Solventin tərifi kimyası. Həll yolları. Həll prosesinin termodinamiği və mexanizmi
Həll yolları, eləcə də onların formalaşma prosesi bizi əhatə edən dünyada böyük əhəmiyyət kəsb edir. Su və hava onların iki nümayəndəsidir, onsuz Yer üzündə həyat mümkün deyil. Bitki və heyvanlarda olan əksər bioloji mayelər də məhlullardır. Qidanın həzm prosesi qida maddələrinin həlli ilə ayrılmaz şəkildə bağlıdır.
İstənilən istehsal bu və ya digərinin istifadəsini nəzərdə tutur.Onlardan toxuculuq, qida, əczaçılıq sənayesi, metal emalı, mədənçıxarma, plastik və lif istehsalında istifadə olunur. Buna görə də onların nə olduğunu başa düşmək, xüsusiyyətlərini və fərqli xüsusiyyətlərini bilmək vacibdir.
Həqiqi həllərin əlamətləri
Məhlullar bir komponentin digərində paylanması nəticəsində əmələ gələn çoxkomponentli homojen sistemlər kimi başa düşülür. Onları əmələ gətirən hissəciklərin ölçüsündən asılı olaraq kolloid sistemlərə, süspansiyonlara və həqiqi məhlullara bölünən dispers sistemlər də adlanır.
Sonuncuda, komponentlər molekullara, atomlara və ya ionlara ayrılma vəziyyətindədir. Belə molekulyar dispers sistemləri aşağıdakı xüsusiyyətlərlə xarakterizə olunur:
- yaxınlıq (qarşılıqlı təsir);
- spontan formalaşması;
- konsentrasiyanın sabitliyi;
- homojenlik;
- davamlılıq.
Başqa sözlə, onlar komponentlər arasında xarici qüvvələr olmadan maddənin kortəbii olaraq kiçik hissəciklərə bölünməsinə səbəb olan qarşılıqlı təsir olduqda yarana bilərlər. Yaranan həllər bir fazalı olmalıdır, yəni komponentlər arasında heç bir interfeys olmamalıdır. Sonuncu xüsusiyyət ən vacibdir, çünki həll prosesi yalnız sistem üçün enerji baxımından faydalı olduqda özbaşına baş verə bilər. Bu zaman sərbəst enerji azalır və sistem tarazlığa çevrilir. Bütün bu xüsusiyyətləri nəzərə alaraq aşağıdakı tərifi formalaşdırmaq olar:
Həqiqi həll, ölçüləri 10 -7 sm-dən çox olmayan, yəni atomlar, molekullar və ionlarla mütənasib olan iki və ya daha çox maddənin qarşılıqlı təsir edən hissəciklərinin sabit tarazlıq sistemidir.
Maddələrdən biri həlledicidir (adətən konsentrasiyası daha yüksək olan komponent), qalanları isə həlledicidir. Başlanğıc maddələr müxtəlif aqreqasiya vəziyyətlərində idisə, həlledici onu dəyişdirməyən kimi qəbul edilir.
Həqiqi həllərin növləri
By aqreqasiya vəziyyəti məhlullar maye, qaz və bərk olur. Ən çox yayılmışlar maye sistemlərdir və onlar da məhlulun ilkin vəziyyətindən asılı olaraq bir neçə növə bölünür:
- mayedə bərk, məsələn suda şəkər və ya duz;
- maye içərisində maye, məsələn, suda kükürd və ya xlorid turşusu;
- mayedə qaz halında, məsələn, suda oksigen və ya karbon qazı.
Bununla belə, yalnız su həlledici ola bilməz. VƏ həlledicinin təbiətinə görə bütün maye məhlullar, əgər maddələr suda həll olunursa, sulu və sulu olmayan, əgər maddələr efirdə, etanolda, benzolda və s.
Elektrik keçiriciliyinə görə məhlullar elektrolitlərə və qeyri-elektrolitlərə bölünür. Elektrolitlər məhlulda dissosiasiya edildikdə ionlar əmələ gətirən, əsasən ion kristal bağları olan birləşmələrdir. Həll edildikdə, qeyri-elektrolitlər atomlara və ya molekullara parçalanır.
Həqiqi məhlullarda eyni vaxtda iki əks proses baş verir - maddənin həlli və kristallaşması. asılı olaraq tarazlıq mövqeyindən"Məhsul - məhlul" sistemində aşağıdakı məhlul növləri fərqləndirilir:
- doymuş, müəyyən bir maddənin həll sürəti onun kristallaşma sürətinə bərabər olduqda, yəni məhlul ilə tarazlıqda olduqda;
- eyni temperaturda doymuş maddədən daha az məhlul varsa, doymamış;
- doymuş ilə müqayisədə həddindən artıq həll edilmiş maddə ehtiva edən həddindən artıq doymuş və aktiv kristallaşmaya başlamaq üçün onun bir kristalı kifayətdir.
Həlllərdə müəyyən bir komponentin məzmununu əks etdirən kəmiyyət xarakteristikası kimi istifadə edirlər konsentrasiya. Tərkibində az məhlul olan məhlullar seyreltilmiş, yüksək məhlul olan məhlullar isə konsentrat adlanır.
Konsentrasiyanı ifadə etməyin yolları
Kütləvi pay (ω) - məhlulun (m məhlulun) kütləsinə bölünən maddənin (m maddənin) kütləsi. Bu zaman məhlulun kütləsi maddənin və həlledicinin (m məhlul) kütlələrinin cəmi kimi qəbul edilir.
(N) məhlulu əmələ gətirən maddələrin mollarının ümumi sayına (ΣN) bölünən məhlulun (N maddənin) mol sayıdır.
Molyarlıq (C m) həlledicinin (m məhlulun) kütləsinə bölünmüş həll olunmuş maddənin (N maddə) mollarının sayıdır.
Molar konsentrasiyası (C m) - həll edilmiş maddənin kütləsi (m in-va), bütün məhlulun həcminə (V) bağlıdır.
