدول. 9.3.

جدول 9.3

خواص کلرید سدیم در آب و بنزن در غلظت های مختلف و در دمای 25 درجه سانتی گراد

الکترولیت های قوی در محلول های آبی شامل اکثر نمک ها، قلیایی ها، تعدادی از اسیدهای معدنی (HC1، HBr، HNO 3، H 2 SO 4، HC1O 4 و غیره) است. تقریباً تمام اسیدهای آلی متعلق به الکترولیت های ضعیف هستند، برخی از اسیدهای معدنی، به عنوان مثال، H 2 S، HCN، H 2 CO 3، HClO و آب.

تفکیک الکترولیت های قوی و ضعیف

معادلات تفکیک الکترولیت های قوی در محلول های آبی رقیق را می توان به صورت زیر نشان داد:

HCl \u003d H + + Cl -،

Ba (OH) 2 \u003d Ba 2+ + 2OH -،

K 2 Cr 2 O 7 \u003d 2K + + Cr 2 O 7 2–.

بین قسمت های راست و چپ معادله واکنش برای تفکیک یک الکترولیت قوی، می توانید علامت برگشت پذیری را نیز قرار دهید، اما سپس نشان داده می شود که 1. به عنوان مثال:

NaOH Na + + OH - .

فرآیند تفکیک الکترولیت های مرتبط برگشت پذیر است، بنابراین لازم است علامت برگشت پذیری را در معادلات تفکیک آنها قرار دهیم:

HCN H + + CN – .

NH 3 H 2 O NH 4 + + OH -.

تفکیک اسیدهای پلی بازیک مرتبط در مراحل زیر انجام می شود:

H 3 PO 4 H + + HPO 4 -،

H 2 PO 4 H + + HPO 4 2–،

HPO 4 2– H + + RO 4 3–،

تفکیک نمک های اسیدی تشکیل شده توسط اسیدهای ضعیف و نمک های بازی تشکیل شده توسط اسیدهای قوی در محلول های رقیق به شرح زیر انجام می شود. مرحله اول با درجه ای از تفکیک نزدیک به وحدت مشخص می شود:

NaHCO 3 \u003d Na + + HCO 3 -،

Cu(OH)Cl = Cu(OH) + + Cl - .

درجه تفکیک مرحله دوم بسیار کمتر از وحدت است:

HCO 3 H + + CO 3 2-،

Cu(OH) + Cu 2+ + OH -.

بدیهی است که با افزایش غلظت محلول، درجه تفکیک الکترولیت مرتبط کاهش می یابد.

9.7. واکنش های تبادل یونی در محلول ها

بر اساس تئوری تفکیک الکترولیتی، تمام واکنش ها در محلول های الکترولیت آبی نه بین مولکول ها، بلکه بین یون ها رخ می دهد. برای انعکاس ماهیت چنین واکنش هایی، از معادلات به اصطلاح یونی استفاده می شود. هنگام تدوین معادلات یونی، باید قوانین زیر را رعایت کرد:

مواد کمی محلول و کمی تفکیک شده و همچنین گازها به شکل مولکولی نوشته می شوند.

الکترولیت های قوی که تقریباً به طور کامل در محلول آبی تفکیک شده اند، به عنوان یون ثبت می شوند.

مجموع بارهای الکتریکی در سمت راست و چپ معادله یونی باید برابر باشد.

بیایید این مواضع را در مورد مثال های عینی در نظر بگیریم.

ما دو معادله برای واکنش های خنثی سازی به شکل مولکولی می نویسیم:

KOH + HCl \u003d KCl + H 2 O، (9.1)

2NaOH + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + 2H 2 O. (9.2)

در شکل یونی معادلات (9.1) و (9.2) به شکل زیر است:

K + + OH - + H + + Cl - = K + + Cl - + H 2 O، (9.3)

2Na + + 2OH - + 2H + + SO 4 2- = 2Na + + SO 4 2- + 2H 2 O. (9.4)

پس از کاهش یونهای مشابه در هر دو بخش معادلات (9.3) و (9.4)، آنها را به یک معادله یونی کاهش یافته برای برهمکنش یک قلیایی با یک اسید تبدیل می کنیم:

H + + OH - \u003d H 2 O.

بنابراین، جوهر واکنش خنثی سازی به برهمکنش یون های H + و OH - کاهش می یابد، در نتیجه آب تشکیل می شود.

اگر یک رسوب، گاز یا یک الکترولیت ضعیف (مثلا H 2 O) در واکنش تشکیل شود، واکنش‌های بین یون‌ها در محلول‌های الکترولیت آبی تقریباً تا پایان ادامه می‌یابد.

