ÇÖZÜMLER

Genel bilgi

Çözümler - bileşenler.

"çözücü" Ve "çözünür" kutupsal polar olmayan

hidrofilik(su çeken) ve hidrofobik difilik

çözüm teorileri

Çözümlerin fiziksel teorisi.

ideal

Çözümlerin kimyasal teorisi.

Kimyasal veya solvat, çözelti teorisi 1887'de D.I. Bunu bulan Mendeleyev gerçekçözüm sadece bireysel bileşenleri değil, aynı zamanda etkileşimlerinin ürünlerini de içerir. D.I. tarafından yürütülen sulu sülfürik asit ve etil alkol çözeltilerinin çalışmaları. Mendeleev, özü, bir çözünen ve çözücü moleküllerinin parçacıkları arasında etkileşimlerin meydana gelmesi ve bunun sonucunda değişken bileşimli kararsız bileşiklerin oluşması olan teorinin temelini oluşturdu. solvatlar veya nemlendirirçözücü su ise. Solvatların oluşumundaki ana rol, kararsız moleküller arası kuvvetler, özellikle hidrojen bağı tarafından oynanır.

Bu bağlamda, "çözüm" kavramının aşağıdaki yorumu benimsenmelidir:

Bir çözüm, iki veya daha fazla bileşenden ve bunların etkileşimlerinin ürünlerinden oluşan homojen bir değişken bileşim sistemidir.

Bu tanımdan, çözeltilerin kimyasal bileşikler ve karışımlar arasında bir ara konum işgal ettiği sonucu çıkar. Bir yandan, çözümler homojendir, bu da onları kimyasal bileşikler olarak görmemizi sağlar. Öte yandan, çözeltilerdeki bileşenler arasında kesin bir stokiyometrik oran yoktur. Ek olarak, çözeltiler bileşen parçalarına ayrılabilir (örneğin, NaCl çözeltisi buharlaştırıldığında, tuz tek tek izole edilebilir).

Farklı yollar arasında iletişim

Asitler ve bazlar

Kimyasal süreçleri tanımlamak için "asit" ve "baz" kavramlarının yaygın olarak kullanılmasına rağmen, maddelerin asit veya baz olarak sınıflandırılmasına yönelik tek bir yaklaşım yoktur. Mevcut teoriler ( iyonik teori S. Arrhenius, protolitik teori I. Bronsted ve T. Lowry Ve elektronik teori G.Lewis) belirli sınırlamalara sahiptir ve bu nedenle yalnızca belirli durumlarda geçerlidir. Bu teorilerin her birine daha yakından bakalım.

Arrhenius teorisi.

Arrhenius'un iyon teorisinde, "asit" ve "baz" kavramları elektrolitik ayrışma süreciyle yakından ilişkilidir:

Bir asit, H + iyonları oluşturmak üzere çözeltilerde ayrışan bir elektrolittir;

Baz, OH - iyonları oluşturmak üzere çözeltilerde ayrışan bir elektrolittir;

Amfolit (amfoterik elektrolit), hem H + iyonları hem de OH - iyonları oluşturmak için çözeltilerde ayrışan bir elektrolittir.

Örneğin:

AÇIK ⇄ H + + A - nH + + MeO n n - ⇄Me (OH) n ⇄Me n + + nOH -

İyonik teoriye göre, hem nötr moleküller hem de iyonlar asit olabilir, örneğin:

HF⇄H++F-

H 2 PO 4 - ⇄ H + + HPO 4 2 -

NH4 + ⇄H + + NH3

Gerekçeler için de benzer örnekler verilebilir:

KOH K + + OH -

- ⇄Al(OH) 3 + OH -

+ ⇄Fe 2+ + OH -

Amfolitler, çinko, alüminyum, krom ve diğerlerinin hidroksitlerini ve ayrıca amino asitleri, proteinleri, nükleik asitleri içerir.

Genel olarak, çözeltideki asit-baz etkileşimi, bir nötralizasyon reaksiyonuna indirgenir:

H + + OH - H 2 O

Bununla birlikte, bir dizi deneysel veri iyonik teorinin sınırlamalarını göstermektedir. Böylece amonyak, organik aminler, Na 2 O, CaO gibi metal oksitler, zayıf asitlerin anyonları vb. su yokluğunda, hidroksit iyonları içermemesine rağmen tipik bazların özelliklerini sergilerler.

Öte yandan, bileşimlerinde hidrojen iyonu bulunmayan birçok oksit (SO 2 , SO 3 , P 2 O 5 , vb.), halojenürler, asit halojenürler, suyun yokluğunda bile asidik özellikler gösterir, yani. bazlar nötralize edilir.

Ek olarak, bir elektrolitin sulu bir çözeltideki ve sulu olmayan bir ortamdaki davranışı zıt olabilir.

Bu nedenle, sudaki CH3COOH zayıf bir asittir:

CH 3 COOH⇄CH 3 COO - + H +,

ve sıvı hidrojen florürde bir bazın özelliklerini sergiler:

HF + CH 3 COOH⇄CH 3 COOH 2 + +F -

Bu tür tepkimeler ve özellikle susuz çözücülerde meydana gelen tepkimeler üzerine yapılan çalışmalar, daha genel asit ve baz teorilerine yol açmıştır.

Bronsted ve Lowry Teorisi.

Asitler ve bazlar teorisinin daha ileri bir gelişimi, I. Bronsted ve T. Lowry tarafından önerilen protolitik (proton) teorisiydi. Bu teoriye göre:

Bir asit, molekülleri (veya iyonları) bir proton bağışlayabilen herhangi bir maddedir, yani. proton donörü olmak;

Baz, molekülleri (veya iyonları) bir proton bağlayabilen herhangi bir maddedir, yani. bir proton alıcısı olmak;

Böylece, temel kavramı, aşağıdaki reaksiyonlarla onaylanan önemli ölçüde genişletilir:

OH - + H + H2O

NH3 + H + NH4 +

H 2 N-NH 3 + + H + H 3 N + -NH 3 +

I. Bronsted ve T. Lowry'nin teorisine göre, bir asit ve bir baz konjuge bir çift oluşturur ve denge ile bağlanır:

ASİT ⇄ PROTON + BAZ

Proton transfer reaksiyonu (protolitik reaksiyon) tersinir olduğundan ve ters işlemde bir proton da transfer edildiğinden, reaksiyon ürünleri birbirine göre asit ve bazdır. Bu bir denge süreci olarak yazılabilir:

AÇIK + B ⇄ VN + + A -,

burada HA bir asit, B bir bazdır, BH+, B bazı ile konjuge bir asittir, A - asit HA ile konjuge bir bazdır.