Normallıq və ya ekvivalent konsentrasiya (C n) məhlulun həcminə görə həll olunmuş maddənin ekvivalentlərinin (E) sayıdır.
Titer (T) müəyyən həcmdə məhlulda həll olunan maddənin (m maddə) kütləsidir.
Qaz halında olan maddənin həcm hissəsi (ϕ) maddənin həcminin (V maddənin) məhlulun (V məhlulunun) həcminə bölünməsidir.
Həlllərin xassələri
Bu məsələni nəzərdən keçirərkən, ən çox qeyri-elektrolitlərin seyreltilmiş məhlullarından danışırlar. Bu, birincisi, hissəciklər arasındakı qarşılıqlı təsir dərəcəsinin onları ideal qazlara yaxınlaşdırması ilə bağlıdır. İkincisi, onların xassələri bütün hissəciklərin qarşılıqlı əlaqəsi ilə müəyyən edilir və komponentlərin tərkibinə mütənasibdir. Həqiqi məhlulların belə xassələri kolliqativ adlanır. Həlledicinin məhlulun üstündəki buxar təzyiqi Raul qanunu ilə təsvir edilir ki, məhlulun üstündəki həlledicinin ΔP doymuş buxar təzyiqinin azalması məhlulun (T məhlulun) mol hissəsinə və buxar təzyiqinə düz mütənasibdir. təmiz həlledicinin üstündə (P 0 məhlulu):
ΔР = R haqqında r-la ∙ T in-va
Məhlulların qaynama temperaturlarının ΔТк və donma temperaturlarının ΔТз artması onlarda həll olunan maddələrlə düz mütənasibdir C m:
ΔT k = E ∙ C m, burada E ebullioskopik sabitdir;
ΔT z = K ∙ C m, burada K krioskopik sabitdir.
Osmotik təzyiq π tənlikdən istifadə edərək hesablanır:
π = Р∙E∙Х in-va / V r-la,
burada X həll olunmuş maddənin mol hissəsidir, V həlledicinin həcmidir.
Hər hansı bir insanın gündəlik həyatında həllərin əhəmiyyətini qiymətləndirmək çətindir. Təbii suyun tərkibində həll olunmuş qazlar - CO 2 və O 2, müxtəlif duzlar - NaCl, CaSO4, MgCO3, KCl və s. var.Lakin bu çirklər olmasaydı, orqanizmdə su-duz mübadiləsi və ürək-damar sisteminin fəaliyyəti pozula bilərdi. Həqiqi həllərin başqa bir nümunəsi metalların bir ərintisidir. Pirinç və ya zərgərlik qızılı ola bilər, amma əsas odur ki, ərimiş komponentləri qarışdırdıqdan və yaranan məhlulu soyuduqdan sonra bir bərk faza meydana gəlir. Metal ərintiləri bıçaqdan tutmuş elektronikaya qədər hər yerdə istifadə olunur.
Məhlullar iki və ya daha çox maddədən ibarət homojen kütlə və ya qarışıqdır ki, burada bir maddə həlledici, digəri isə həll olunan hissəciklər kimi çıxış edir.
Məhlulların mənşəyini şərh etmək üçün iki nəzəriyyə var: qurucusu D.İ.Mendeleyev olan kimyəvi və alman və İsveçrə fizikləri Ostvald və Arrhenius tərəfindən irəli sürülmüş fiziki. Mendeleyevin şərhinə görə, həlledicinin komponentləri və həll olunmuş maddələr eyni komponentlərin və ya hissəciklərin qeyri-sabit birləşmələrinin əmələ gəlməsi ilə kimyəvi reaksiyanın iştirakçıları olurlar.
Fiziki nəzəriyyə həlledicinin molekulları ilə həll olunmuş maddələr arasında kimyəvi qarşılıqlı əlaqəni inkar edir, məhlulların əmələ gəlməsi prosesini fiziki təsir nəticəsində həlledicinin hissəciklərinin (molekullarının, ionlarının) həlledici maddənin hissəcikləri arasında vahid paylanması kimi izah edir. diffuziya adlanan fenomen.
Müxtəlif meyarlara görə məhlulların təsnifatı
Bu gün həllərin təsnifatı üçün vahid sistem yoxdur, lakin şərti olaraq həll növləri ən əhəmiyyətli meyarlara görə qruplaşdırıla bilər, yəni:
I) Aqreqasiya vəziyyətinə görə onlar: bərk, qaz və maye məhlullara bölünürlər.
II) Həll olunmuş maddənin hissəciklərinin ölçüsünə görə: kolloid və həqiqi.
III) Məhlulda həll olunan maddənin hissəciklərinin konsentrasiya dərəcəsinə görə: doymuş, doymamış, qatılaşdırılmış, seyreltilmiş.
IV) Elektrik cərəyanını keçirmə qabiliyyətinə görə: elektrolitlər və qeyri-elektrolitlər.
V) Məqsədinə və tətbiq sahəsinə görə: kimyəvi, tibbi, tikinti, xüsusi məhlullar və s.
Aqreqasiya vəziyyətinə görə məhlulların növləri
Həlledicinin aqreqativ vəziyyətinə görə məhlulların təsnifatı bu terminin mənasının geniş mənasında verilmişdir. Maye maddələri məhlullar kimi qəbul etmək adətdir (həm maye, həm də bərk element həll olunan maddə kimi çıxış edə bilər), lakin bir məhlulun iki və ya daha çox maddədən ibarət homojen bir sistem olduğunu nəzərə alsaq, o zaman bərk məhlulları və qazı da tanımaq olduqca məntiqlidir. Bərk məhlullar, məsələn, daha çox ərintilər kimi tanınan bir neçə metalın qarışıqları hesab olunur. Məhlulların qazlı növləri bir neçə qazın qarışığıdır, buna misal olaraq oksigen, azot və karbon dioksid birləşmələri şəklində təqdim olunan ətrafımızdakı havadır.
