Kemi er en interessant og ret kompleks videnskab. Dens termer og begreber støder på os i hverdagen, og det er ikke altid intuitivt klart, hvad de betyder, og hvad deres betydning er. Et af disse begreber er opløselighed. Dette udtryk er meget brugt i teorien om løsninger, og i hverdagen støder vi på dets brug, fordi vi er omgivet af de samme løsninger. Men det er ikke så meget selve brugen af dette begreb, der er vigtigt, men de fysiske fænomener, det betegner. Men før vi går videre til hoveddelen af vores historie, lad os spole frem til det nittende århundrede, hvor Svante Arrhenius og Wilhelm Ostwald formulerede teorien om elektrolytisk dissociation.
Historie
Undersøgelsen af løsninger og opløselighed begynder med den fysiske teori om dissociation. Det er det nemmeste at forstå, men for primitivt og falder kun i nogle øjeblikke sammen med virkeligheden. Essensen af denne teori er, at det opløste stof, der kommer ind i opløsningen, nedbrydes til ladede partikler kaldet ioner. Det er disse partikler, der bestemmer opløsningens kemiske egenskaber og nogle af dens fysiske egenskaber, herunder ledningsevne og kogepunkt, smeltepunkt og krystallisationspunkt.
Men der er flerekomplekse teorier, der betragter en løsning som et system, hvor partiklerne interagerer med hinanden og danner de såkaldte solvater – ioner omgivet af dipoler. En dipol er i almindelighed et neutr alt molekyle, hvis poler er modsat ladede. Dipolen er oftest et opløsningsmiddelmolekyle. Når det opløste stof kommer ind i opløsningen, nedbrydes det til ioner, og dipolerne tiltrækkes af henholdsvis den ene ion af den modsat ladede ende i forhold til dem og til andre ioner af den anden modsat ladede ende. Således opnås solvater - molekyler med en skal af andre neutrale molekyler.
Lad os nu tale lidt om essensen af selve teorierne og se nærmere på dem.
Løsningsteorier
Danningen af sådanne partikler kan forklare mange fænomener, der ikke kan beskrives ved hjælp af den klassiske løsningsteori. For eksempel den termiske effekt af opløsningsreaktionen. Fra Arrhenius-teoriens synspunkt er det svært at sige, hvorfor varme kan absorberes og frigives, når et stof er opløst i et andet. Ja, krystalgitteret ødelægges, og derfor bruges energi enten, og opløsningen afkøles, eller frigives under henfald på grund af den overskydende energi fra kemiske bindinger. Men det viser sig at være umuligt at forklare dette fra den klassiske teoris synspunkt, da selve ødelæggelsesmekanismen forbliver uforståelig. Og hvis vi anvender den kemiske teori om opløsninger, bliver det klart, at opløsningsmiddelmolekyler, kilet ind i gitterets hulrum, ødelægger det indefra, som om de "omslutter"ioner fra hinanden af en solvationsskal.
I næste afsnit vil vi se på, hvad opløselighed er, og alt relateret til denne tilsyneladende enkle og intuitive størrelse.
Begrebet opløselighed
Det er rent intuitivt, at opløselighed angiver, hvor godt et stof opløses i et givet bestemt opløsningsmiddel. Men vi ved norm alt meget lidt om arten af opløsning af stoffer. Hvorfor opløses for eksempel kridt ikke i vand, og bords alt - omvendt? Det hele handler om styrken af bindingerne i molekylet. Hvis bindingerne er stærke, kan disse partikler på grund af dette ikke dissociere til ioner og derved ødelægge krystallen. Derfor forbliver det uopløseligt.
Opløselighed er en kvantitativ egenskab, der viser, hvor stor en andel af et opløst stof, der er i form af solvatiserede partikler. Dens værdi afhænger af arten af det opløste stof og opløsningsmidlet. Opløseligheden i vand for forskellige stoffer er forskellig, afhængig af bindingerne mellem atomer i molekylet. Stoffer med kovalente bindinger har den laveste opløselighed, mens dem med ionbindinger har den højeste.
Men det er ikke altid muligt at forstå, hvilken opløselighed der er stor, og hvilken der er lille. Derfor vil vi i næste afsnit diskutere, hvad opløseligheden af forskellige stoffer i vand er.
