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, geçemediği, içinden geçemediği yarı geçirgen bir bölme ile ayrılan 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 şeklinde 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 çözüm 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...

Çözümler

Bileşenlerden biri mutlaka bir çözücüdür, geri kalan bileşenler çözünendir.

Çözücü, saf haliyle bir çözelti ile aynı duruma sahip bir maddedir. Bu tür birkaç bileşen varsa, çözücü, çözeltideki içeriği daha büyük olandır.

Çözümler:

1. Sıvı (suda NaCl çözeltisi, alkolde I 2 çözeltisi).

2. Gazlı (gaz karışımları, örneğin: hava - %21 O2 + %78 N2 + %1 diğer gazlar).

3. Katı (metal alaşımları, örneğin: Cu + N, Au + Ag).

Sıvı çözeltiler en yaygın olanlarıdır. Bir çözücü (sıvı) ve çözünenlerden (gaz halinde, sıvı, katı) oluşurlar.

sıvı çözeltiler

Bu tür çözümler olabilir sucul ve susuz.

sucul

susuz

Uzun bir süre, çözünmenin doğası hakkında iki görüş vardı: fiziksel ve kimyasal. Birincisine göre çözeltiler mekanik karışımlar, ikincisine göre ise çözünen ve çözücünün moleküllerinin kararsız kimyasal bileşikleri olarak kabul edildi. Son bakış açısı D.I. Mendeleev 1887'de ve şimdi evrensel olarak tanınmaktadır.

KİMYASAL ÇÖZÜMLER TEORİSİNİN TEMEL HÜKÜMLERİ Mendeleev tarafından oluşturulan , aşağıdakilere indirgenmiştir:

1. Bir çözeltinin oluşumu ve varlığı, hem zaten var olan hem de çözünme sırasında oluşan tüm parçacıklar arasındaki etkileşimlerden kaynaklanır.

2. Çözüm, bozunan bileşiklerin, kütle hareket yasasına göre bozunma ürünleriyle hareketli dengede olduğu dinamik bir sistemdir.

Bir madde çözündüğünde, “madde-çözücü” sisteminin enerjisindeki değişikliklerle ilişkili iki süreç meydana gelir:

1) çözünmüş maddenin yapısının tahrip edilmesi (bu durumda belirli bir enerji harcanır) - reaksiyon endotermiktir.

2) çözücünün çözünen partiküllerle etkileşimi (ısı açığa çıkar) - reaksiyon ekzotermiktir.

Bu termal etkilerin oranına bağlı olarak, maddenin çözünme süreci ekzotermik olabilir (∆H< O) или эндотермическим (∆H >Ö).

Çözeltinin ısısı ∆H, 1 mol madde çözündüğünde açığa çıkan veya emilen ısı miktarıdır.

Farklı maddelerin çözünme ısıları farklıdır. Bu nedenle, potasyum hidroksit veya sülfürik asit suda çözündüğünde, sıcaklık önemli ölçüde yükselir (∆H< O), а при растворении нитратов калия или аммония резко снижается (∆H >Ö).

Çözünme sırasında ısının salınması veya emilmesi, kimyasal bir reaksiyonun işaretidir. Bir çözünenin bir çözücü ile etkileşiminin bir sonucu olarak, denilen bileşikler oluşur. solvatlar (veya hidratlarçözücü su ise). Bu türden birçok bileşik kırılgandır, ancak bazı durumlarda kristalizasyon yoluyla çözeltiden kolayca ayrılabilen güçlü bileşikler oluşur.

Bu durumda, su molekülleri içeren kristalli maddeler düşer, bunlara denir. kristal hidratlar(örneğin: bakır sülfat CuSO 4 * 5 H20 - kristalli hidrat); kristalli hidratların bir parçası olan suya kristalizasyon suyu denir.

Hidrasyon kavramı (bir maddenin su ile bağlantısı) Rus bilim adamı I.A. Kablukov ve V.A. Kistyakovsky. Bu fikirler temelinde, çözümlere ilişkin kimyasal ve fiziksel bakış açıları birleştirildi.

Böylece, çözülme çözümler– fiziksel ve kimyasal sistemler.

1.Çözümler- iki veya daha fazla bileşen ve etkileşimlerinin ürünlerini içeren homojen (homojen) değişken bileşim sistemleri.

2. Çözeltiler bir çözücü ve bir çözünenden oluşur.

3. Çözümler şunlardır:

A) Sıvı (suda NaCl çözeltisi, alkolde I 2 çözeltisi).

B) Gazlı (gaz karışımları, örneğin: hava - %21 O2 + %78 N2 + %1 diğer gazlar).

C) Katı (metal alaşımları, örneğin: Cu + N, Au + Ag).

sıvı çözeltiler
sıvı + gaz halinde madde (suda çözelti O 2)	sıvı + sıvı madde (suda H 2 SO 4 çözeltisi)	sıvı + katı (şekerin sudaki çözeltisi)

Bu tür çözümler olabilir sucul ve susuz.

5.Suçözücünün su olduğu çözeltiler.

6. Susuz- çözücülerin diğer sıvılar olduğu çözeltiler (benzen, alkol, eter vb.)

7. KİMYASAL ÇÖZÜMLER TEORİSİNİN TEMEL HÜKÜMLERİ:

1. Bir çözeltinin oluşumu ve varlığı, hem zaten var olan hem de çözünme sırasında oluşan tüm parçacıklar arasındaki etkileşimlerden kaynaklanır.

2. Çözüm, bozunan bileşiklerin, bozunma ürünleri ile hareketli dengede olduğu dinamik bir sistemdir. kitle eylemi yasasına göre.

8. Bir madde çözündüğünde, “madde-çözücü” sisteminin enerjisindeki değişikliklerle ilişkili iki süreç meydana gelir:

1.çözünmüş maddenin yapısının yok edilmesi (bu durumda belirli bir enerji harcanır) - reaksiyon endotermiktir.

2. çözücünün çözünmüş maddenin parçacıkları ile etkileşimi (ısı açığa çıkar) - reaksiyon ekzotermiktir.

9. Çözünme sırasında ısının salınması veya emilmesi, bir kimyasal reaksiyonun işaretidir.

10. Bir çözünenin bir çözücü ile etkileşiminin bir sonucu olarak, denilen bileşikler oluşur. solvatlar (veya hidratlarçözücü su ise)

11. Bileşimlerinde su molekülleri içeren kristal maddelere denir. kristal hidratlar(örneğin: bakır sülfat CuSO 4 * 5 H20 - kristalli hidrat); kristalli hidratların bir parçası olan suya kristalizasyon denir.

12. Çözünme sadece fiziksel değil, aynı zamanda kimyasal bir süreçtir ve çözümler– fiziksel ve kimyasal sistemler.

Çözüm türleri (bilmek).

Çözünme geri dönüşümlü bir süreçtir:

Çözeltiye geçen ve çözeltiden uzaklaştırılan parçacıkların sayısının baskınlık oranına göre çözeltiler ayırt edilir. zengin, doymamış Ve aşırı doymuş.

Öte yandan, bağıl çözünen ve çözücü miktarlarına göre çözeltiler ayrılır: seyreltilmiş konsantre

Belirli bir sıcaklıkta belirli bir maddenin artık çözünmediği bir çözelti, yani. Çözeltinin çözünenle dengede olmasına denir zengin doymamış. İÇİNDE aşırı doymuş çözünürlük ölçümçözünürlük veya katsayı Bir maddenin belirli bir sıcaklıkta çözünürlüğü, 100 g suda çözünen gram sayısıdır.