اکنون واکنش بین محلول های کلرید پتاسیم و نیترات سدیم را در نظر بگیرید:

KCl + NaNO 3 KNO 3 + NaCl. (9.5)

از آنجایی که مواد حاصل در آب بسیار محلول هستند و از کره واکنش حذف نمی شوند، واکنش برگشت پذیر است. معادله واکنش یونی (9.5) به صورت زیر نوشته شده است:

K + + Cl – + Na + + NO 3 – K + + NO 3 – + Na + + Cl – . (9.6)

از نقطه نظر تئوری تفکیک الکترولیتی، این واکنش رخ نمی دهد، زیرا تمام مواد محلول در محلول منحصراً به شکل یون هستند، معادله (9.6). اما اگر محلول های اشباع داغ KCl و NaNO 3 را مخلوط کنید، نمک طعام رسوب می کند. این امر به این دلیل است که در دمای 30 درجه سانتی گراد و بالاتر، کمترین انحلال پذیری در بین نمک های در نظر گرفته شده در کلرید سدیم مشاهده می شود. بنابراین، در عمل باید در نظر گرفت که فرآیندهایی که تحت شرایط خاص (در مورد محلول های رقیق) برگشت پذیر هستند، در برخی شرایط دیگر (محلول های اشباع داغ) برگشت ناپذیر می شوند.

یک مورد خاص از واکنش تبادل در محلول ها هیدرولیز است.

9.8. هیدرولیز نمک

تجربه نشان می دهد که نه تنها اسیدها و بازها، بلکه محلول های برخی نمک ها نیز واکنش قلیایی یا اسیدی دارند. در نتیجه تغییر در واکنش محیط رخ می دهد هیدرولیزاما یک حل شونده هیدرولیز برهمکنش تبادل یک املاح (مثلاً نمک) با آب است.

تفکیک الکترولیتی نمک ها و آب علت هیدرولیز است. هیدرولیز زمانی اتفاق می‌افتد که یون‌های تشکیل‌شده در حین تفکیک نمک قادر به اعمال یک اثر قطبی قوی بر روی مولکول‌های آب (کاتیون‌ها) یا تشکیل پیوند هیدروژنی با آنها (آنیون‌ها) باشند که منجر به تشکیل الکترولیت‌های کمی تفکیک شده می‌شود.

معادلات هیدرولیز نمک معمولاً به صورت یونی و مولکولی نوشته می شود، در حالی که لازم است قوانین نوشتن معادلات یونی برای واکنش های تبادلی در نظر گرفته شود.

قبل از شروع به بررسی معادلات واکنش های هیدرولیز باید توجه داشت که نمک هایی که توسط یک باز قوی و یک اسید قوی تشکیل می شوند(به عنوان مثال، NaNO 3، BaCl 2، Na 2 SO 4)، هنگامی که در آب حل می شوند، تحت هیدرولیز قرار نمی گیرند. یون های چنین نمک هایی با H 2 O الکترولیت های ضعیفی تشکیل نمی دهند و محلول های این نمک ها واکنش خنثی دارند.

موارد مختلف هیدرولیز نمک ها

1. نمک هایی که از یک باز قوی و یک اسید ضعیف تشکیل می شوندبه عنوان مثال، CH3COONa، Na2CO3، Na2S، KCN توسط آنیون هیدرولیز می شوند. به عنوان مثال، هیدرولیز CH 3 COONa را در نظر بگیرید که منجر به تشکیل اسید استیک کم تفکیک می شود:

CH3COO - + NON CH 3 COOH + OH -،

CH3COOHa + HOH CH 3 COOH + NaOH.

از آنجایی که مقدار زیادی یون هیدروکسید در محلول ظاهر می شود، محلول قلیایی می شود.

هیدرولیز نمک های اسیدهای پلی بازیک به صورت مرحله ای انجام می شود و در این حالت نمک های اسیدی، به طور دقیق تر، آنیون های نمک های اسیدی تشکیل می شوند. به عنوان مثال، هیدرولیز Na 2 CO 3 را می توان با معادلات بیان کرد:

1 مرحله:

CO 3 2- + HOH HCO 3 - + OH -،

Na 2 CO 3 + HOH NaHCO 3 + NaOH.

2 مرحله

HCO 3 - + HOH H 2 CO 3 + OH -،

NaHCO 3 + HOH H 2 CO 3 + NaOH.

یون‌های OH- که در نتیجه هیدرولیز در مرحله اول ایجاد می‌شوند، تا حد زیادی مرحله دوم هیدرولیز را سرکوب می‌کنند؛ در نتیجه، هیدرولیز در مرحله دوم به میزان کمی ادامه می‌یابد.