Örnekler

1) reaksiyonda:

HCl + OH - ⇄Cl - + H20,

HCl ve H20 asitlerdir, Cl - ve OH - karşılık gelen eşlenik bazlardır;

2) reaksiyonda:

HSO 4 - + H 2 O⇄SO 4 2 - + H 3 O +,

HSO 4 - ve H30 + - asitleri, S04 2 - ve H 2 O - bazları;

3) reaksiyonda:

NH4 + + NH2 - ⇄ 2NH3,

NH4+ bir asittir, NH2 - bir bazdır ve NH3 hem asit (bir molekül) hem de bir baz (başka bir molekül) olarak işlev görür, yani. amfoterisite belirtileri gösterir - bir asit ve bir bazın özelliklerini sergileme yeteneği.

Su ayrıca şu yeteneğe de sahiptir:

2H 2 O ⇄ H 3 O + + OH -

Burada, bir H2O molekülü bir proton (baz) bağlar, bir konjugat asit - hidronyum iyonu H30 + oluşturur, diğeri bir proton (asit) verir ve bir konjuge baz OH - oluşturur. Bu süreç denir otoprotoliz.

Yukarıdaki örneklerden, Arrhenius'un fikirlerinin aksine, Brönsted ve Lowry teorisinde, asitlerin bazlarla reaksiyonlarının karşılıklı nötrleşmeye yol açmadığı, ancak yeni asit ve bazların oluşumuna eşlik ettiği görülebilir. .

Ayrıca, protolitik teorinin "asit" ve "baz" kavramlarını bir özellik olarak değil, söz konusu bileşiğin protolitik reaksiyonda gerçekleştirdiği bir fonksiyon olarak gördüğü belirtilmelidir. Aynı bileşik, belirli koşullar altında bir asit olarak ve diğer koşullar altında bir baz olarak reaksiyona girebilir. Bu nedenle, sulu bir CH3COOH çözeltisinde bir asitin özelliklerini ve% 100 H2S04'te - bir baz sergiler.

Bununla birlikte, avantajlarına rağmen, Arrhenius teorisi gibi protolitik teori, hidrojen atomu içermeyen ancak aynı zamanda bir asit işlevi gösteren maddelere uygulanamaz: bor, alüminyum, silikon ve kalay halojenürler. .

Lewis teorisi.

Maddelerin asitler ve bazlar olarak sınıflandırılmasına ilişkin farklı bir yaklaşım, Lewis'in elektronik teorisiydi. Elektronik teori içinde:

asit, bir elektron çifti (elektron alıcısı) bağlayabilen bir parçacıktır (molekül veya iyon);

Baz, bir elektron çifti (elektron donörü) bağışlayabilen bir parçacıktır (molekül veya iyon).

Lewis'e göre, bir asit ve bir baz, bir verici-alıcı bağı oluşturmak için birbirleriyle etkileşime girer. Bir çift elektronun eklenmesinin bir sonucu olarak, elektron eksikliği olan bir atom tam bir elektronik konfigürasyona sahiptir - bir elektron sekizlisi. Örneğin:

Nötr moleküller arasındaki reaksiyon benzer şekilde temsil edilebilir:

Lewis teorisi açısından nötralizasyon reaksiyonu, bu çifti barındırmak için serbest bir yörünge sağlayan bir hidrojen iyonuna bir hidroksit iyonunun bir elektron çiftinin eklenmesi olarak kabul edilir:

Böylece, Lewis teorisi açısından bir elektron çiftini kolayca bağlayan protonun kendisi bir asit işlevini yerine getirir. Bu bağlamda Bronsted asitleri, Lewis asitleri ve bazlar arasındaki reaksiyon ürünleri olarak düşünülebilir. Dolayısıyla HCl, H + asidinin Cl - bazıyla nötrleştirilmesinin ürünüdür ve H + asidinin H 2 O bazıyla nötrleştirilmesinin bir sonucu olarak H 3 O + iyonu oluşur.

Lewis asitleri ve bazlar arasındaki reaksiyonlar da aşağıdaki örneklerle gösterilmiştir:

Lewis bazları ayrıca halojenür iyonları, amonyak, alifatik ve aromatik aminler, R2CO tipi oksijen içeren organik bileşikler (burada R bir organik radikaldir) içerir.

Lewis asitleri bor, alüminyum, silikon, kalay ve diğer elementlerin halojenürlerini içerir.

Açıkçası, Lewis'in teorisinde "asit" kavramı daha geniş bir kimyasal bileşik yelpazesini içerir. Bu, Lewis'e göre, bir maddenin asit sınıfına atanmasının yalnızca elektron alıcı özelliklerini belirleyen molekülünün yapısından kaynaklanması ve mutlaka hidrojenin varlığı ile ilişkili olmaması gerçeğiyle açıklanır. atomlar. Hidrojen atomu içermeyen Lewis asitlerine denir. aprotik.

ÇÖZÜMLER

Genel bilgi

Çözümler - Bunlar, iki veya daha fazla maddeden oluşan, değişken bileşimli homojen sistemlerdir. bileşenler. Agregasyon durumuna göre çözeltiler gaz (hava), sıvı (kan, lenf) ve katı (alaşımlar) olabilir. Tıpta, canlı organizmaların yaşamında istisnai bir rol oynayan sıvı çözeltiler büyük önem taşımaktadır. Gıdaların özümsenmesi ve atık ürünlerin vücuttan atılması süreçleri, çözeltilerin oluşumu ile ilişkilidir. Çok sayıda ilaç çözelti şeklinde uygulanır.