Suda çözünürlüğe göre katılar geleneksel olarak 3 gruba ayrılır:

1. Suda yüksek oranda çözünen maddeler (10 g madde 100.0 suda. Örneğin, 200 g şeker 1 litre suda çözünür).

2. Suda az çözünür maddeler (100 g su içinde 0,01 ila 10 g madde. Örneğin: alçıtaşı CaS04, 1 litrede 2.0'ı çözer).

3. Suda pratik olarak çözünmeyen maddeler (100.0 suda 0.01 g. Örneğin, AgCl - 1.5 * 10 -3 g 1 litre suda çözünür).

Bir maddenin çözünürlüğü, çözücünün doğasına, çözünenin doğasına, sıcaklığa, basınca (gazlar için) bağlıdır.

Gazların çözünürlüğü artan sıcaklıkla azalır ve artan basınçla artar.

Katıların çözünürlüğünün sıcaklığa bağımlılığı, çözünürlük eğrisi ile gösterilir.

Birçok katının çözünürlüğü artan sıcaklıkla artar.

Çözünürlük eğrileri aşağıdakileri belirlemek için kullanılabilir:

1. Farklı sıcaklıklarda maddelerin çözünürlük katsayısı.

2. Çözelti t 1 0 C'den t 2 0 C'ye soğutulduğunda çökelen maddenin kütlesi.

Bir maddenin doymuş çözeltisini buharlaştırarak veya soğutarak izole etme işlemine denir. yeniden kristalleşme. Maddeleri saflaştırmak için yeniden kristalleştirme kullanılır.

Ne yazık ki, şimdiye kadar bireysel çalışmaların sonuçlarını birleştirmemize ve genel çözünürlük yasalarını türetmemize izin verecek bir teori yok. Bu durum, büyük ölçüde, çeşitli maddelerin çözünürlüğünün sıcaklığa çok farklı şekilde bağlı olmasından kaynaklanmaktadır.

Bir dereceye kadar yönlendirilebilecek tek şey, deneyimde bulunan eski kuraldır: gibi çözülür. Moleküllerin yapısına ilişkin modern görüşlerin ışığında anlamı, çözücünün kendisi polar olmayan veya düşük polar moleküllere (örneğin, benzen, eter) sahipse, o zaman polar olmayan veya polar olmayan bir maddeden iyi çözüleceğidir. düşük kutuplu moleküller, daha kötü - daha fazla polariteye sahip maddeler ve iyonik tipe göre yapılmış maddeler pratikte çözülmez. Aksine, moleküllerin (örneğin su) güçlü bir şekilde belirgin bir polar doğasına sahip bir çözücü, kural olarak, polar ve kısmen iyonik tipteki molekülleri olan maddeleri iyi ve zayıf - polar olmayan molekülleri olan maddeleri çözecektir.

1. Çözünme, tersine çevrilebilir bir süreçtir:çözünen + çözücü ↔ çözeltideki madde ± Q.

2. Çözeltiye geçen ve çözeltiden uzaklaştırılan parçacıkların sayısının baskınlık oranına göre çözeltiler ayırt edilir. zengin, doymamış Ve aşırı doymuş.

3. Çözünen ve çözücünün nispi miktarlarına göre, çözeltiler ayrılır: seyreltilmiş(az çözünen içerir) ve konsantre(çok fazla çözünen içerir).

4. Belirli bir sıcaklıkta belirli bir maddenin artık çözünmediği bir çözeltiye denir. zengin ve belirli bir maddenin ilave miktarının hala çözülebildiği bir çözelti - doymamış. İÇİNDE aşırı doymuşçözeltiler doymuş çözeltilerden daha fazla madde içerir.

5.Çözünürlük Bir maddenin suda ve diğer çözücülerde çözünme özelliğine denir.

6. Bir maddenin çözünürlüğü, çözücünün doğasına, çözünenin doğasına, sıcaklığa, basınca (gazlar için) bağlıdır.

4. Çözeltilerin konsantrasyonunu ifade etme yöntemleri: kütle oranı

(bilmek).

Çözeltinin kantitatif bileşimi konsantrasyonu ile belirlenir.

konsantrasyon birim hacimdeki çözünen madde miktarıdır.

Maddelerin konsantrasyonu için iki tür atama vardır - analitik ve teknik.

ders 1

"ÇÖZÜM" KAVRAMI. ÇÖZÜMLERİN KİMYASAL TEORİSİ»

Çözümler insan hayatında ve pratik faaliyetlerde önemlidir. Çözeltiler en önemli fizyolojik sıvılardır (kan, lenf vb.). Vücut karmaşık bir kimyasal sistemdir ve vücuttaki kimyasal reaksiyonların büyük çoğunluğu sulu çözeltilerde meydana gelir. Bu nedenle insan vücudunun %70'i sudur ve şiddetli dehidrasyon hızla gerçekleşir ve çok tehlikeli bir durumdur.

Soda veya nitrik asit üretimi, nadir metallerin izolasyonu ve saflaştırılması, kumaşların ağartılması ve boyanması gibi birçok teknolojik süreç, çözelti halinde ilerlemektedir.

Birçok kimyasal reaksiyonun mekanizmasını anlamak için çözeltilerde meydana gelen süreçleri incelemek gerekir.

"Çözüm" kavramı. Çözüm türleri

Çözüm- katı, sıvı veya gaz homojen sistem iki veya daha fazla bileşenden oluşur.

homojen sistem bir aşamadan oluşur.

Faz- içinden geçerken özelliklerin (yoğunluk, ısıl iletkenlik, elektriksel iletkenlik, sertlik vb.) aniden değiştiği, arayüz tarafından diğer parçalarından ayrılan sistemin bir parçası. Faz katı, sıvı, gaz olabilir.

En önemli çözelti türü sıvı çözeltilerdir, ancak geniş anlamda çözeltiler aynı zamanda katı (pirinç alaşımı: bakır, çinko; çelik: demir, karbon) ve gazdır (hava: nitrojen, oksijen, karbon dioksit ve çeşitli safsızlıklar).

Çözüm en az iki bileşen içerir, bunlardan biri çözücü, diğerleri ise çözünen.

çözücüçözümle aynı toplama durumunda olan bir çözümün bileşenidir. Çözeltideki çözücü kütlece her zaman diğer bileşenlerden daha büyüktür. Çözünen, atomlar, moleküller veya iyonlar şeklinde çözelti içindedir..

Çözümlerden farklıdır:

Süspansiyon bir sıvı içinde asılı duran ince katı parçacıklardan oluşan bir sistemdir (suda talk)

Emülsiyon- bu, bir sıvının onu çözmeyen başka bir sıvı içinde parçalandığı bir sistemdir (yani, başka bir sıvıda bulunan bir sıvının küçük damlaları: örneğin, sudaki benzin).

sprey kutusu- içinde asılı katı veya sıvı parçacıklar bulunan gaz (sis: hava ve sıvı damlacıkları)

Süspansiyonlar, emülsiyonlar ve aerosoller birkaç fazdan oluşur, homojen değildirler ve dağınık sistemler . Süspansiyonlar, emülsiyonlar ve aerosoller çözüm değildir!