Həll olunmuş hissəciklərin ölçüsünə görə məhlullar
Həll edilmiş hissəciklərin ölçüsünə əsaslanan məhlulların növlərinə həqiqi (adi) məhlullar və B daxildir. Məhlul həlledici molekulların ölçüsünə bənzər kiçik molekullara və ya atomlara parçalanır. Eyni zamanda, məhlulların əsl növləri həlledicinin orijinal xüsusiyyətlərini saxlayır, ona əlavə olunan elementin fiziki-kimyəvi xüsusiyyətlərinin təsiri altında onu bir qədər dəyişdirir. Məsələn: xörək duzu və ya şəkəri suda həll etdikdə su eyni yığılma vəziyyətində və eyni konsistensiyada, demək olar ki, eyni rəngdə qalır, yalnız dadı dəyişir.
Kolloid məhlullar adi məhlullardan onunla fərqlənir ki, əlavə olunan komponent tam parçalanmır, ölçüləri həlledici hissəcikləri əhəmiyyətli dərəcədə üstələyən, 1 nanometr dəyərini aşan mürəkkəb molekulları və birləşmələri qoruyub saxlayır.
Məhlulların konsentrasiyalarının növləri
Eyni miqdarda həllediciyə müxtəlif miqdarda həll edilmiş element əlavə edə bilərsiniz və nəticə müxtəlif konsentrasiyalı məhlullar olacaqdır. Əsas olanları sadalayırıq:
- Doymuş məhlullar, həll olunan komponentin sabit temperatur və təzyiqin təsiri altında artıq atomlara və molekullara parçalanmaması və məhlulun faza tarazlığına çatma dərəcəsi ilə xarakterizə olunur. Doymuş məhlullar, həmçinin həll edilmiş komponentin həlledici ilə müqayisə oluna bilən konsentratlı məhlullara və həll olunmuş maddənin həlledicidən bir neçə dəfə az olduğu seyreltilmiş məhlullara bölünə bilər.
- Doymamış məhlullar məhlulun hələ də kiçik hissəciklərə parçalana bildiyi məhlullardır.
- Həddindən artıq doymuş məhlullar təsir edən amillərin (temperatur, təzyiq) parametrləri dəyişdikdə alınır, nəticədə həll olunmuş maddənin “əzilməsi” prosesi davam edir, normal (adi) şəraitdə olduğundan daha böyük olur.
Elektrolitlər və qeyri-elektrolitlər
Məhlullardakı bəzi maddələr elektrik cərəyanını keçirə bilən ionlara parçalanır. Belə homojen sistemlərə elektrolitlər deyilir. Bu qrupa turşular və əksər duzlar daxildir. Və elektrik cərəyanı keçirməyən məhlullar adətən qeyri-elektrolitlər adlanır (demək olar ki, bütün üzvi birləşmələr).
Məqsədinə görə həll qrupları
Həlllər xalq təsərrüfatının bütün sahələrində əvəzolunmazdır, onların spesifikliyi tibb, tikinti, kimya və başqaları kimi xüsusi həllər növlərini yaratmışdır.
Tibbi məhlullar müxtəlif xəstəliklərin müalicəsi və qarşısının alınması üçün tibbi məqsədlər üçün istifadə olunan məlhəmlər, süspansiyonlar, qarışıqlar, infuziya və inyeksiya üçün məhlullar və digər dozaj formaları şəklində preparatlar toplusudur.
Kimyəvi məhlulların növlərinə kimyəvi reaksiyalarda istifadə olunan çoxlu sayda homojen birləşmələr daxildir: turşular, duzlar. Bu məhlullar üzvi və qeyri-üzvi mənşəli, sulu (dəniz suyu) və ya susuz (benzol, aseton və s. əsasında), maye (araq) və ya bərk (pirinç) ola bilər. Onlar milli iqtisadiyyatın müxtəlif sahələrində: kimya, yeyinti, toxuculuq sənayesində öz tətbiqini tapdılar.
Harç növləri viskoz və qalın bir tutarlılığa malikdir, buna görə də qarışığın adı onlar üçün daha uyğundur.
Tez sərtləşmə qabiliyyətinə görə, onlar divarların, tavanların, yükdaşıyan strukturların çəkilməsi, eləcə də bitirmə işləri üçün uğurla istifadə olunur. Doldurucu kimi qum, gil, çınqıl, əhəng, gips və digər tikinti materiallarının istifadə edildiyi üç komponentli (həlledici, müxtəlif işarəli sement, doldurucu) sulu məhlullardır.
Həll yolları.
Məhlullar dəyişkən tərkibli homojen sistemlərdir. Bir məhlulun kimyəvi tərkibi və fiziki xassələri onun həcminin bütün hissələrində eynidir.
Sadəcə maddələri qarışdırmaqdan fərqli olaraq, həll edildikdə, hissəciklər arasında qarşılıqlı təsir yaranır, həll formalaşdırmaq.
Bir həlli müəyyən etmək üçün çox vaxt homojen və sistem anlayışlarından istifadə olunur.
Bu vəziyyətdə həll adlanır homojen sistem, iki və ya daha çox komponentdən ibarətdir.
Homojen və heterojen sistemlər
Homojen sistem(yunan dilindən όμός - bərabər, eyni; γένω - doğurmaq) - kimyəvi tərkibi və fiziki xassələri bütün hissələrində eyni olan və ya atlamalar olmadan davamlı olaraq dəyişən homojen bir sistemdir. sistemi).
İki və ya daha çox kimyəvi komponentdən ibarət homojen sistemdə hər bir komponent digərinin kütləsində molekullar, atomlar və ionlar şəklində paylanır. Homojen sistemin tərkib hissələrini mexaniki olaraq bir-birindən ayırmaq olmaz.
Heterojen sistem(yunan έτερος - fərqli; γένω - doğurmaq) - interfeys ilə ayrılmış bircins hissələrdən (fazalardan) ibarət heterojen sistem.