Sıvı çözeltilerin kalitatif ve kantitatif tanımı için, terimler "çözücü" Ve "çözünür", bazı durumlarda böyle bir bölünme oldukça şartlı olsa da. Bu nedenle, tıbbi alkol (sudaki %96 etanol çözeltisi) daha çok, suyun alkol içindeki bir çözeltisi olarak düşünülmelidir. Tüm çözücüler inorganik ve organik olarak ayrılır. En önemli inorganik çözücü (ve biyolojik sistemler söz konusu olduğunda tek çözücü) sudur. Bu, suyun polarite, düşük viskozite, moleküllerin birleşme eğilimi ve nispeten yüksek kaynama ve erime noktaları gibi özelliklerinden kaynaklanmaktadır. Organik çözücüler ikiye ayrılır. kutupsal(alkoller, aldehitler, ketonlar, asitler) ve polar olmayan(heksan, benzen, karbon tetraklorür).

Çözünme süreci, çözücünün doğasına ve çözünenin özelliklerine eşit olarak bağlıdır. Açıkçası, çözelti oluşturma yeteneği farklı maddelerde farklı şekillerde ifade edilir. Bazı maddeler birbirleriyle herhangi bir miktarda (su ve etanol), diğerleri - sınırlı miktarlarda (su ve fenol) karıştırılabilir. Ancak unutulmamalıdır ki: kesinlikle çözünmeyen maddeler yoktur!

Bir maddenin belirli bir çözücü içinde çözünme eğilimi basit bir başparmak kuralı kullanılarak belirlenebilir: benzeri, benzerine dönüşür. Gerçekten de, iyonik (tuzlar, alkaliler) veya polar (alkoller, aldehitler) tipi bağa sahip maddeler, polar çözücülerde, örneğin suda yüksek oranda çözünür. Tersine, O2 ve C6H6 molekülleri polar olmadığından, oksijenin benzendeki çözünürlüğü sudakinden daha yüksektir.

Belirli bir çözücü türü için bir bileşiğin afinite derecesi, kurucu fonksiyonel gruplarının doğası ve nicel oranı analiz edilerek değerlendirilebilir. hidrofilik(su çeken) ve hidrofobik(suyu itin). Hidrofilik, hidroksil (-OH), karboksil (-COOH), tiyol (-SH), amino (-NH 2) gibi polar grupları içerir. Polar olmayan gruplar hidrofobik olarak kabul edilir: alifatik (-CH3, -C2H5) ve aromatik (-C6H5) serilerinin hidrokarbon radikalleri. Hem hidrofilik hem de hidrofobik gruplar içeren bileşiklere denir. difilik. Bu tür bileşikler arasında amino asitler, proteinler, nükleik asitler bulunur.

çözüm teorileri

Şu anda, iki ana çözüm teorisi bilinmektedir: fiziksel ve kimyasal.

Çözümlerin fiziksel teorisi.

Çözümlerin fiziksel teorisi, S. Arrhenius (1883) ve J. G. van't Hoff (1885) tarafından önerildi. Bu teoride, çözücü, çözünmüş maddenin parçacıklarının (moleküller, iyonlar) düzgün bir şekilde dağıldığı kimyasal olarak inert bir ortam olarak kabul edilir. Bu durumda, hem çözünen maddenin parçacıkları arasında hem de çözücünün molekülleri ile çözünen maddenin parçacıkları arasında moleküller arası etkileşim olmadığı varsayılır. Ancak daha sonra sadece küçük bir çözüm grubunun davranışının bu modelin şartlarını sağladığı ortaya çıktı. ideal. Özellikle gaz karışımları ve elektrolit olmayanların çok seyreltik çözeltileri ideal çözümler olarak kabul edilebilir.

Yukarıda saf suyun reaksiyonunun nötr olduğu gösterilmiştir (pH = 7). Asit ve bazların sulu çözeltileri sırasıyla asidik (pH)< 7) и щелочную (рН >7) reaksiyon. Bununla birlikte, uygulama, yalnızca asitlerin ve bazların değil, aynı zamanda tuzların da alkali veya asidik reaksiyona sahip olabileceğini göstermektedir - bunun nedeni tuzların hidrolizidir. Tuzların su ile etkileşimi sonucunda asit (veya asit tuzu) ve baz (veya bazik tuz) oluşumuna tuz hidrolizi denir. Aşağıdaki ana tipteki tuzların hidrolizini göz önünde bulundurun: 1. Güçlü bir baz ve güçlü bir asidin (örneğin, KBr, NaNO3) tuzları suda çözündüklerinde hidrolize olmazlar ve tuz çözeltisi nötr bir reaksiyona sahiptir ....

Çözünmüş veya erimiş haldeki bazı maddelerin elektrik akımını ilettiği, diğerlerinin ise aynı koşullar altında akımı iletmediği iyi bilinmektedir. Bu basit bir aletle gözlemlenebilir. Tellerle bir elektrik şebekesine bağlanan karbon çubuklardan (elektrotlar) oluşur. Devrede, devrede akımın varlığını veya yokluğunu gösteren bir elektrik ampulü bulunur. Elektrotlar şeker çözeltisine daldırılırsa lamba yanmaz. Ancak bir sodyum klorür çözeltisine indirilirlerse parlak bir şekilde yanacaktır. Çözeltilerde iyonlara ayrışan veya eriyen ve dolayısıyla elektriği ileten maddelere elektrolit denir. Aynı koşullar altında iyonlara ayrışmayan ve elektrik akımını iletmeyen maddelere elektrolit olmayan maddeler denir. Elektrolitler arasında asitler, bazlar ve hemen hemen tüm tuzlar, elektrolit olmayanlar - çoğu organik bileşik, ...