2. نمک ها از یک باز ضعیف و یک اسید قوی تشکیل می شوندبه عنوان مثال، NH 4 Cl، FeCl 3، Al 2 (SO 4) 3 توسط کاتیون هیدرولیز می شوند. یک مثال فرآیند است

NH 4 + + HOH NH 4 OH + H +،

NH 4 Cl + HOH NH 4 OH + HCl.

هیدرولیز به دلیل تشکیل یک الکترولیت ضعیف - NH 4 OH (NH 3 H 2 O) است. در نتیجه تعادل تفکیک الکترولیتی آب تغییر می کند و مقدار اضافی یون H + در محلول ظاهر می شود. بنابراین، محلول NH 4 Cl یک واکنش اسیدی نشان می دهد.

در طول هیدرولیز نمک های تشکیل شده توسط بازهای پلی اسیدی، نمک های اساسی، به طور دقیق تر، کاتیون های نمک های بازی تشکیل می شوند. به عنوان مثال، هیدرولیز کلرید آهن (II) را در نظر بگیرید:

1 مرحله

Fe 2+ + HOH FeOH + + H +،

FeCl 2 + HOH FeOHCl + HCl.

2 مرحله

FeOH + + HOH Fe (OH) 2 + H +،

FeOHCl + HOH Fe(OH) 2 + HCl.

هیدرولیز در مرحله دوم در مقایسه با هیدرولیز در مرحله اول بسیار ناچیز است و محتوای محصولات هیدرولیز در محلول مرحله دوم بسیار کم است.

3. نمک ها از یک باز ضعیف و یک اسید ضعیف تشکیل می شوندبرای مثال، CH 3 COONH 4، (NH 4) 2 CO 3، HCOONH 4، هم توسط کاتیون و هم توسط آنیون هیدرولیز می شوند. به عنوان مثال، هنگامی که CH 3 COONH 4 در آب حل می شود، اسید و باز با تفکیک کم تشکیل می شوند:

CH 3 COO - + NH 4 + + HOH CH 3 COOH + NH 4 OH،

CH3COONH 4 + HOH CH 3 COOH + NH 4 OH.

در این حالت واکنش محلول به قدرت اسیدها و بازهای ضعیفی که در نتیجه هیدرولیز تشکیل می شوند بستگی دارد. از آنجایی که در این مثال CH 3 COOH و NH 4 OH تقریباً از نظر قدرت برابر هستند ، محلول نمک خنثی خواهد بود.

در طول هیدرولیز HCOONH 4، واکنش محلول کمی اسیدی خواهد بود، زیرا اسید فرمیک قوی تر از اسید استیک است.

هیدرولیز تعدادی از نمک های تشکیل شده توسط بازهای بسیار ضعیف و اسیدهای ضعیف، به عنوان مثال، سولفید آلومینیوم، به طور غیر قابل برگشت ادامه می یابد:

Al 2 S 3 + 6H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 + 3H 2 S.

4. تعدادی از واکنش های تبادلی در محلول ها با هیدرولیز همراه بوده و به صورت برگشت ناپذیر پیش می روند.

الف) هنگامی که محلول های نمک های فلزات دو ظرفیتی (به جز کلسیم، استرانسیم، باریم و آهن) با محلول های آبی کربنات های فلزات قلیایی برهم کنش می کنند، کربنات های بازی در نتیجه هیدرولیز نسبی رسوب می کنند:

2MgSO 4 + 2Na 2 CO 3 + H 2 O \u003d Mg 2 (OH) 2 CO 3 + CO 2 + 2 Na 2 SO 4،

3 Pb (NO 3) 2 + 3Na 2 CO 3 + H 2 O \u003d Pb 3 (OH) 2 (CO 3) 2 + CO 2 + 6 NaNO 3.

ب) هنگامی که محلول های آبی آلومینیوم سه ظرفیتی، کروم و آهن با محلول های آبی کربنات ها و سولفیدهای فلزات قلیایی مخلوط می شوند، کربنات ها و سولفیدهای فلزات سه ظرفیتی تشکیل نمی شوند - هیدرولیز برگشت ناپذیر آنها ادامه می یابد و هیدروکسیدها رسوب می کنند:

2AlCl 3 + 3K 2 CO 3 + 3H 2 O \u003d 2Al (OH) 3 + 3CO 2 + 6KCl،

2Cr(NO 3) 3 + 3Na 2 S + 6H 2 O = 2Cr(OH) 3 + 3H 2 S + 6NaNO 3 .