Həll yollarıüç aqreqasiya vəziyyətində mövcud ola bilər - bərk, maye və qaz (buxar). Bərk məhlullara misal olaraq bəzi metal ərintiləri, məsələn, qızıl və mis ərintisi və hava kimi qaz məhlulları daxildir.
Ən vacib həll növü maye məhlullardır.
Həll yolları insan həyatında son dərəcə vacibdir. Beləliklə, insanlar və heyvanlar tərəfindən qidaların mənimsənilməsi prosesləri qida maddələrinin məhlullara köçürülməsi ilə əlaqələndirilir. Məhlullar bütün ən vacib fizioloji mayelərdir (qan, limfa və s.).
Həlledicilər
Hər bir həll həll olunmuş maddələrdən və bir həlledicidən ibarətdir, yəni. bu maddələrin molekullar və ionlar şəklində bərabər paylandığı mühit.
Adətən həlledici xalis formada mövcud olan komponenti nəticədə alınan məhlulla eyni birləşmə vəziyyətində hesab edin. Məsələn, sulu duz məhlulu vəziyyətində həlledici sudur.
Əgər hər iki komponent həll edilməzdən əvvəl eyni birləşmə vəziyyətində idisə (məsələn, spirt və su), onda daha çox miqdarda olan komponent həlledici hesab olunur.
Həqiqi və kolloid məhlullar
Məhlullarda maddələr müxtəlif dərəcələrdə ola bilər dispersiya(yəni parçalanma). Hissəciklərin ölçüsü məhlulların bir çox fiziki-kimyəvi xassələrini təyin edən mühüm xüsusiyyətdir.
Hissəciklərin ölçüsünə görə məhlullar aşağıdakılara bölünür:
1. Həqiqi həllər(hissəcik ölçüsü 1 mikrondan az) və
2. Kolloid məhlullar(hissəcik ölçüsü 1-dən 100 mikrona qədər).
100 mikrondan böyük hissəcikləri olan qarışıqlar suspenziyalar əmələ gətirir: süspansiyonlar Və emulsiyalar.
Həqiqi həllər ola bilər ion və ya molekulyar məhlulun ionlara ayrılmasından və ya molekullar şəklində dissosiasiya olunmamış vəziyyətdə qalmasından asılı olaraq.
Kolloid məhlullar xassələrinə görə həqiqi məhlullardan kəskin şəkildə fərqlənirlər. Onlar heterojen, çünki onlar fazalar arasında - həll olunmuş maddə ( dispers faza) və həlledici ( dispersiya mühiti).
Yüksək molekullu birləşmələrin məhlulları: zülallar, polisaxaridlər, rezin həm həqiqi, həm də kolloid məhlulların xüsusiyyətlərinə malikdir və xüsusi qrup kimi təsnif edilir.
Məhlullar, mexaniki qarışıqlar və kimyəvi birləşmələr
Məhlulların homojenliyi onları kimyəvi birləşmələrə çox bənzədir.
Kimyəvi birləşmə- iki və ya daha çox elementin kimyəvi bağlı atomlarından ibarət mürəkkəb maddə.
Həll bu bir kimyəvi birləşmə deyil, ən azı iki qarışıq birləşmədir. Sadəcə maddələri qarışdırmaqdan fərqli olaraq, həll zamanı məhlulu əmələ gətirən hissəciklər arasında qarşılıqlı təsir baş verir.
Bəzi maddələrin həlli zamanı istiliyin ayrılması da həlledici ilə məhlul arasında kimyəvi qarşılıqlı əlaqəni göstərir.
Məhlulların kimyəvi birləşmələrdən fərqi ondan ibarətdir ki, məhlulun tərkibi geniş hüdudlarda dəyişə bilər. Bundan əlavə, məhlulun xassələrində onun ayrı-ayrı komponentlərinin kimyəvi birləşmə halında müşahidə olunmayan bir çox xassələrini aşkar etmək olar.
Məhlulların tərkibinin dəyişkənliyi onları mexaniki qarışıqlara yaxınlaşdırır.
Mexanik qarışıq- iki və ya daha çox kimyəvi birləşməni (komponentləri) özündə birləşdirən fiziki-kimyəvi sistem. Başlanğıc materialları qarışıqda dəyişməz olaraq daxil edilir. Qarışdıqda yeni maddə yaranmır.
Məhlullar mexaniki qarışıqlardan homojenliyinə görə kəskin şəkildə fərqlənir. Beləliklə, məhlullar mexaniki qarışıqlar və kimyəvi birləşmələr arasında ara mövqe tutur.
Dağılma prosesi
Bir mayedə kristalın həlli aşağıdakı kimi davam edir.
Bir kristal həll edə biləcəyi bir mayeyə daxil edildikdə, onun səthindən ayrı-ayrı molekullar ayrılır. Sonuncu, diffuziya səbəbindən, həlledicinin bütün həcminə bərabər paylanır.
Molekulların bərk cismin səthindən ayrılması bir tərəfdən onların öz vibrasiya hərəkəti ilə, digər tərəfdən isə həlledici molekullardan cazibə nəticəsində yaranır.
Əgər əks proses baş verməsəydi, bu proses istənilən sayda kristal tamamilə həll olunana qədər davam etməli idi - kristallaşma. Hələ həll olunmamış maddənin səthinə dəyən məhlula keçən molekullar yenidən ona çəkilir və onun kristallarının bir hissəsinə çevrilirlər.
Aydındır ki, molekulların məhluldan ayrılması daha sürətli, daha çox olacaq məhlulun konsentrasiyası. Və maddə həll olunduqca sonuncu artdığından, nəhayət, bir an gəlir həll olunma sürəti kristallaşma sürətinə bərabər olur. Sonra quraşdırılır dinamik tarazlıq, bu zaman vahid vaxtda eyni sayda molekul əriyir və kristallaşır.
Məhlulla tarazlıqda olan məhlula deyilir doymuş məhlul.