Elektrolitlerin sulu çözeltilerinin özelliklerini açıklamak için, 1887'de İsveçli bilim adamı S. Arrhenius, elektrolitik ayrışma teorisini önerdi. Daha sonra birçok bilim adamı tarafından atomların yapısı ve kimyasal bağ teorisi temelinde geliştirilmiştir. Bu teorinin mevcut içeriği aşağıdaki üç önermeye indirgenebilir: 1. Suda çözündüğünde, elektrolitler pozitif ve negatif iyonlara ayrışır (ayrışır). İyonlar, atomlardan daha kararlı elektronik hallerdedir. Bir atomdan oluşabilirler - bunlar basit iyonlardır (Na +, Mg2 +, Al3 +, vb.) - veya birkaç atomdan - bunlar karmaşık iyonlardır (NO3-, SO2-4, ROZ-4, vb.). 2. Bir elektrik akımının etkisi altında, iyonlar yönlendirilmiş bir hareket kazanırlar: pozitif yüklü iyonlar katoda doğru hareket eder, negatif yüklü olanlar anoda doğru hareket eder. Bu nedenle, birincisine katyon, ikincisine anyon denir. İyonların yönlendirilmiş hareketi, zıt yüklü elektrotlar tarafından çekimlerinin bir sonucu olarak meydana gelir. 3. Ayrışma tersine çevrilebilir bir süreçtir: moleküllerin iyonlara parçalanmasına (ayrışma) paralel olarak, iyonların birleştirilmesi (birleşme) süreci devam eder. Bu nedenle elektrolitik ayrışma denklemlerinde eşittir işareti yerine tersinirlik işareti konur. Örneğin,…

Elektrolitik ayrışma mekanizması sorusu esastır. İyonik bağı olan maddeler en kolay ayrışır. Bildiğiniz gibi bu maddeler iyonlardan oluşur. Çözündüklerinde, suyun dipolleri kendilerini pozitif ve negatif iyonların etrafına yönlendirir. Suyun iyonları ve dipolleri arasında karşılıklı çekim kuvvetleri ortaya çıkar. Bunun sonucunda iyonlar arasındaki bağ zayıflar ve iyonların kristalden çözeltiye geçişi gerçekleşir. ...

Elektrolitik ayrışma teorisi kullanılarak tanımlar verilmiş ve asitlerin, bazların ve tuzların özellikleri açıklanmıştır. Elektrolitlere asit denir, ayrışma sırasında katyon olarak sadece hidrojen katyonları oluşur H3PO4 H+ + H2PO-4 (birinci aşama) H2PO-4 H+ + HPO2-4 (ikinci aşama) HPO2-4 H+ PO3-4 (üçüncü aşama) Bir polibazik asidin ayrışması, esas olarak birinci aşamada, daha az ölçüde ikinci aşamada ve sadece küçük bir ölçüde üçüncü aşamada ilerler. Bu nedenle, örneğin fosforik asidin sulu bir çözeltisinde, H3P04 molekülleri ile birlikte, iyonlar (ardışık olarak azalan miktarlarda) H2P02-4, HPO2-4 ve PO3-4 vardır. Bazlar, ayrışma sırasında anyon olarak sadece hidroksit iyonlarının oluştuğu elektrolitler olarak adlandırılır. Örneğin: KOH K+ + OH—;…

Elektrolitik ayrışma tersine çevrilebilir bir süreç olduğundan, elektrolit çözeltileri iyonlarıyla birlikte moleküller içerir. Bu nedenle, elektrolit çözeltileri ayrışma derecesi ile karakterize edilir (Yunanca alfa α harfi ile gösterilir). Ayrışma derecesi, iyonlara bozunan molekül sayısının N' toplam çözünmüş molekül sayısına oranıdır N: Elektrolitin ayrışma derecesi ampirik olarak belirlenir ve bir birimin kesirleri veya yüzde olarak ifade edilir. α = 0 ise ayrışma olmaz ve α = 1 veya %100 ise elektrolit tamamen iyonlara ayrışır. α = %20 ise, bu, bu elektrolitin 100 molekülünden 20'sinin iyonlara ayrıştığı anlamına gelir. Farklı elektrolitlerin farklı derecelerde ayrışmaları vardır. Deneyimler, elektrolit konsantrasyonuna ve sıcaklığa bağlı olduğunu göstermektedir. Elektrolit konsantrasyonunun azalmasıyla, ...

Elektrolitik ayrışma teorisine göre, sulu elektrolit çözeltilerindeki tüm reaksiyonlar, iyonlar arasındaki reaksiyonlardır. Bunlara iyonik reaksiyonlar denir ve bu reaksiyonların denklemlerine iyonik denklemler denir. Moleküler biçimde yazılmış reaksiyon denklemlerinden daha basittirler ve daha geneldirler. İyonik reaksiyon denklemlerini derlerken, zayıf ayrışmış, az çözünür (çökelti) ve gaz halindeki maddelerin moleküler biçimde yazıldığı gerçeğine rehberlik edilmelidir. Bir maddenin formülünde yer alan ↓ işareti, bu maddenin reaksiyon küresini çökelti şeklinde terk ettiğini, işareti ise maddenin reaksiyon küresinden gaz halinde çıktığını gösterir. Tamamen ayrışan güçlü elektrolitler iyon olarak kaydedilir. Denklemin sol tarafındaki elektrik yüklerinin toplamı, sağ taraftaki elektrik yüklerinin toplamına eşit olmalıdır. Bu hükümleri pekiştirmek için iki örnek düşünün. Örnek 1. Moleküler ve iyonik formlarda demir (III) klorür ve sodyum hidroksit çözeltileri arasındaki reaksiyon denklemlerini yazın. Problemin çözümünü dört aşamaya ayıralım. 1….

KH2O = 1.10-4 Su için bu sabit, yalnızca sıcaklığa bağlı olan suyun iyonik ürünü olarak adlandırılır. Suyun ayrışması sırasında her H+ iyonu için bir OH– iyonu oluşur, bu nedenle saf suda bu iyonların konsantrasyonları aynıdır: [H+] = [OH–]. Suyun iyonik ürününün değerini kullanarak şunu buluruz: \u003d [OH -] \u003d mol / l. Bunlar H+ ve OH- iyonlarının konsantrasyonlarıdır…

1.2 ÇÖZÜM TEORİSİNİN GELİŞİMİNDE ANA YÖNLER

Çözümlerin fiziksel teorisi. Antik çağlardan beri çözümlerin doğasına ilişkin görüşlerin gelişimi, bilim ve üretimin genel gelişim seyri ve ayrıca farklı maddeler arasındaki kimyasal afinitenin nedenleri hakkında felsefi fikirlerle ilişkilendirilmiştir. 17. ve 18. yüzyılın ilk yarısında. Parçacıklı çözümler teorisi, doğa bilimleri ve felsefe alanında yaygınlaştı. Bu teoride, çözünme işlemi, çözücünün tanecikleri cisimlerin gözeneklerine girdiğinde ve çözücünün gözeneklerini işgal eden tek bir çözelti oluşturan çözünmüş maddenin parçacıklarını kopardığında mekanik bir süreç olarak kabul edildi. Bu tür fikirler, başlangıçta, belirli bir çözücünün tüm maddeleri değil, sadece bazılarını çözebileceği gerçeğini tatmin edici bir şekilde açıkladı.