Sammenligning
Der er mange flydende opløsningsmidler i naturen. Der er endnu flere alternative stoffer, der kan fungere som det sidste, når visse betingelser er nået, for eksempel en bestemtaggregeret tilstand. Det bliver tydeligt, at hvis man indsamler data om opløseligheden i hinanden af hvert par "solute - solvent", vil det ikke være nok i en evighed, for kombinationerne er enorme. Derfor skete det, at på vores planet er vand det universelle opløsningsmiddel og standard. De gjorde dette, fordi det er det mest almindelige på jorden.
Således blev der udarbejdet en vandopløselighedstabel for mange hundrede og tusinder af stoffer. Vi har alle set det, men i en kortere og mere forståelig udgave. Tabellens celler indeholder bogstaver, der angiver et opløseligt stof, uopløseligt eller svagt opløseligt. Men der er mere højt specialiserede tabeller for dem, der er seriøst bevandret i kemi. Den angiver den nøjagtige numeriske værdi af opløseligheden i gram pr. liter opløsning.
Lad os nu vende os til teorien om sådan noget som opløselighed.
Opløselighedskemi
Hvordan selve opløsningsprocessen foregår, har vi allerede analyseret i de foregående afsnit. Men hvordan skriver man for eksempel det hele ned som en reaktion? Alt er ikke så enkelt her. For eksempel, når en syre er opløst, reagerer en hydrogenion med vand og danner en hydroniumion H3O+. For HCl vil reaktionsligningen således se således ud:
HCl + H2O =H3O+ + Cl-
Opløseligheden af s alte, afhængigt af deres struktur, bestemmes også af dets kemiske reaktion. Typen af sidstnævnte afhænger af s altets struktur ogbindinger inden for dets molekyler.
Vi fandt ud af, hvordan man grafisk registrerer opløseligheden af s alte i vand. Nu er det tid til praktisk anvendelse.
Application
Hvis du angiver de tilfælde, hvor denne værdi er nødvendig, er ikke engang et århundrede nok. Indirekte ved hjælp af det kan du beregne andre mængder, der er meget vigtige for undersøgelsen af enhver løsning. Uden det ville vi ikke være i stand til at kende den nøjagtige koncentration af stoffet, dets aktivitet, vi ville ikke være i stand til at vurdere om medicinen vil helbrede en person eller dræbe (trods alt er selv vand livstruende i store mængder).
Ud over den kemiske industri og videnskabelige formål er det også nødvendigt at forstå essensen af opløselighed i hverdagen. Nogle gange er det faktisk nødvendigt at fremstille, f.eks. en overmættet opløsning af et stof. For eksempel er dette nødvendigt for at få s altkrystaller til et barns lektier. Når vi kender opløseligheden af s alt i vand, kan vi nemt bestemme, hvor meget det skal hældes i en beholder, så det begynder at udfælde og danne krystaller fra et overskud.
Før vi afslutter vores korte udflugt til kemi, lad os tale om et par begreber relateret til opløselighed.
Hvad ellers er interessant?
Efter vores mening, hvis du er nået til dette afsnit, har du sikkert allerede forstået, at opløselighed ikke bare er en mærkelig kemisk størrelse. Det er grundlaget for andre mængder. Og blandt dem: koncentration, aktivitet, dissociationskonstant, pH. Og dette er ikke en komplet liste. Du skal have hørt mindst énfra disse ord. Uden denne viden om naturen af løsninger, hvis undersøgelse begyndte med opløselighed, kan vi ikke længere forestille os moderne kemi og fysik. Hvad er fysikken her? Nogle gange beskæftiger fysikere sig også med løsninger, måler deres ledningsevne og bruger deres andre egenskaber til deres egne behov.
Konklusion
I denne artikel stiftede vi bekendtskab med sådan et kemisk begreb som opløselighed. Dette var sandsynligvis ret nyttig information, da de fleste af os næppe forstår den dybe essens af teorien om løsninger uden at have lyst til at dykke ned i dens undersøgelse i detaljer. Under alle omstændigheder er det meget nyttigt at træne sin hjerne ved at lære noget nyt. En person skal jo "studere, studere og atter studere" hele sit liv.