Məhlulların konsentrasiyası
Doymuş məhlullar nisbətən nadir hallarda istifadə edilməlidir. Əksər hallarda doymamış həllər istifadə olunur, yəni. doymuş məhluldan daha az məhlul konsentrasiyası ilə.
Məhlulun konsentrasiyası müəyyən miqdarda məhlulda və ya həlledicidə olan məhlulun miqdarıdır.
Məhlulun yüksək konsentrasiyası olan məhlullar deyilir cəmlənmişdir, aşağı - seyreltilmiş.
Məhlulun konsentrasiyası müxtəlif yollarla ifadə edilə bilər:
1. Məhlulun ümumi miqdarına nisbətdə həll olunmuş maddənin faizi kimi.
2. 1 litr məhlulun tərkibində olan həll olunmuş maddənin qram molekullarının sayı.
3. 1000 q həlledicidə olan həll olunmuş maddənin qram molekullarının sayı
və s.
Həlledicilik
Həlledicilik bir maddənin müəyyən bir həlledicidə həll olma qabiliyyətidir..
Bir maddənin müəyyən şərtlərdə həll olma qabiliyyətinin ölçüsü onun doymuş məhlulunun konsentrasiyası.
Müxtəlif maddələrin həllolma qabiliyyəti geniş şəkildə dəyişir.
- Əgər daxil 100 qram su daha çox həll edir 10 q maddələr, sonra belə bir maddə
adətən çağırılır yüksək həll olunur. - Əgər əriyir 1 q-dan azdır maddələr - az həll olunur.
- Əgər həll yoluna gedirsə 0,01 q-dan azdır maddələr, onda belə bir maddə deyilir
praktiki olaraq həll olunmur.
Bir maddənin həllolma qabiliyyətini proqnozlaşdırmaq üçün prinsiplər hələ məlum deyil. Bununla belə, adətən qütb molekullarından ibarət maddələr və ion bağ tipli maddələr qütb həlledicilərdə (su, spirt, maye ammonyak), qütb olmayan maddələr isə qütb olmayan həlledicilərdə (benzol, karbon disulfid) daha yaxşı həll olunur.
Əksər bərk maddələrin həlli istiliyin udulması ilə müşayiət olunur. Bu, hidratların (solvatların) əmələ gəlməsi zamanı ayrılan enerji ilə ümumiyyətlə tam kompensasiya edilməyən bərk cismin kristal qəfəsinin məhvinə əhəmiyyətli miqdarda enerji sərf edilməsi ilə izah olunur.
Ümumiyyətlə, temperaturun artması bərk maddələrin həllolma qabiliyyətinin artmasına səbəb olmalıdır.
Həll yolları– ən azı iki komponentdən və onların qarşılıqlı təsir məhsullarından ibarət dəyişən tərkibli termodinamik sabit sistemlər. Bunlar dispers faza və dispersiya mühitindən ibarət dispers sistemlərdir. Doqquz sistem var (Cədvəl 1):
Cədvəl 1
Dispers sistemlər
Harada G- qaz;
T- bərk bədən;
VƏ- maye.
Mövcüd olmaq maye, qaz və bərk məhlullar. Məhlullar kimyəvi birləşmələrdən tərkibinin davamlı olaraq dəyişə bilməsi ilə fərqlənir. Müəyyən şəraitdə kimyəvi tarazlıqda olan hər hansı sistem kimi, məhlulların minimum Gibbs sərbəst enerjisi olmalıdır. Aqreqasiya vəziyyətinə görə dispers sistemlər ola bilər: qaz, maye, bərk; dispersiya dərəcəsinə görə - süspansiyonlar, kolloid və həqiqi məhlullar. Dayandırmaq– heterojen sistemlər, zaman baxımından qeyri-sabitdir. Onların hissəcikləri çox kiçikdir və fazanın bütün xüsusiyyətlərini saxlayır. Süspansiyonlar təbəqələşir və dispers faza sıxlıq nisbətindən asılı olaraq ya çökür, ya da yuxarı qalxır. Nümunələr: duman (qazda paylanmış maye), suspenziya (bərk - maye), emulsiya (maye - maye, C 2 H 5 OH + H 2 O - etil spirti və su).
Həqiqi məhlulda mühitdə paylanmış maddə atom və ya molekulyar səviyyəyə qədər dağılır. Çoxsaylı nümunələr var: qazlı məhlul - azotun əsas komponentindən ibarət hava - 78% N 2; bərk məhlullar olan ərintilər, məsələn, mis Cu – Zn, Cu – Cd, Cu – Ni və s.
Kolloid məhlullar– mikroheterogen sistemlər, həqiqi məhlullar və süspansiyonlar arasında aralıq mövqe tutur. Məhlullar həlledici və həlledicidən ibarətdir. Həlledici məhlulda üstünlük təşkil edən komponentdir. Məhlulların xassələri konsentrasiyadan asılıdır. Məhlulların konsentrasiyasını ifadə etməyin yollarını nəzərdən keçirək.
2. Konsentrasiya və onun ifadə üsulları
Konsentrasiya– müəyyən miqdarda məhlulda və ya həlledicidə olan məhlulun miqdarı. Məhlulların konsentrasiyasını təyin edərkən analitik kimyanın müxtəlif üsullarından istifadə olunur: qravimetrik, həcmli, həmçinin sıxlığın, sınma əmsalının və digər fiziki-kimyəvi xüsusiyyətlərin ölçülməsinə əsaslanan üsullar.
Konsentrasiya növləri
Kütləvi pay məhlulda məhlul ? , % – maddənin kütləsinin məhlulun kütləsinə nisbəti:
Misal: qoy m(CaCl 2) = 10 g, onda ? (CaCl 2) = (10/100) ґ 100% = 10%.
Məhlulun molyarlığı– bir litr məhlulda məhlulun mollarının sayı.