Çözümlerin kimyasal teorisi.

Çözücü, çözünen ile kimyasal olarak etkileşime girer.

Kimyasal çözelti teorisi, D.I. Mendeleyev on dokuzuncu yüzyılın sonunda. aşağıdaki deneysel gerçeklere dayanmaktadır:

1) Herhangi bir maddenin çözünmesine, ısının emilmesi veya salınması eşlik eder. Yani çözünme ekzotermik veya endotermik bir reaksiyondur.

ekzotermik süreççevreye ısı salınımının eşlik ettiği bir süreçtir (Q>0).

endotermik süreç dış ortamdan ısı absorpsiyonunun eşlik ettiği bir süreçtir (Q<0).

(örnek vermek: CuSO 4'ün çözünmesi - ekzotermik süreç, NH 4 Cl - endotermik). Açıklama: çözücü moleküllerinin çözünenin parçacıklarını birbirinden koparması için, enerji harcamak gerekir (bu, çözünme işleminin endotermik bileşenidir), çözünenin parçacıkları çözücü molekülleri ile etkileşime girdiğinde, enerji serbest bırakılır (ekzotermik süreç). Sonuç olarak, çözünmenin termal etkisi daha güçlü bileşen tarafından belirlenir. ( Örnek vermek: 1 mol madde suda çözülürken moleküllerini kırmak 250 kJ aldı ve ortaya çıkan iyonlar çözücü molekülleri ile etkileşime girdiğinde 450 kJ açığa çıktı. Çözünmenin toplam termal etkisi nedir? Cevap: 450-250=200 kJ, ekzotermik etki, çünkü ekzotermik bileşen endotermik bileşenden daha büyüktür ).

2) Belirli bir hacme sahip bir çözeltinin bileşenlerinin karıştırılması, hacimlerin toplamını vermez ( örnek vermek: 50 ml etil alkol + 50 ml su karıştırıldığında 95 ml çözelti verir)

Açıklama: çözünen ve çözücü moleküllerinin etkileşimi nedeniyle (çekim, kimyasal bağ vb.), hacim “tasarruf edilir”.

Dikkat! Ağırlık Çözelti, çözücü ve çözünenlerin kütlelerinin toplamına kesinlikle eşittir.

3) Bazı renksiz maddeler çözülürken renkli çözeltiler oluşur. ( örnek vermek: CuSO 4 - renksiz, mavi çözelti verir ).

Açıklama: bazı renksiz tuzları çözerken renkli kristal hidratlar oluşur.

Sonuç: Çözünme, çözücünün tanecikleri ile çözünmüş maddeler arasında bir etkileşimin (elektrostatik, verici-alıcı, hidrojen bağı) olduğu karmaşık bir fiziksel ve kimyasal süreçtir.

Bir çözücünün bir çözünen ile etkileşim sürecine denir çözme. Bu etkileşimin ürünleri, solvatlar. Sulu çözeltiler için şartlar hidrasyon Ve nemlendirir.

Bazen, su buharlaştığında, çözünen maddenin kristalleri, kristal kafeslerinde su moleküllerinin bir kısmını bırakır. Bu tür kristallere denir kristal hidratlar. Bunlar şu şekilde yazılır: CuSO 4 * 5H 2 O. Yani her bakır sülfat CuSO 4 molekülü, kristal kafesine gömerek çevresinde 5 su molekülü tutar.

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).

Çözelti konsantrasyonunu ifade etmenin ana yolları

Çözeltinin nicel bileşimi çoğunlukla kavram kullanılarak tahmin edilir. konsantrasyon, bir çözeltinin (çözücünün) birim kütlesi (hacim) başına bir çözünenin (belirli birimlerde) içeriği olarak anlaşılır. Çözeltilerin konsantrasyonunu ifade etmenin ana yolları şunlardır:

1. Bir maddenin kütle oranı  (x) sistemde bulunan belirli x bileşeninin kütlesinin bu sistemin toplam kütlesine oranıdır:

Bir maddenin miktar birimi moldür, yani C 12 izotopunun 0.012 kg'ında atomlar olduğu kadar gerçek veya koşullu parçacıklar içeren bir maddenin miktarıdır. Bir maddenin miktar birimi olarak bir mol kullanıldığında, hangi parçacıkların kastedildiği bilinmelidir: moleküller, atomlar, elektronlar veya diğerleri. Molar kütle M (x), kütlenin madde miktarına (g / mol) oranıdır:

3. Molar konsantrasyon eşdeğeri C(x) - bu, bir n (x) maddesinin eşdeğer miktarının V p-ra çözeltisinin hacmine oranıdır:

Kimyasal eşdeğer, asit-baz veya iyon değişim reaksiyonlarında 1 hidrojen iyonunun yerini alabilen, ekleyebilen veya salabilen bir maddenin gerçek veya koşullu parçacığıdır.

Tıpkı bir molekül, atom veya iyon gibi, eşdeğeri de boyutsuzdur.

Mol eşdeğerlerinin kütlesine denir molar kütle eşdeğeri M(x). Değer denir denklik faktörü. Bir maddenin gerçek bir parçacığının ne kadarının bir eşdeğere karşılık geldiğini gösterir. Bir maddenin eşdeğerini doğru bir şekilde belirlemek için, bu maddenin, örneğin H3P04'ün NaOH ile etkileşiminin reaksiyonunda yer aldığı spesifik reaksiyondan devam edilmelidir, bir, iki veya üç proton değiştirilebilir:

1. H3P04 + NaOH  NaH2P04 + H20;

2. H3P04 + 2NaOH  Na2HP04 + 2H20;

3. H3P04 + 3NaOH  Na3P04 + 3H2O.

Eşdeğer tanımına göre, 1. reaksiyonda bir proton değiştirilir, bu nedenle, madde eşdeğerinin molar kütlesi, molar kütleye eşittir, yani z  l ve . Bu durumda:

2. reaksiyonda, iki proton değiştirilir, bu nedenle eşdeğerin molar kütlesi, H3P04'ün molar kütlesinin yarısı olacaktır, yani. z = 2 ve
. Burada:

3. reaksiyonda, üç proton değiştirilir ve eşdeğerin molar kütlesi, H3P04'ün molar kütlesinin üçte biri, yani. z = 3, bir
. Sırasıyla:

Protonların doğrudan katılmadığı değişim reaksiyonlarında, eşdeğerler, yardımcı reaksiyonlar dahil edilerek dolaylı olarak belirlenebilir; bu, sonuçların analizi, tüm reaksiyonlar için z'nin eşit olduğu kuralını türetmemize izin verir. toplam ücret Belirli bir kimyasal reaksiyonda yer alan bir maddenin molekülündeki değişebilir iyonlar.

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

AlCl 3 için, +3 yüklü 1 Al 3+ iyonu değiştirilir, bu nedenle z \u003d 13 \u003d 3. Böylece:

-1 yüklü 3 klor iyonunun değiş tokuş edildiği de söylenebilir. O zaman z = 31 = 3 ve

AgNO 3 için z = 11 = 1 (1 Ag + iyonu +1 yüküyle değiştirilir veya 1 NO3 - iyonu -1 yüküyle değiştirilir).