19. yüzyılın başlarında Bir dizi çalışmanın genelleştirilmesi olan fiziksel bir çözüm teorisinin geliştirilmesi için ön koşullar yaratılmaktadır. Esas olarak J. Van't Hoff, S. Arrhenius ve W. Ostwald'ın çalışmalarına dayanarak ortaya çıkan fiziksel çözelti teorisi, seyreltik çözeltilerin özelliklerinin (ozmotik basınç, artışta bir artış) deneysel bir çalışmasına dayanıyordu. kaynama noktası, bir çözeltinin donma noktasında bir azalma, bir çözelti üzerinde buhar basıncında bir azalma) , esas olarak çözünenin konsantrasyonuna bağlıdır ve doğasına bağlı değildir. Osmoz, bir çözücünün, içinden çözücünün girebildiği, ancak içinden çözünenin geçemediği yarı geçirgen bir bölmeyle ayrılmış bir çözeltiye kendiliğinden nüfuz etmesidir.

Yarı geçirgen bir bölme ile ayrılan çözelti ve çözücü iki faz olarak düşünülebilir. Bölmenin her iki tarafındaki çözücünün dengesi, çözeltideki kimyasal potansiyelinin (ilave basıncın uygulandığı) ve saf bir çözücünün kimyasal potansiyelinin eşitliği ile ifade edilir.

Nicel yasalar (van't Hoff, Raoult), seyreltik çözeltilerde çözünenin moleküllerinin ideal bir gazın moleküllerine benzer olduğu devamında yorumlandı. Elektrolit çözeltileri için gözlemlenen bu yasalardan sapmalar, S. Arrhenius tarafından elektrolitik ayrışma teorisi temelinde açıklanmıştır.

Yüksek oranda seyreltik çözeltiler ile gazlar arasındaki analoji, birçok bilim insanına o kadar inandırıcı göründü ki, çözünme sürecini fiziksel bir eylem olarak görmeye başladılar. Bu bilim adamlarının bakış açısından, çözücü yalnızca çözünen parçacıkların yayılabileceği bir ortamdır. Fiziksel çözümler teorisinin temsillerinin basitliği ve çözümlerin birçok özelliğini açıklamak için başarılı bir şekilde uygulanması, bu teorinin hızlı başarısını sağlamıştır.

Çözümlerin kimyasal teorisi. DI. Mendeleev ve takipçileri, çözelti oluşumu sürecini, bileşenlerin parçacıkları arasındaki etkileşim ile karakterize edilen bir tür kimyasal süreç olarak gördüler. DI. Mendeleev, çözeltileri, aralarında oluşan ve kısmi ayrışma durumunda olan bir çözücü, çözünen ve kararsız kimyasal bileşiklerin parçacıkları tarafından oluşturulan sistemler olarak kabul etti. DI. Mendeleev, bir çözeltide meydana gelen süreçlerin doğası gereği dinamik olduğunu ve çözeltiyi oluşturan parçacıkların özellikleri ile ilgili tüm fiziksel ve kimyasal bilgilerin kullanılması gerektiğini kaydederek, çözeltinin tüm bileşenlerinin eşit ve dikkate alınmadan eşit olduğunu vurguladı. her birinin özelliklerini ve durumlarını hesaba katarak, bir bütün olarak eksiksiz bir karakterizasyon sistemi vermek imkansızdır. Bilim adamı, sıcaklık, basınç, konsantrasyonun bir fonksiyonu olarak çözeltilerin özelliklerinin araştırılmasına büyük önem verdi; Karışık çözücülerdeki çözeltilerin özelliklerini inceleme ihtiyacı fikrini ilk dile getiren oydu. D.I.'nin öğretilerini geliştirmek. Çözeltilerin doğasının kimyasal görüşünün destekçileri olan Mendeleev, çözünmüş maddenin parçacıklarının bir boşlukta hareket etmediğini, ancak etkileşime girdikleri çözücünün parçacıkları tarafından işgal edilen alanda farklı maddelerle karmaşık bileşikler oluşturduğuna dikkat çekti. istikrar. D.I. Mendeleev teorisinin gelişimi, homojen ve heterojen moleküllerden bir sıvı içinde temel uzay gruplarının-polihedranın yaratıldığına göre, çözelti oluşumunun çokyüzlü teorisidir. Bununla birlikte, kimya teorisi ideal çözümlerin oluşum mekanizmasını, gerçek çözümlerin özelliklerinde ideal çözümlerin özelliklerinden sapmaları açıklayamaz.

Kimyasal çözelti teorisinin gelişimi, bir çözücünün bir çözünen ile etkileşimi hakkında tek bir fikirle birleştirilen birkaç yönde ilerledi. Bu çalışmalar, özellik-bileşim diyagramlarının çalışmasına, çözeltiler üzerindeki buhar basıncının çalışmasına, maddelerin iki çözücü arasındaki dağılımına ve çözeltilerin termokimyasına dayalı olarak çözeltide belirli bileşiklerin bulunmasıyla ilgiliydi. Çözeltilerdeki bileşiklerin belirlenmesi çalışmaları büyük zorluklarla ilişkilendirildi, çünkü sulu çözeltilerde karmaşık bileşiklerin (hidratların) varlığının doğrudan deneyle kanıtlanması imkansızdı, çünkü bunlar bir ayrışma durumundalar ve onları izole etmeye çalışıyorlar. ayrıştırılmamış bir biçimdeki çözümler başarısızlıkla sonuçlandı. Termodinamik çalışmalar, çözeltilerin kimyasal teorisini doğrulamak için büyük önem taşıyordu. Birçok sistemde, bir çözeltinin oluşumu sırasında, bileşenler arasındaki kimyasal etkileşim ile açıklanan sistemin soğuması veya ısınmasının gözlemlendiği gösterilmiştir. Çözünme sürecinin kimyasal yapısı, hem çözelti üzerindeki buhar basıncının çalışmaları hem de maddelerin iki çözücü arasındaki dağılımının incelenmesiyle doğrulandı.