Nümunə: 1 mol H 2 SO 4 – 98 q, bir litrə su əlavə edilməlidir.
Molallıq– 1000 q həlledicidə məhlulun mol sayı. Misal:
H 2 SO 4 – 98 q/mol + 1000 q H 2 O.
Məhlulda məhlulun mol hissəsi, N
Harada n 1 – həll olunmuş maddə (mol);
n 2 – həlledici (mol).
Misal: bizdə 20% NaOH (kaustik soda) var.
Titr– bir mililitr məhlulda həll olunan maddələrin sayı. Titrimetrik analiz var - analitin tərkibinin olduğu kəmiyyət analizi üsulu X ilə qarşılıqlı təsirə sərf olunan reagentin miqdarının ölçülməsi əsasında hesablanır X, titrimetrik analizdə reaksiyanın aparılması analizin son mərhələsidir. Nümunə: rəng yox olana qədər turşunun həcmini qələvi damcıları ilə titr edin - tam neytrallaşdırma. Titrləmə zamanı
Harada N– normallıq – bir litr məhlulda həll olunmuş maddənin mol ekvivalentlərinin sayı.
Həlllərin əsas xüsusiyyəti onların olmasıdır həlledicilik– müəyyən bir temperaturda yüz qram həlledicidə həll oluna bilən maddənin kütləsi; bu proses istilik effekti ilə müşayiət olunur. Kəmiyyətcə, bərk, qaz və ya mayenin maye həlledicidə həllolma qabiliyyəti müəyyən bir temperaturda doymuş məhlulun konsentrasiyası ilə müəyyən edilir, yəni müəyyən bir həlledicidə kütlə (həcmi) ilə nə qədər maddədir. Misal: m(NaCl) - müəyyən bir temperaturda 100 q H 2 O üçün 58,5 q. Doymuş həll– artıq həll olunan maddə ilə tarazlıqda olan məhlul. Həddindən artıq doymuş- həllolma qabiliyyəti ilə müəyyən ediləndən çox maddə olan qeyri-sabit məhlul.
Keyfiyyətli bir xüsusiyyət həll etmək və ya həll etməmək qabiliyyətidir, məsələn, kükürd suda həll olunmur, yod suda praktiki olaraq həll olunmur. Çözüm prosesi iki mərhələdən ibarətdir:
1. Bərk maddələrin suda həll olması (kristalların məhv edilməsi endotermik reaksiyadır, yəni istilik udulur - q 1).
2. Ayrı-ayrı hissəciklər su ilə qarşılıqlı təsir göstərir, bu proses deyilir - nəmləndirmə, istilik + buraxır q 2
Q həll = - q 1 + q 2 .
Əgər - q 1 > q 2, onda ümumi təsir mənfi olur (- Q), əgər əksinədirsə, müsbətdir (+ Q).
?H= 0 – eyni effektlər, ? H< 0 – istilik ayrılır, ? H> 0 - istilik udulur.
Çözülmənin istilik effekti– bir mol maddənin istilik miqdarı.
maddə+ həlledici- doymuş məhlul+ Q.
Temperaturun azalması ilə həll olunan maddə həll olunma qabiliyyətini artırır. Bəzi maddələrin həllolma qabiliyyətini nəzərdən keçirək. Məsələn, NH 4 NO 3 – ammonium nitrat, həll olma qabiliyyəti sıfıra enir, reaksiyanın endotermik təsiri. Mərhələləri ətraflı nəzərdən keçirək: birinci mərhələdə - kristal şəbəkənin məhv edilməsinin təsiri, endotermik. İkincisi - su ilə həcmdə vahid paylama, nəmləndirmə - ekzotermik.
q 1 > q 2 > – Q- istilik udulur,
?H> 0.
Başqa bir misal, NaOH - natrium hidroksid, reaksiyanın ekzotermik təsiri,
q 1 < q 2 > +Q- istilik buraxılır.
Bu o deməkdir ki, həlledicilik maddənin duzunun və həlledicinin təbiəti ilə müəyyən edilir.
Həlllərin başqa bir xüsusiyyəti dielektrik sabiti– iki yük arasındakı qarşılıqlı təsir qüvvəsi vakuumdakından neçə dəfə azdır.
Əgər yüz mililitr kran suyunda 10 q natrium hidroksid NaOH həll etsəniz, temperatur kəskin şəkildə 60 o C-ə yüksəlir (krandan suyun temperaturu +20 o C).
100 ml eyni suda 40 q ammonium nitrat NH 4 NO 3 həll etsəniz, temperatur kəskin şəkildə +20 o C-dən -7 o C-ə enir.
Natrium xlorid NaCl-ni 100 ml kran suyunda həll etsəniz, temperatur dəyişmir.
3. Qazların mayelərdə həll olması
Bu təzyiq və temperaturdan asılıdır. Qazların həllolma qabiliyyəti onların müxtəlif kimyəvi təbiətinə görə dəyişir.
N2, H2 suda az həll olur, NH3, HCl-in həllolma qabiliyyəti çox yüksəkdir, bir həcmdə H2O-da 700 həcm ammonyak NH3 həll olur.
Qaz + H 2 O > 3,5 həcm O 2 H 2 O-nun bir həcmi ekzotermik prosesdir. Temperatur artdıqca bəzi qazların həllolma qabiliyyəti azalır. Sabit temperaturda və aşağı təzyiqdə həlledici ilə kimyəvi təsirə girməyən qazların həllolma qabiliyyəti bir neçə hissədən ibarət olan Henri-Dalton qanununa tabe olur.
1 hissə: Müəyyən bir həcmdə mayedə həll olunan qazın kütləsi qazın mayeyə verdiyi təzyiqə mütənasibdir.
Məsələn, CO 2-ni təzyiq altında bir şüşəyə məcbur edirik.
2-ci hissə: Qazın həcmi təzyiqdən asılı deyil.
3-cü hissə: Qazların qarışığı həll edilərsə, hər bir komponentin həllolma qabiliyyəti onun qismən təzyiqinə mütənasibdir.