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

Al 2 (SO 4) için 3 z \u003d 23 \u003d 6 (2 +3 yüklü Al 3+ iyonları veya -2 yüklü 3 SO 4 2 iyonları değiştirilir). Sonuç olarak,

Bu nedenle, C (H 2 SO 4) \u003d 0.02 mol / l kaydı, 1 litrede 0.02 mol H 2 SO 4 eşdeğeri ve H 2 SO 4 eşdeğerinin molar kütlesini içeren bir çözelti olduğu anlamına gelir. aynı zamanda molar kütle H2S04'tür, yani 1 litre çözelti içerir
H2SO4.

denklik faktörü ile eşdeğerin molar konsantrasyonu, çözeltinin molar konsantrasyonuna eşittir.

4. Başlık T(x) maddenin kütlesinin çözeltinin hacmine oranıdır (ml olarak):

6. Mol kesri N(x) sistemde bulunan belirli bir bileşenin bir maddesinin miktarının sistemdeki toplam madde miktarına oranıdır:

Bir birimin kesirleri veya % olarak ifade edilir .

7. çözünürlük katsayısı maddeler R(x) 100 g çözücüde çözülebilen, g olarak ifade edilen bir maddenin maksimum kütlesi olarak adlandırılır.

Bu konuyu incelemenin bir sonucu olarak şunları öğreneceksiniz: Çözeltiler neden karışımlar ve kimyasal bileşikler arasında bir ara konum işgal eder? Doymamış bir çözelti ile seyreltik bir çözelti ile konsantre bir çözeltiden doymuş bir çözelti arasındaki fark nedir? İyonik denklemler derlenirken hangi kurallara uyulmalıdır? Neden, bazı tuzlar suda çözündüğünde, ortamın reaksiyonu değişir (nötrden asidik veya alkaliye). Bu konuyu incelemenin bir sonucu olarak şunları öğreneceksiniz: İyon değişim reaksiyonu için denklemler yazın. Tuzların hidrolizi için tam ve indirgenmiş iyonik denklemler oluşturun. Tuz çözeltilerinde ortamın reaksiyonunu tahmin edin. Çözümlerin konsantrasyonunu belirlemek için problemleri çözün. Çalışma soruları:

9.1. Çözümler ve sınıflandırılması

Çözeltiler, bir maddenin diğer (diğer) maddelerin ortamında dağıldığı homojen sistemlerdir.

Çözeltiler bir çözücü ve bir çözünen(ler)den oluşur. Bu kavramlar koşulludur. Bir madde çözeltisinin bileşenlerinden biri sıvı, diğerleri gaz veya katı ise, çözücü genellikle sıvı olarak kabul edilir. Diğer durumlarda, çözücü daha büyük olan bileşen olarak kabul edilir.

Gaz, sıvı ve katı çözeltiler

bağlı olarak toplanma durumundançözücü ayırt gaz, sıvı ve katıçözümler. Gaz halindeki çözelti, örneğin hava ve diğer gaz karışımlarıdır. Deniz suyu, sudaki çeşitli tuzların ve gazların en yaygın sıvı çözeltisidir. Birçok metal alaşımı katı çözeltilere aittir.

Doğru ve kolloidal çözümler

Dağılma derecesine göre ayırmak gerçek ve kolloidal çözümler(kolloidal sistemler). Gerçek çözeltilerin oluşumunda, çözünen çözücü içinde atomlar, moleküller veya iyonlar şeklindedir. Bu tür çözeltilerdeki parçacık boyutu 10–7 - 10–8 cm'dir Kolloidal çözeltiler, bir maddenin parçacıklarının (dağılmış faz) diğerinde (dağılım ortamı) eşit olarak dağıldığı heterojen sistemlerdir. Dağınık sistemlerde partikül boyutu 10–7 cm ile 10–3 cm arasında değişmektedir ve burada ve aşağıda her yerde gerçek çözümleri dikkate alacağımıza dikkat edilmelidir.

Doymamış, doymuş ve aşırı doymuş çözeltiler

Çözünme süreci difüzyonla, yani bir maddenin parçacıklarının diğerinin parçacıkları arasında kendiliğinden dağılmasıyla ilişkilidir. Böylece, sıvılarda iyonik bir yapıya sahip katıların çözünme işlemi şu şekilde temsil edilebilir: bir çözücünün etkisi altında, bir katının kristal kafesi yok edilir ve iyonlar, çözücünün hacmi boyunca eşit olarak dağıtılır. Çözüm kalacak doymamış içine biraz daha madde geçebildiği sürece.

Bir maddenin belirli bir sıcaklıkta artık çözünmediği bir çözelti, yani. Çözünen maddenin katı fazı ile dengede olan çözeltiye denir. zengin. Belirli bir maddenin çözünürlüğü, doymuş bir çözeltideki konsantrasyonuna eşittir. Kesin olarak tanımlanmış koşullar altında (sıcaklık, çözücü), çözünürlük sabit bir değerdir.

Bir maddenin çözünürlüğü sıcaklık arttıkça artıyorsa, daha yüksek sıcaklıkta doymuş bir çözeltiyi soğutarak elde edilebilir. aşırı doymuşçözüm, yani böyle bir çözelti, doymuş bir çözeltinin konsantrasyonundan daha yüksek olan bir maddenin konsantrasyonu (belirli bir sıcaklık ve basınçta). Aşırı doymuş çözeltiler çok kararsızdır. Kabın hafifçe sallanması veya çözelti içindeki bir maddenin kristallerinin çözeltiye katılması, fazla çözünen maddenin kristalleşmesine ve çözeltinin doymasına neden olur.

Seyreltilmiş ve konsantre çözeltiler

Doymamış ve doymuş çözeltileri seyreltik ve konsantre çözeltilerle karıştırmayın. Seyreltik ve konsantre çözelti kavramları görecelidir ve aralarında net bir çizgi çekmek imkansızdır. Çözünen ve çözücü miktarları arasındaki oranı belirlerler. Genel olarak seyreltik çözeltiler, çözücü miktarına kıyasla az miktarda çözünen içeren çözeltilerdir, konsantre çözeltiler ise çok miktarda çözünen içeren çözeltilerdir.

Örneğin, 20 o C'de 25 g NaCl 100 g suda çözülürse, elde edilen çözelti konsantre olacaktır, ancak doymamış olacaktır, çünkü sodyum klorürün 20 o C'deki çözünürlüğü 100 g suda 36 g'dır. 100 g H2O'da 20 o C'de çözünen maksimum AgI kütlesi 1,3 10 -7 g'dır.Bu koşullar altında elde edilen AgI çözeltisi doymuş, ancak çok seyreltik olacaktır.

9.2. Çözümlerin fiziksel ve kimyasal teorisi; çözünme sırasında termal olaylar

fiziksel teoriçözümler W. Ostwald (Almanya) ve S. Arrhenius (İsveç) tarafından önerildi. Bu teoriye göre, çözücünün parçacıkları ve çözünen (moleküller, iyonlar) difüzyon süreçleri nedeniyle çözeltinin hacmi boyunca eşit olarak dağılır. Çözücü ile çözünen arasında kimyasal etkileşim yoktur.

kimyasal teori D.I. tarafından önerildi. Mendeleyev. D.I.'ye göre Mendeleev, çözünen ve çözücü molekülleri arasında, kararsız oluşumu ile kimyasal bir etkileşim meydana gelir, çözücü - solvatlar ile çözünen maddenin birbirine bileşiklerine dönüşür.