20. yüzyılın başlarında Çözümlerin, birleşme, ayrışma, kompleks oluşum fenomeninin gözlemlendiği karmaşık sistemler olduğunu gösteren kapsamlı deneysel materyal birikmiştir ve çalışmalarında, bir çözeltide mevcut ve oluşan parçacıklar arasındaki her türlü etkileşimi hesaba katmak gerekir.

Çok çeşitli çözümler nedeniyle, doğalarını ve özelliklerini açıklamak için hem fiziksel hem de kimyasal çözümler teorisi kullanılır.

kimyada adsorpsiyon

Modern doğa bilimi kavramları (kimyasal bileşen)

Kimyanın temel yasaları ve stokiyometrik hesaplamalar

Birçok reaksiyonun nicel (kütle veya hacme göre) incelenmesi ve deneysel sonuçların açıklanması, stokiyometrik yasalara yol açar. Kimyadaki ana fiziksel miktar, bir maddenin miktarıdır. 1 Ocak 1963'ten beri...

Polimer çözeltilerinden film elde etmenin temel fizikokimyasal düzenlilikleri

Çözeltilerdeki polimerler, özellikle konsantre olanlar, hem polimerin çözücü ile etkileşiminin doğasına hem de çözeltinin bulunduğu koşullara (sıcaklık ...

PF-060 alkid vernik bazlı kaplamalarda optimum pigment içeriğini arayın

Amacı yeni etkili düşük toksik korozyon önleyici pigmentlerin araştırılması olan "Vernik, boya ve kaplamaların kimyasal teknolojisi" bölümünde yürütülen araştırma...

Biyogaz üretimi

Biyogazda yeterince yüksek metan içeriği ve buna bağlı olarak yüksek kalorifik değer, biyogazın kullanımı için geniş fırsatlar sunar...

AlPO4 + SiO2 katalizörleri üzerinde metanolün dehidrasyonu ile dimetil eter elde edilmesi

Kimya endüstrisinde hidrojen esas olarak metanol ve amonyak sentezi için kullanılır. Bu endüstrideki hidrojenin geri kalanı diğer kimya endüstrilerinde kullanılmaktadır: örneğin...

AlPO4 + SiO2 katalizörleri üzerinde metanolün dehidrasyonu ile dimetil eter elde edilmesi

Karbon monoksit kullanımına yönelik en büyük ölçekli işlemler, olefinlerin hidroformasyonu, asetik asit üretmek için metanolün karbonilasyonu, doymamış ve dallı karboksilik asitlerin sentezidir...

AlPO4 + SiO2 katalizörleri üzerinde metanolün dehidrasyonu ile dimetil eter elde edilmesi

Dimetil eter şu anda esas olarak çevre dostu bir aerosol kutu doldurucusu olarak kullanılmaktadır...

Menedeleev'in dünya biliminin gelişimindeki rolü

DI. Mendeleev, adını oluşturan dört konu olduğunu yazdı: üç bilimsel keşif (periyodik yasa, kimyasal çözümler teorisi ve gaz elastikiyeti çalışması) ve ayrıca "Kimyanın Temelleri" - bir ders kitabı monografisi, belki eşittir...

Polimer çözeltilerinin oluşumunun teorileri ve termodinamiği

Teorileri ele alırken, matematiksel hesaplamalar üzerinde değil, sadece ana noktalar üzerinde durulacaktır: ana varsayımlar ve parametreler, temel denklemlerin türü, teorilerin avantajları ve dezavantajları. Tüm diziden...

Kromatografik sürecin fiziksel ve kimyasal temelleri

Kromatografi teorisinin görevi, kromatografik bölgelerin hareket ve bulanıklık yasalarını oluşturmaktır. Kromatografi teorilerinin sınıflandırılmasının altında yatan ana faktörler ...

Adsorpsiyon işleminin özellikleri

Farklı faz arayüzlerinde her türlü adsorpsiyon türünü yeterince açıklayacak birleşik bir teori yoktur; Bu nedenle, en yaygın adsorpsiyon teorilerinden bazılarını ele alalım ...

Krom alt grubunun elementlerinin karmaşık bileşiklerinin kimyası

Tıpkı kimyanın gelişiminin flojiston teorisi tarafından ve organik kimyanın gelişiminin "yaşam gücü" kavramı tarafından geciktirilmesi gibi...

Konu 7. Çözümler. Dispers sistemler

Dersler 15-17 (6 saat)

Derslerin amacı: solvat (hidrat) çözünme teorisinin ana hükümlerini incelemek; çözümlerin genel özellikleri (Raoult yasaları, van't Hoff, ozmotik basınç, Arrhenius denklemi); sıvı çözelti türleri, çözünürlüğü tanımlar; zayıf elektrolitlerin özelliklerini göz önünde bulundurun (çözünürlük sabiti, Ostwald seyreltme yasası, suyun iyonik ürünü, ortamın pH'ı, çözünürlük ürünü); güçlü elektrolitlerin özellikleri (Debye-Hückel teorisi, çözeltinin iyonik gücü); dağınık sistemlerin bir sınıflandırmasını verir; kolloidal çözeltilerin stabilitesi, pıhtılaşma, peptizasyon, kolloid-dağılmış sistemlerin elde edilmesi ve kolloid-dağılmış sistemlerin (moleküler-kinetik, optik ve elektro-kinetik) özelliklerini dikkate alır.

İncelenen konular:

7.1. Solvat (hidrat) çözünme teorisi.

7.2. Çözümlerin genel özellikleri.