Su ilə reaksiya verən qazlar Henri-Dalton qanununa tabe olmur.
4. Qeyri-elektrolitlərin məhlulları. Raul qanunu və onun nəticələri
İdeal həll modelini nəzərdən keçirək. Həll deyilir mükəmməl, hissəciklər (molekullar, atomlar, ionlar) arasında qarşılıqlı təsir yoxdursa. Qeyri-elektrolit məhlulları– elektrik yük daşıyıcısı olmadığı üçün suda zəif həll olunan hissəciklər. Raul qanunu yalnız qeyri-elektrolitlərin seyreltilmiş məhlulları üçün keçərlidir.
Qoy PBO– sabit temperaturda təmiz həlledicidən yuxarı buxar təzyiqi T 1 ; P B– eyni temperaturda həlledicinin buxar təzyiqi, lakin uçucu olmayan komponentdən ibarət məhluldan yuxarı A(şəkər) və təmiz maye həlledici IN:
P B= f(T).
Fərq PBO– P B buxar təzyiqinin azalmasına bərabərdir.
Böyüklük (P BO – P B) /P BO– buxar təzyiqinin nisbi azalması = X A =?P/P BO, Harada X A- mol fraksiyası, PBO>PB,?P = PBO – PB- buxar təzyiqinin mütləq azalması.
Raul qanunu. Məhlulun üstündəki həlledicinin buxar təzyiqinin nisbi azalması həll edilmiş uçucu olmayan komponentin mol hissəsinə bərabərdir.
Boltzmanın barometrik düsturu.
Raul qanunundan nəticələr:
1. Qeyri-uçucu komponentin həlledicidə həlli maye fazasının mövcudluğunun temperatur diapazonunun genişlənməsinə gətirib çıxarır.
2. Donma temperaturunun azalması və qaynama temperaturunun artması məhlulun molyar konsentrasiyası ilə düz mütənasibdir.
3. Eyni mol həlledicidə eyni sayda məhlul olan məhlullar donma temperaturunda eyni azalma və qaynama temperaturunda eyni artım nümayiş etdirir.
?t kip =E x Namaz otağından,
Harada E - ebullioskopik sabit, +0,52.
?t müavini = K x Namaz otağından,
Harada KİMƏ --1.86-a bərabər olan krioskopik sabit.
Ebullioskopik sabit– məhlulun qaynama nöqtəsi ilə təmiz həlledicinin temperaturu arasındakı fərq.
Krioskopik sabit– məhlulun donma nöqtəsi ilə təmiz həlledicinin temperaturu arasındakı fərq.
Bu sabitlərlə bağlı məsələləri həll etmək üçün məhlulun kütləsini və məhlulun kütləsini bilmək lazımdır. Məsələn, xloroformun kütləsi (triklorometan CHCl 3) düsturla hesablanır:
Harada m 1 – həll olunmuş maddənin kütləsi;
m 2 – həlledicinin kütləsi;
?t– temperaturun neçə dərəcə aşağı düşdüyünü göstərən dəyər;
TO- krioskopik sabit.
Osmos– müəyyən növ hissəciklərin yarımkeçirici bölmə vasitəsilə seçici diffuziyası fenomeni. Bu fenomen ilk dəfə abbat tərəfindən təsvir edilmişdir Nolle 1748-ci ildə arakəsmələr, yalnız su və ya digər həlledici üçün keçirici və həll olunmuş maddələrin, həm aşağı, həm də yüksək molekulyar ağırlığa malik olmayan, polimer filmlərdən (kollodion) və ya gel kimi çöküntülərdən, məsələn, mis ferrosiyanid Cu 2; məsaməli material əvvəlcə mis sulfatın (CuSO 4 x 5H 2 O) məhluluna, sonra isə sarı qan duzuna K 2 batırıldıqda bu çöküntü şüşə filtr arakəsməsinin məsamələrində əmələ gəlir. Maddələr osmotik təzyiqin ölçülməsinə imkan verən vacib bir osmos halı olan belə bir bölmə vasitəsilə yayılır, yəni. osmotik təzyiq– məhluldan təmiz həllediciyə diffuziya prosesi zamanı məhlulun istilik hərəkəti nəticəsində hərəkətə meylinin ölçüsü; həlledicinin bütün həcminə bərabər paylanır, məhlulun ilkin konsentrasiyasını azaldır.
Osmotik təzyiqə görə qüvvə mayenin yüksəlməsinə səbəb olur, bu osmotik təzyiq hidrostatik təzyiqlə tarazlanır. Yayılan maddələrin sürətləri bərabər olduqda, osmos dayanacaq.
Nümunələr:
1. Sabit temperaturda məhlulun osmotik təzyiqi məhlulun konsentrasiyası ilə düz mütənasibdir.
2. Osmotik təzyiq mütləq temperaturla mütənasibdir.
1886-cı ildə J. G. Vant Hoff göstərdi ki, osmotik təzyiqin böyüklüyünü qazın vəziyyəti ilə ifadə etmək olar
P bazası V = RT.
Avoqadro qanunu seyreltilmiş məhlullara tətbiq olunur: eyni temperaturda və eyni osmotik təzyiqdə bərabər həcmdə müxtəlif qazlar eyni sayda həll olunmuş hissəcikləri ehtiva edir. Eyni temperaturda eyni molar konsentrasiyaya malik olan müxtəlif maddələrin məhlulları eyni osmotik təzyiqə malikdir. Belə həllər adlanır izotonik.
Osmotik təzyiq həll olunan maddələrin təbiətindən asılı deyil, konsentrasiyadan asılıdır. Həcmi konsentrasiya ilə əvəz etsəniz, əldə edirik:
Gəlin nəzərdən keçirək Vant Hoff qanunu: məhlulun osmotik təzyiqi, müəyyən bir temperaturda ideal qaz şəklində məhlulun həcminə bərabər bir həcm tutduqda, müəyyən miqdarda həll olunan maddənin yaratdığı təzyiqə ədədi olaraq bərabərdir.