Rus bilim adamları I.A. Kablukov ve V.A. Kistyakovsky, Ostwald, Arrhenius ve Mendeleev'in fikirlerini birleştirdi ve böylece modern çözümler teorisinin temelini attı. Modern teoriye göre, bir çözeltide sadece bir çözünen ve bir çözücünün parçacıkları değil, aynı zamanda bir çözünen maddenin bir çözücü - solvatlarla fizikokimyasal etkileşiminin ürünleri de bulunabilir. solvatlar değişken bileşimli kararsız bileşiklerdir. Çözücü su ise denir. nemlendirir. İyon-dipol, donör-alıcı etkileşimleri, hidrojen bağlarının oluşumu vb. nedeniyle solvatlar (hidratlar) oluşur. Örneğin, NaCl suda çözündüğünde, Na + , Cl - iyonları ve çözücü molekülleri arasında bir iyon-dipol etkileşimi meydana gelir. Suda çözündüğünde amonyak hidratlarının oluşumu, hidrojen bağlarının oluşması nedeniyle oluşur.

Hidratlı su bazen çözünen ile o kadar güçlü bir şekilde ilişkilidir ki, çözeltiden onunla birlikte salınır. Su molekülleri içeren kristal maddelere denir. kristal hidratlar ve bu tür kristallerin bir parçası olan suya denir. kristalleşme. Kristalli hidratların örnekleri bakır sülfat CuS04 5H20, potasyum şap KAl (SO 4) 2 12H2O'dur.

Çözünme sırasında termal etkiler

Maddelerin tek bir halden bir çözeltiye geçişleri sırasında yapısındaki bir değişikliğin yanı sıra devam eden etkileşimlerin bir sonucu olarak, sistemin özellikleri değişir. Bu, özellikle çözünmenin termal etkileri ile gösterilir. Çözünme sırasında iki işlem meydana gelir: çözünenin yapısının tahrip edilmesi ve çözünen moleküllerinin çözücünün molekülleri ile etkileşimi. Bir çözünenin bir çözücü ile etkileşimine solvasyon denir. Çözünmüş maddenin yapısının tahrip edilmesi için enerji harcanır ve çözünmüş maddenin parçacıklarının çözücünün parçacıkları ile etkileşimi (çözünme) ekzotermik bir süreçtir (ısı salınımı ile birlikte gider). Bu nedenle, bu termal etkilerin oranına bağlı olarak çözünme işlemi ekzotermik veya endotermik olabilir. Örneğin, sülfürik asidi çözerken, çözeltinin güçlü bir şekilde ısınması gözlenir, yani. ısı salınımı ve potasyum nitrat çözüldüğünde, çözeltinin güçlü bir şekilde soğutulması (endotermik süreç).

9.3. Çözünürlük ve maddelerin doğasına bağımlılığı

Çözünürlük, çözeltilerin en çok çalışılan özelliğidir. Maddelerin çeşitli çözücülerdeki çözünürlüğü büyük ölçüde değişir. Masada. 9.1 bazı maddelerin suda çözünürlüğünü ve tabloyu gösterir. 9.2 - çeşitli çözücülerde potasyum iyodür çözünürlüğü.

Tablo 9.1

Bazı maddelerin 20 o C'de suda çözünürlüğü

Madde		Madde	Çözünürlük, 100 g H 2 O başına g

Tablo 9.2

20 o C'de çeşitli çözücülerde potasyum iyodür çözünürlüğü

Çözünürlük, çözünenin ve çözücünün doğasına ve ayrıca dış koşullara (sıcaklık, basınç) bağlıdır. Halihazırda kullanılan referans tablolarında, maddelerin yüksek oranda çözünür, az çözünür ve çözünmez maddeler olarak alt bölümlere ayrılması önerilmektedir. Bu bölünme tamamen doğru değildir, çünkü kesinlikle çözünmeyen maddeler yoktur. Gümüş ve altın bile suda çözünür, ancak çözünürlükleri son derece düşüktür. Bu nedenle, bu eğitimde yalnızca iki madde kategorisi kullanacağız: yüksek oranda çözünür Ve az çözünür. Son olarak, "kolay" ve "zor" çözünür kavramları, çözünürlüğün yorumlanması için uygulanamaz, çünkü bu terimler çözünme işleminin termodinamiğini değil kinetiğini karakterize eder.

Çözünürlüğün, çözünenin ve çözücünün doğasına bağımlılığı

Şu anda, yalnızca hesaplamanın değil, aynı zamanda çözünürlüğü tahmin etmenin de mümkün olacağı hiçbir teori yoktur. Bunun nedeni, genel bir çözüm teorisinin olmamasıdır.

Katıların sıvılarda çözünürlüğü kristal kafeslerindeki bağın türüne bağlıdır. Örneğin, atomik kristal kafeslere sahip maddeler (karbon, elmas vb.) suda az çözünür. İyonik kristal kafesli maddeler, kural olarak, suda oldukça çözünür.

Çözünürlük araştırmalarında yüzlerce yıllık deneyime dayanan kural şöyle der: "benzer, benzer içinde iyi çözünür." İyonik veya polar tipte bir bağa sahip maddeler, polar çözücülerde iyi çözünür. Örneğin, tuzlar, asitler, alkoller suda oldukça çözünür. Aynı zamanda, polar olmayan maddeler, kural olarak, polar olmayan çözücülerde iyi çözünür.

İnorganik tuzlar, suda farklı çözünürlükleri ile karakterize edilir.

Bu nedenle, çoğu alkali metal ve amonyum tuzları suda yüksek oranda çözünür. Yüksek oranda çözünür nitratlar, nitritler ve halojenürler (gümüş, cıva, kurşun ve talyum halojenürler hariç) ve sülfatlar (alkali toprak metallerinin sülfatları, gümüş ve kurşun hariç). Geçiş metalleri, sülfürlerinin, fosfatlarının, karbonatlarının ve diğer bazı tuzlarının düşük çözünürlüğü ile karakterize edilir.

Gazların sıvılardaki çözünürlüğü de onların doğasına bağlıdır. Örneğin, 20 o C'de 100 hacim suda 2 hacim hidrojen, 3 hacim oksijen çözer. Aynı koşullar altında, 1 hacim H 2 O'da 700 hacim amonyak çözülür. NH3'ün bu kadar yüksek çözünürlüğü, su ile kimyasal etkileşimi ile açıklanabilir.

Sıcaklığın gazların, katıların ve sıvıların çözünürlüğü üzerindeki etkisi

Gazlar suda çözüldüğünde, çözünmüş gaz moleküllerinin hidrasyonu nedeniyle ısı açığa çıkar. Bu nedenle, Le Chatelier ilkesine göre, sıcaklık arttıkça gazların çözünürlüğü azalır.

Sıcaklık, katıların sudaki çözünürlüğünü çeşitli şekillerde etkiler. Çoğu durumda, katıların çözünürlüğü artan sıcaklıkla artar. Örneğin, sodyum nitrat NaNO3 ve potasyum nitrat KNO3'ün çözünürlüğü ısıtıldığında artar (çözünme işlemi ısının emilmesiyle devam eder). NaCl'nin çözünürlüğü, sofra tuzunun çözünmesinin neredeyse sıfır termal etkisinden dolayı artan sıcaklıkla biraz artar. Sönmüş kirecin sudaki çözünürlüğü artan sıcaklıkla azalır, çünkü hidrasyon entalpisi bu bileşiğin kristal kafesinin yok edilmesinin Δ H değerinden daha fazladır, yani. Ca(OH)2'nin çözünme süreci ekzotermiktir.