7.3. Sıvı çözelti türleri. çözünürlük

7.4. Zayıf elektrolitlerin özellikleri.

7.5. Güçlü elektrolitlerin özellikleri.

7.6. Dağınık sistemlerin sınıflandırılması.

7.7. Kolloid-dağılmış sistemlerin elde edilmesi.

7.8. Kolloidal çözeltilerin kararlılığı. pıhtılaşma. Peptizasyon.

7.9. Kolloid-dispers sistemlerin özellikleri.

Çözümler Bileşimi çözünürlüğün izin verdiği oldukça geniş bir aralıkta değişebilen iki veya daha fazla maddeden oluşan homojen sistemler olarak adlandırılır. Herhangi bir çözüm birkaç bileşenden oluşur: bir çözücü ( FAKAT) ve bir veya daha fazlasının ( İÇİNDE).

Bileşen- bu, kimyasal özelliklerde homojen olan, ondan izole edilebilen ve keyfi olarak uzun bir süre serbest biçimde var olan bir termodinamik sistemin bir parçasıdır.

çözücü konsantrasyonu çözeltideki diğer bileşenlerin konsantrasyonundan daha yüksek olan bir bileşendir. Çözeltilerin oluşumu sırasında faz durumunu korur.

Herhangi bir çözelti, yoğunluk, kaynama noktası, donma noktası, viskozite, yüzey gerilimi, çözelti üzerindeki solvent basıncı, ozmotik basınç, vb. gibi özelliklerle karakterize edilir. Bu özellikler basınç, sıcaklık, bileşim (konsantrasyon) değişiklikleri ile sorunsuz bir şekilde değişir. Bir çözeltinin konsantrasyonu, belirli bir çözelti veya çözücü ağırlığı veya belirli bir hacim çözeltisi içinde bulunan bir maddenin miktarını gösterir. Kimyada, çözeltilerin konsantrasyonunu ifade etmek için çeşitli yöntemler kullanılır:

Çözünen maddenin kütle oranı (yüzde konsantrasyon (w)) bir çözünenin gram sayısını gösterir ( ben) 100 g çözelti içinde ( m p), olarak ifade edildi %:

Molar konsantrasyon (C) 1 dm³ çözeltideki (V) çözünenin (n) mol sayısını gösterir:

Mol / dm³ cinsinden ifade edilir, örneğin, C (1 / 1H 2 SO 4) \u003d 0.1 mol / dm³.

Molar eşdeğer konsantrasyon 1 dm³ çözelti (V) içindeki bir çözünenin mol eşdeğeri sayısıdır:

Mol/dm³ cinsinden ifade edilir. Örneğin, C (1 / 2H 2 SO 4) \u003d 0.1 mol / dm³; C (1/5 KMnO 4) \u003d 0.02 mol / dm³.

Eşdeğer kavramları, denklik faktörü (örneğin, f equiv (HCl) \u003d 1/1; f equiv (H 2 SO 4) \u003d 1/2; f equiv (Na 2 CO 3) \u003d 1/2; f equiv (KMnO 4) = 1/5) ve molar kütle eşdeğeri (örneğin, sodyum karbonat için: M(1/2 Na 2CO 3) = f eq M(Na 2CO 3) = 1/2 M( Na 2 CO 3)) girişte (2. paragraf) dikkate alınmıştır.

molalite (Santimetre) 1000 g çözücü (m p-la) içindeki bir çözünenin mol (n) sayısını gösterir:

Mol/kg solvent olarak ifade edilir, örneğin Cm (NaCl) = 0.05 mol/kg.

mol kesri bir maddenin mol sayısının bir çözeltideki mol sayıları toplamına oranıdır:

burada NA ve NB sırasıyla çözücünün ve çözünenin mol kesridir. Mol fraksiyonunun %100 ile çarpımı mol yüzdesidir, yani

N A + N B = 1. (7.6)

Pratik çalışmada, bir konsantrasyon biriminden diğerine hızla geçebilmek önemlidir, bu nedenle şunu hatırlamak önemlidir.

m r-ra = V r-ra ρ, (7.7)

burada m r-ra çözeltinin kütlesidir, g; V p-ra - çözeltinin hacmi, cm3; ρ, çözeltinin yoğunluğudur, g/cm3.

Çözünme süreci, çeşitli kimyasal yapıdaki parçacıklar (moleküller veya iyonlar) arasındaki etkileşimin en açık şekilde ortaya çıktığı karmaşık bir fiziksel ve kimyasal süreçtir.

Farklı kümelenme durumlarındaki birçok maddenin çözünme süreçleri, çözücü ve çözünen moleküllerinin polaritesinden büyük ölçüde etkilenir. Unutulmamalıdır ki, benzeri gibi çözülür. Polar çözücüler (su, gliserin) polar molekülleri (KCl, NH4Cl, vb.) çözer; polar olmayan çözücüler (toluen, benzin vb.) polar olmayan molekülleri (hidrokarbonlar, yağlar vb.) çözer.

Modern çözünme teorisi Van't Hoff ve S. Arrhenius'un fiziksel teorisine ve D. I. Mendeleev'in kimyasal teorisine dayanmaktadır. Bu teoriye göre çözülme süreci üç aşamadan oluşur:

1) çözünmüş bir maddenin parçacıkları arasındaki bağların mekanik olarak yok edilmesi, örneğin kristal tuz kafesinin yok edilmesi (bu fiziksel bir olgudur);

2) eğitim solvatlar (hidratlar), yani, çözücü moleküllü çözünen parçacıkların kararsız bileşikleri (bu kimyasal bir olgudur);

3) çözücü hacmi boyunca solvatlanmış (hidratlanmış) iyonların kendiliğinden bir difüzyon süreci (bu fiziksel bir işlemdir). Çözeltide, herhangi bir yüklü parçacık (iyon veya polar molekül) ile çevrilidir. çözme kabuğu uygun bir şekilde yönlendirilmiş solvent moleküllerinden oluşan . Çözücü su ise, terim nemlendirme kabuğu , ve fenomenin kendisi denir hidrasyon .