Çoğu durumda, sıvıların karşılıklı çözünürlüğü de artan sıcaklıkla artar.

Basıncın gazların, katıların ve sıvıların çözünürlüğüne etkisi

Katı ve sıvı maddelerin sıvılardaki çözünürlüğü, çözünme sırasında hacimdeki değişiklik küçük olduğundan pratik olarak basınçtan etkilenmez. Gaz halindeki maddeler bir sıvı içinde çözüldüğünde, sistemin hacmi azalır, bu nedenle basınçtaki bir artış gazların çözünürlüğünde bir artışa yol açar. Genel olarak, gazların çözünürlüğünün basınca bağımlılığı şu şekildedir: W. Henry yasası(İngiltere, 1803): Bir gazın sabit sıcaklıkta çözünürlüğü, sıvı üzerindeki basıncı ile doğru orantılıdır..

Henry yasası, çözünürlüğü nispeten düşük olan ve çözünmüş gazın molekülleri ile çözücü arasında kimyasal etkileşim olmaması koşuluyla, yalnızca düşük basınçlarda geçerlidir.

Çözünürlük üzerine yabancı maddelerin etkisi

Suda başka maddelerin (tuzlar, asitler ve alkaliler) varlığında gazların çözünürlüğü azalır. Gaz halindeki klorun doymuş sulu bir sofra tuzu çözeltisi içindeki çözünürlüğü 10 kat daha azdır. saf sudan daha

Tuzların varlığında çözünürlüğü azaltma etkisine denir. tuzlamak. Çözünürlükteki azalma, serbest su moleküllerinin sayısında bir azalmaya neden olan tuzların hidrasyonundan kaynaklanmaktadır. Elektrolit iyonlarıyla ilişkili su molekülleri artık diğer maddeler için bir çözücü değildir.

9.4. çözelti konsantrasyonu

Çözeltilerin bileşimini sayısal olarak ifade etmenin çeşitli yolları vardır: çözünmüş bir maddenin kütle oranı, molarite, titre vb.

kütle kesri m çözünenin kütlesinin tüm çözeltinin kütlesine oranıdır. Bir çözünen ve bir çözücüden oluşan ikili bir çözelti için:

burada ω çözünenin kütle kesridir, m çözünenin kütlesidir ve M çözücünün kütlesidir. Kütle oranı, bir birimin kesirleri veya yüzde olarak ifade edilir. Örneğin, ω = 0,5 veya ω = %50.

Unutulmamalıdır ki sadece kütle bir toplamsal fonksiyondur (bütünün kütlesi, bileşenlerin kütlelerinin toplamına eşittir). Çözeltinin hacmi bu kurala uymuyor.

Molar konsantrasyon veya molarite 1 litre çözeltideki çözünen miktarı:

burada C, çözünen X'in molar konsantrasyonudur, mol/l; n, çözünmüş maddenin miktarıdır, mol; V, çözeltinin hacmidir, l.

Molar konsantrasyon bir sayı ve "M" harfi ile gösterilir, örneğin: 3M KOH. 1 litre çözelti 0.1 mol madde içeriyorsa, buna desimolar, 0.01 mol - centomolar, 0.001 mol - milimolar denir.

titre 1 ml çözeltide bulunan çözünenin gram sayısıdır, yani.

burada T, çözünmüş maddenin titresidir, g/ml; m, çözünmüş maddenin kütlesidir, g; V, çözeltinin hacmidir, ml.

Çözünen maddenin mol kesri- çözünen n miktarının toplam çözünen n ve çözücü n " miktarına oranına eşit boyutsuz bir miktar:

,

burada N, çözünen maddenin mol kesridir, n, çözünen maddenin miktarıdır, mol; n" çözücü maddenin miktarıdır, mol.

Mol yüzdesi, karşılık gelen fraksiyonun %100 ile çarpımıdır.

9.5. elektrolitik ayrışma

Çözeltilerdeki veya eriyen molekülleri tamamen veya kısmen iyonlara ayrışan maddelere elektrolit denir. Elektrolitlerin çözeltileri ve eriyikleri elektrik akımını iletir.

Çözeltilerdeki veya eriyen molekülleri iyonlara ayrışmayan ve elektrik akımını iletmeyen maddelere elektrolit olmayan maddeler denir.

Elektrolitler çoğu inorganik asitleri, bazları ve hemen hemen tüm tuzları içerir, elektrolit olmayanlar alkoller, esterler, karbonhidratlar vb. gibi birçok organik bileşiği içerir.

1887'de İsveçli bilim adamı S. Arrhenius, elektrolitlerin suda çözündüğünde pozitif ve negatif yüklü iyonlara ayrıştıklarına göre elektrolitik ayrışma hipotezini ortaya koydu.

Ayrışma tersine çevrilebilir bir süreçtir: ayrışmaya paralel olarak, iyon birleştirmenin (birleşme) ters işlemi devam eder. Bu nedenle, elektrolitlerin ayrışmasının reaksiyonu için denklemleri yazarken, özellikle konsantre çözeltilerde, tersinirlik işareti konur. Örneğin, konsantre bir çözeltide potasyum klorürün ayrışması şu şekilde yazılmalıdır:

KS1 K + + С1 – .

Elektrolitik ayrışma mekanizmasını ele alalım. İyonik tipte bağa sahip maddeler, polar çözücülerde en kolay ayrışır. Örneğin suda çözündüklerinde, polar H 2 O molekülleri pozitif kutupları tarafından anyonlara ve negatif kutupları tarafından katyonlara çekilir. Sonuç olarak, iyonlar arasındaki bağ zayıflar ve elektrolit, hidratlı iyonlara, yani. su molekülleri ile ilişkili iyonlar. Kovalent bir polar bağa (HC1, HBr, H 2 S) sahip moleküllerin oluşturduğu elektrolitler benzer şekilde ayrışır.

Bu nedenle iyonların hidrasyonu (çözünmesi) ayrışmanın ana nedenidir. Sulu bir çözeltideki iyonların çoğunun hidratlı olduğu artık genel olarak kabul edilmektedir. Örneğin, hidrojen iyonu H+, hidronyum iyonu olarak adlandırılan H3O+ bileşiminin bir hidratını oluşturur. H 3 O +'ya ek olarak, çözelti ayrıca H 5 O 2 + iyonları (H 3 O + H 2 O), H 7 O 3 + (H 3 O + 2H 2 O) ve H 9 O 4 + (H) içerir. 3O + 3H20). Ayrışma süreçleri için denklemler derlerken ve reaksiyon denklemlerini iyonik biçimde yazarken, yazmayı basitleştirmek için, hidroksonyum iyonu H 2 O + genellikle hidratlanmamış bir iyon H + ile değiştirilir. Bununla birlikte, reaksiyon neredeyse anında ilerlediğinden, proton sulu çözeltilerde bulunamayacağından, bu ikamenin şartlı olduğu unutulmamalıdır:

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

Hidratlı iyonlarla ilişkili su moleküllerinin tam sayısı belirlenmediğinden, ayrışma reaksiyonu denklemleri yazılırken hidratlı olmayan iyonların sembolleri kullanılır:

CH3COOH CH3COO - + H+.

9.6. Ayrışma derecesi; ilişkili ve ilişkili olmayan elektrolitler

Elektrolitin çözeltideki iyonlara ayrışmasının nicel özelliği, ayrışma derecesidir. Ayrışma derecesi α, iyonlarına bozunan moleküllerin sayısının N "toplam çözünmüş molekül sayısına oranıdır N:

Ayrışma derecesi, bir birimin yüzdesi veya kesirleri olarak ifade edilir. α = 0 ise ayrışma olmaz ve α = 1 ise elektrolit tamamen iyonlara ayrışır. Çözelti teorisinin modern kavramlarına göre, elektrolitler iki gruba ayrılır: ilişkili (zayıf) ve ilişkili olmayan (güçlü).

Seyreltik çözeltilerdeki ilişkili olmayan (güçlü) elektrolitler için, α = 1 (%100), yani. çözeltilerde sadece hidratlı iyonlar olarak bulunurlar.

İlişkili elektrolitler kabaca üç gruba ayrılabilir:

zayıf elektrolitlerçözeltilerde esas olarak ayrışmamış moleküller şeklinde bulunur; ayrışma derecesi düşüktür;

iyon ortakları iyonların elektrostatik etkileşimi sonucu çözeltilerde oluşur; yukarıda belirtildiği gibi, birleşme iyi ayrışmış elektrolitlerin konsantre çözeltilerinde gerçekleşir; ortaklara örnekler iyon çiftleri(K + Cl -, CaC1 +), iyonik tees(K2Cl+, KCl2 -) ve iyonik kuadrupoller(K2Cl2, KCl3 2–, K3Cl2+);

iyonik ve moleküler kompleksler, (örneğin, 2+ , 3–) suda hafifçe ayrışır.

Elektrolitin ayrışmasının doğası, çözünen ve çözücünün doğasına, çözeltinin konsantrasyonuna ve sıcaklığa bağlıdır. Bu hükmün bir örneği, çeşitli çözücüler içinde sodyum klorürün davranışı olarak hizmet edebilir, Tablo. 9.3.

Tablo 9.3

Çeşitli konsantrasyonlarda ve 25 o C sıcaklıkta su ve benzende sodyum klorürün özellikleri

Sulu çözeltilerdeki güçlü elektrolitler, çoğu tuzları, alkalileri, bir dizi mineral asidi (HC1, HBr, HNO3, H2S04, HC1O 4, vb.) içerir. Hemen hemen tüm organik asitler, zayıf elektrolitlere, bazı inorganik asitlere, örneğin H2S, HCN, H2C03, HClO ve suya aittir.

Güçlü ve zayıf elektrolitlerin ayrışması

Seyreltik sulu çözeltilerdeki güçlü elektrolitler için ayrışma denklemleri aşağıdaki gibi gösterilebilir:

HCl \u003d H + + Cl -,

Ba (OH) 2 \u003d Ba2+ + 2OH -,

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

Güçlü bir elektrolitin ayrışması için reaksiyon denkleminin sağ ve sol kısımları arasına bir tersinirlik işareti de koyabilirsiniz, ancak daha sonra 1 olduğu belirtilir. Örneğin:

NaOH Na + + OH - .

İlişkili elektrolitlerin ayrışma süreci geri dönüşümlüdür, bu nedenle tersinirlik işaretini ayrışma denklemlerine koymak gerekir:

HCN H + + CN – .

NH3H20 NH4 + + OH -.

İlişkili polibazik asitlerin ayrışması aşağıdaki adımlarla gerçekleşir:

H 3 PO 4 H + + HPO 4 -,

H 2 PO 4 H + + HPO 4 2–,

HPO 4 2– H + + RO 4 3–,

Zayıf asitlerin oluşturduğu asit tuzlarının ve güçlü asitlerin oluşturduğu bazik tuzların seyreltik çözeltilerde ayrışması aşağıdaki gibi ilerler. İlk aşama, birliğe yakın bir ayrışma derecesi ile karakterize edilir:

NaHCO 3 \u003d Na + + HCO 3 -,

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

İkinci aşama için ayrışma derecesi birlikten çok daha azdır:

HCO 3 H + + CO 3 2–,

Cu(OH) + Cu2+ + OH -.

Açıkça, çözelti konsantrasyonundaki bir artışla, ilişkili elektrolitin ayrışma derecesi azalır.

9.7. Çözeltilerde iyon değişim reaksiyonları

Elektrolitik ayrışma teorisine göre, sulu elektrolit çözeltilerindeki tüm reaksiyonlar moleküller arasında değil, iyonlar arasında gerçekleşir. Bu tür reaksiyonların özünü yansıtmak için iyonik denklemler kullanılır. İyonik denklemleri derlerken aşağıdaki kurallara uyulmalıdır:

Az çözünür ve az ayrışmış maddeler ile gazlar moleküler biçimde yazılır.

Sulu çözeltide neredeyse tamamen ayrışan güçlü elektrolitler iyon olarak kaydedilir.

İyonik denklemin sağ ve sol taraflarındaki elektrik yüklerinin toplamı eşit olmalıdır.

Bu pozisyonları somut örnekler üzerinde ele alalım.

Moleküler biçimde nötralizasyon reaksiyonları için iki denklem yazıyoruz:

KOH + HCl \u003d KCl + H20, (9.1)

2NaOH + H2S04 = Na2S04 + 2H20. (9.2)

İyonik formda, denklemler (9.1) ve (9.2) aşağıdaki forma sahiptir:

K + + OH - + H + + Cl - = K + + Cl - + H20, (9.3)

2Na + + 2OH – + 2H + + SO4 2– = 2Na + + SO4 2– + 2H2O. (9.4)

Aynı iyonları (9.3) ve (9.4) denklemlerinin her iki kısmında da azalttıktan sonra, bunları bir alkalinin bir asitle etkileşimi için indirgenmiş bir iyonik denkleme dönüştürüyoruz:

H + + OH - \u003d H20.

Böylece, nötralizasyon reaksiyonunun özü, suyun oluşması sonucunda H + ve OH - iyonlarının etkileşimine indirgenir.

Sulu elektrolit çözeltilerinde iyonlar arasındaki reaksiyonlar, reaksiyonda bir çökelti, gaz veya zayıf bir elektrolit (örneğin, H 2 O) oluşursa neredeyse sona doğru ilerler.

Şimdi potasyum klorür ve sodyum nitrat çözeltileri arasındaki reaksiyonu düşünün:

KCl + NaNO3 KNO3 + NaCl. (9.5)

Elde edilen maddeler suda yüksek oranda çözünür olduklarından ve reaksiyon küresinden uzaklaştırılmadığından, reaksiyon tersinirdir. İyonik reaksiyon denklemi (9.5) aşağıdaki gibi yazılır:

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

Elektrolitik ayrışma teorisi açısından, bu reaksiyon meydana gelmez, çünkü çözeltideki tüm çözünür maddeler yalnızca iyonlar, denklem (9.6) şeklinde bulunur. Ancak sıcak doymuş KCl ve NaNO3 çözeltilerini karıştırırsanız, NaCl çökelecektir. Bunun nedeni, 30 o C ve üzerindeki bir sıcaklıkta, dikkate alınan tuzlar arasında en düşük çözünürlüğün sodyum klorürde gözlenmesidir. Bu nedenle, uygulamada, belirli koşullar altında (seyreltik çözeltiler durumunda) tersinir olan süreçlerin, diğer bazı koşullar altında (sıcak doymuş çözeltiler) tersinmez hale geldiği dikkate alınmalıdır.