Çözeltilerin oluşum sürecine, hem endotermik hem de ekzotermik olabilen bir termal etki eşlik eder. Çözünmenin ilk aşaması her zaman ısının emilmesi ile gerçekleşir ve ikincisi hem ısının emilmesi hem de salınması ile gerçekleşebilir. Bu nedenle, çözünmenin toplam termal etkisi, solvatların (hidratlar) oluşumunun termal etkisine bağlıdır. Bir çözünen maddenin moleküllerinin veya iyonlarının bir çözücünün molekülleri ile kombinasyonu, esas olarak hidrojen bağlanması veya maddelerin polar moleküllerinin elektrostatik etkileşimi nedeniyle gerçekleştirilir. Solvatların (hidratların) bileşimi, çözünen maddenin sıcaklığına ve konsantrasyonuna bağlı olarak değişir. Artışları ile solvata (hidrat) dahil edilen çözücü moleküllerinin sayısı azalır. Böylece çözeltiler, mekanik karışımlar ve kimyasal bileşikler arasında bir ara konum işgal eder.

Çözümler teorisi, çözümlerin özelliklerini bileşenlerinin özelliklerinden tahmin etmeyi henüz mümkün kılmaz. Bu, çözücü molekülleri ve çözünen parçacıklar arasındaki etkileşimlerin son derece geniş çeşitliliği ve karmaşıklığı ile açıklanmaktadır. Çözümlerin yapısı, kural olarak, bireysel bileşenlerinin yapısından çok daha karmaşıktır.

Toplanma durumuna göre, tüm çözümler üç gruba ayrılır: gazların veya gaz karışımlarının içindeki gazların çözeltileri; sıvı çözeltiler; katı çözeltiler (metal alaşımları). Aşağıda, sadece sıvı çözeltiler dikkate alınacaktır.

19. yüzyılın sonunda, çözeltiler, çözücü ile çözünen arasında hiçbir etkileşimin olmadığı fiziksel varlıklar olarak kabul edildi. Çözeltinin oluşumu, çözünmüş maddenin parçacıklarının çözücünün kayıtsız ortamında dağılmasıyla açıklanmıştır. Bu görüşlerin kurucuları, J. van't Hoff, S. Arrenius ve W. Ostwald gibi tanınmış bilim adamlarıydı. 1887'de, büyük Rus kimyager D. I. Mendeleev, sayısız deneysel verilere dayanarak, kimyasal (hidrat) çözelti teorisini yarattı. Bu teorinin temeli, çözünmenin kimyasal doğası fikriydi. Çözeltide, çözünen ile çözücü arasında sıcaklık ve konsantrasyondaki değişikliklerle bileşimlerini değiştiren bileşikler oluşur. Bu bileşikler, D. I. Mendeleev hidratları veya solvatları ile adlandırılmıştır. Elde edilen hidratlar farklı güçlere sahiptir. Çoğu kararsızdır ve yalnızca çözümlerde bulunur. Bununla birlikte, bazı hidratlar o kadar güçlü bileşiklerdir ki, bir çözeltiden bir çözünen serbest bırakıldığında, su büyüyen kristale kimyasal olarak bağlı bir biçimde girer. Bu tür kristallere kristalli hidratlar ve bileşimlerinde bulunan suya kristalizasyon suyu adı verildi. Kristalli hidratların örnekleri CuS04 5H20'dir; Na2SO4 YuN20, vb. Ortaya çıkan bileşiklerin gücü, çözücü ile çözünen arasında hareket eden kuvvetler tarafından belirlenir. Bu kuvvetlerin doğası artık bilinmektedir. Solvatlar (hidratlar), iyon-dipol, dipol-dipol, donör-alıcı etkileşimi, hidrojen bağları ve ayrıca dispersiyon etkileşimi nedeniyle oluşur. Mendeleev, çözümlerin oluşumunda fiziksel faktörün rolünü inkar etmedi. Şunları yazdı: “Çözünmenin belirtilen iki yönü (fiziksel ve kimyasal) ve şimdiye kadar çözümlerin değerlendirilmesi için uygulanan hipotezler, kısmen farklı başlangıç ​​noktalarına sahip olsalar da, sonunda genel bir çözüm teorisine yol açacaktır, çünkü aynı genel yasalar hüküm sürer. hem fiziksel hem de kimyasal olaylar. D. I. Mendeleev'in görüşleri tamamen doğrulandı. Şu anda, çözünme işlemi fizikokimyasal bir işlem olarak kabul edilir ve çözeltiler fizikokimyasal sistemler olarak kabul edilir. D. I. Mendeleev'in kimyasal çözelti teorisi, maddelerin çözünme süreçleri sırasında meydana gelen termal etkilerin varlığını açıklamayı mümkün kıldı. Çözünme sürecinin (DNsolv) termal etkisi, bir maddenin kristal kafesini (DNre1:1) yok etmek için gereken ısının ve çözme işleminde açığa çıkan ısının (DNsolvat), yani. e. AHp^ önemli bir endotermik miktardır ve DNS0LV, değer olarak buna yakın bir ekzotermik miktardır. Buna dayanarak, çözünme işleminin termal etkisinin nihai işareti, bu parametrelerin her birinin katkısı ile belirlenecektir. Çözündüğünde endotermiktir. Bu, örneğin potasyum ve amonyum nitratlar, potasyum klorür vb. suda çözündüğünde gözlemlenebilir.Çözünme işlemi ekzotermik olduğunda. Buna bir örnek, kalsiyum ve magnezyum klorürlerin, sodyum ve potasyum hidroksitlerin vb. suda çözünmesidir.Bu nedenle, termal etkinin işareti, çözünen ve çözücünün doğası, birbirleriyle etkileşimlerinin derinliği ile belirlenir. . Bileşenler arasında kimyasal etkileşimin varlığı, çözünme sırasındaki hacimsel etkileri de açıklar. Yani 1 litre etil alkol 1 litre suda çözüldüğünde ortaya çıkan çözeltinin hacmi 2 litre değil 1,93 litredir. Bu durumda, hacimdeki azalma esas olarak su ve alkolün hidroksil grupları arasında hidrojen bağlarının oluşumundan kaynaklanmaktadır.