Çözeltilerdeki değişim reaksiyonunun özel bir durumu hidrolizdir.

9.8. tuz hidrolizi

Deneyimler, yalnızca asitlerin ve bazların değil, aynı zamanda bazı tuzların çözeltilerinin de alkali veya asit reaksiyonuna sahip olduğunu göstermektedir. Bunun sonucunda çevrenin tepkisinde bir değişiklik meydana gelir. hidroliz ama çözünen. Hidroliz, bir çözünen maddenin (örneğin tuz) su ile değişim etkileşimidir.

Tuzların ve suyun elektrolitik ayrışması hidrolizin nedenidir. Hidroliz, tuzun ayrışması sırasında oluşan iyonlar, su molekülleri (katyonlar) üzerinde güçlü bir polarize edici etki gösterebildiğinde veya onlarla hidrojen bağları (anyonlar) oluşturabildiğinde meydana gelir, bu da hafif ayrışmış elektrolitlerin oluşumuna yol açar.

Tuz hidroliz denklemleri genellikle iyonik ve moleküler formlarda yazılırken, değişim reaksiyonları için iyonik denklemlerin yazılması için kuralların dikkate alınması gerekir.

Hidroliz reaksiyonlarının denklemlerinin değerlendirilmesine geçmeden önce, şuna dikkat edilmelidir: kuvvetli baz ve kuvvetli asidin oluşturduğu tuzlar(örneğin, NaNO 3, BaCl 2, Na 2 SO 4), suda çözündüklerinde hidrolize uğramazlar. Bu tür tuzların iyonları, H2O ile zayıf elektrolitler oluşturmaz ve bu tuzların çözeltileri nötr reaksiyona sahiptir.

Tuzların çeşitli hidrolizi vakaları

1. Kuvvetli baz ve zayıf asidin oluşturduğu tuzlarörneğin CH3COONa, Na2C03, Na2S, KCN anyon tarafından hidrolize edilir. Örnek olarak, CH 3 COONa'nın hidrolizini düşünün, bu da düşük ayrışmalı asetik asit oluşumuna yol açar:

CH3COO - + CH3 OLMAYAN COOH + OH -,

CH3COOHa + HOH CH3COOH + NaOH.

Çözeltide fazla hidroksit iyonu göründüğünden, çözelti alkali hale gelir.

Polibazik asitlerin tuzlarının hidrolizi adım adım ilerler ve bu durumda asit tuzları, daha kesin olarak asit tuzlarının anyonları oluşur. Örneğin, Na2C03'ün hidrolizi aşağıdaki denklemlerle ifade edilebilir:

1 adım:

CO 3 2– + HOH HCO 3 – + OH –,

Na2C03 + HOH NaHC03 + NaOH.

2 adım

HCO 3 - + HOH H2C03 + OH -,

NaHC03 + HOH H2C03 + NaOH.

İlk aşamada hidroliz sonucunda oluşan OH- iyonları, hidrolizin ikinci aşamasını büyük ölçüde bastırır, bunun sonucunda ikinci aşamada hidroliz az da olsa ilerler.

2. Zayıf baz ve kuvvetli asitten oluşan tuzlarörneğin NH4Cl, FeCl3, Al2(SO4)3 katyon tarafından hidrolize edilir. Bir örnek işlemdir

NH4 + + HOH NH4OH + H+,

NH4Cl + HOH NH40H + HCl.

Hidroliz, zayıf bir elektrolit - NH 4 OH (NH 3 H 2 O) oluşumundan kaynaklanır. Sonuç olarak, suyun elektrolitik ayrışma dengesi değişir ve çözeltide fazla miktarda H + iyonu belirir. Böylece, bir NH4Cl çözeltisi asidik bir reaksiyon gösterecektir.

Poliasit bazların oluşturduğu tuzların hidrolizi sırasında bazik tuzlar, daha doğrusu bazik tuzların katyonları oluşur. Örnek olarak, demir (II) klorürün hidrolizini düşünün:

1 adım

Fe 2+ + HOH FeOH + + H+ ,

FeCl2 + HOH FeOHCl + HCl.

2 adım

FeOH + + HOH Fe (OH) 2 + H +,

FeOHCl + HOH Fe(OH)2 + HCl.

İkinci aşamadaki hidroliz, birinci aşamadaki hidrolize kıyasla önemsiz bir şekilde ilerler ve ikinci aşamada çözeltideki hidroliz ürünlerinin içeriği çok küçüktür.

3. Zayıf baz ve zayıf asitten oluşan tuzlarörneğin CH3COONH 4, (NH 4)2CO3, HCOONH 4, hem katyon hem de anyon tarafından hidrolize edilir. Örneğin, CH 3 COONH 4 suda çözündüğünde, düşük ayrışmalı asit ve baz oluşur:

CH3 COO - + NH4 + + HOH CH3COOH + NH40H,

CH3COONH 4 + HOH CH3COOH + NH40H.

Bu durumda çözeltinin tepkimesi hidroliz sonucu oluşan zayıf asit ve bazların kuvvetine bağlıdır. Bu örnekte CH3COOH ve NH40H güç olarak yaklaşık olarak eşit olduğundan, tuz çözeltisi nötr olacaktır.

HCOONH 4'ün hidrolizi sırasında, formik asit asetik asitten daha güçlü olduğu için çözeltinin reaksiyonu hafif asidik olacaktır.

Çok zayıf bazlar ve zayıf asitler, örneğin alüminyum sülfür tarafından oluşturulan bir dizi tuzun hidrolizi, geri döndürülemez şekilde ilerler:

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

4. Çözeltilerdeki bazı değişim reaksiyonlarına hidroliz eşlik eder ve geri dönüşümsüz olarak ilerler.

A) İki değerlikli metallerin tuzlarının çözeltileri (kalsiyum, stronsiyum, baryum ve demir hariç) alkali metal karbonatların sulu çözeltileri ile etkileşime girdiğinde, kısmi hidroliz sonucunda bazik karbonatlar çökelir:

2MgSO 4 + 2Na 2C03 + H 2 O \u003d Mg 2 (OH) 2 C03 + CO 2 + 2Na 2 SO 4,

3 Pb (NO 3) 2 + 3Na 2 CO3 + H 2 O \u003d Pb 3 (OH) 2 (CO 3) 2 + CO 2 + 6NaNO 3.

B) Üç değerlikli alüminyum, krom ve demirin sulu çözeltileri, alkali metallerin karbonat ve sülfürlerinin sulu çözeltileri ile karıştırıldığında, üç değerlikli metallerin karbonatları ve sülfürleri oluşmaz - geri dönüşümsüz hidrolizleri ilerler ve hidroksitleri çöker:

2AlCl 3 + 3K 2CO3 + 3H20 \u003d 2Al (OH) 3 + 3CO2 + 6KCl,

2Cr(NO 3) 3 + 3Na2S + 6H20 = 2Cr(OH) 3 + 3H2S + 6NaN03 .