Təsvir edilən bütün qanunlar sonsuz seyreltilmiş məhlullara aiddir.
Qismən təzyiq
Qismən təzyiq- qaz qarışığına daxil olan qazın, temperatur və həcmi sabit saxlamaq şərti ilə ondan bütün digər qazlar çıxarıldığı təqdirdə göstərəcəyi təzyiq.
Qaz qarışığının ümumi təzyiqi müəyyən edilir Dalton qanunu: müəyyən bir həcmi tutan qazlar qarışığının ümumi təzyiqi, qazların qarışığının həcminə bərabər bir həcm tutduğu təqdirdə, hər bir fərdi qazın malik olacağı qismən təzyiqlərin cəminə bərabərdir.
P = P 1 + R 2 + R 3 + … + R k,
Harada R- ümumi təzyiq;
R k- komponentlərin qismən təzyiqi.
6. Qaçaqlıq
Qaçaqlıq– verilmiş bir maddənin müəyyən temperatur və təzyiqdə təmiz formada və ya digər maddələrlə qarışığı halında vəziyyətini xarakterizə edən funksiya. Başqa bir şəkildə buna termodinamik dəyişkənlik deyilir; maddənin müəyyən bir fazadan çıxmaq qabiliyyətini kəmiyyətcə xarakterizə edən, lakin bu xüsusiyyəti təzyiq vahidlərində ifadə edən kəmiyyətdir. Maye və bərk cisimlər üçün bu, doymuş buxarın təzyiqi ilə əlaqədardır və ideal qazların qanunları buxara tətbiq edildikdə ona bərabər olur. İdeal qaz üçün, məsələn, izotermik proses zamanı Gibbs enerjilərinin dəyişməsini tapmaq üçün sadəcə Mendeleyev-Klapeyron tənliyinə uyğun olaraq problemi həll etmək lazımdır:
Hesablamanı sadələşdirmək üçün G. Lewis 1901-ci ildə funksiya təqdim edildi f-dan R - qaçaqlıq. Təzyiqi qaçaqlıq ilə əvəz etməklə biz termodinamik əlaqələrin ideal qaz üçün malik olduğu sadə riyazi formanı saxlayırıq.
Beləliklə, yeni funksiya tənlik ilə müəyyən edilir:
Yüksək təzyiqlərdə (və aşağı temperaturda) fugacity dəyərləri çox fərqlidir R. Bəli, nə vaxt t = 0 və P = 1200, f co = 2663, at t= 0, P= 100, f NH3 = 204, N 2 üçün isə at t= –75, P= 6000, f – 2 x 10 6, yəni fugacity təzyiqlə qeyri-mütənasib olur.
Fugacity, müəyyən bir real sistemin ideal sistemlə eyni təsirə sahib olması üçün istehsal etməli olduğu təzyiq kimi müəyyən edilə bilər. O, ideal vəziyyətdən sapmanı xarakterizə edir və ideal qaz üçün təzyiq kimi, maddənin dağılmasının ölçüsü kimi qəbul edilə bilər. Həqiqi qaz ideal vəziyyətə yaxınlaşdıqca/onun dəyəri yaxınlaşır R, Beləliklə, bütün təzyiqlərdə ideal qaz üçün hər iki kəmiyyət bərabər olur, yəni:
Görünür ki, ölçü / ölçü ilə üst-üstə düşür R.Əvəz edilməsini vurğulamaq lazımdır Rİdeal qaz tənliklərində reala keçid zamanı yalnız izotermik proses üçün etibarlıdır, çünki (2) bəndinə uyğun olaraq fuqaslıq xüsusi bir izotermik funksiyadır. Qazın ideal vəziyyətdən kənarlaşma dərəcəsini, kəmiyyətini xarakterizə etmək
Harada ? – qaçaqlıq əmsalı.
7. Henri qanunu
Seyreltilmiş məhlulda həlledicinin qeyri-kafiliyi məhlulun təbiətindən asılı deyil və Raul qanununa əsasən hesablanır, yəni:
Maye və ya bərk məhlulun qaçaqlıq qabiliyyəti doymuş buxarın fuqasiyasına bərabər olduğundan, buxar halında olan həlledici özünü ideal qaz kimi apardıqda (4) tənliyi olur.
Asılılığı bilmək f 1 tərkibinə görə asılılıq tapmaq olar f 2-dən N 2 tənliyə görə:
N 1 dRT ln (f 1 N 1) + N 2 dRT ln f 2 = 0
ln f 2 = l n N 2+ const.
Bu tənliyi yenidən yazaraq
ln f 2 = l n N2+ ln K(P, T),
çatırıq P,T= const
f 2 = KN 2
Son tənlikdə nəzərə alsaq f 2 bir maye (bərk) ilə birlikdə mövcud olan qaz fazasında həll olunan maddənin fugasitesi kimi, o, dəqiq termodinamik formadır. Henri qanunu.
Onun formulası: qazın mayedə həll olma qabiliyyətinin təzyiqdən asılılığı ondan ibarətdir ki, verilmiş mayedə həll olunan qazın sabit temperaturunda qazın həll olunma qabiliyyəti onun məhluldan yuxarı təzyiqinə mütənasibdir.
Qısa formula: qazın həlli təzyiqlə mütənasibdir. Bu qanun 1803-cü ildə qoyulmuşdur. Buna tənliklə cavab verilir:
Harada R 2 - həll olunmuş qazın qismən təzyiqi.
Henrinin qaz qanunu yalnız ideal həllər üçün ciddi şəkildə müşahidə edilir və yalnız Boyle-Mariotte və Gay-Lussac qanunlarına kifayət qədər yaxşı tabe olan qazlar üçün aşağı təzyiq bölgəsində tətbiq olunur.
Beləliklə, seyreltilmiş məhlul üçün həlledicinin qeyri-kafiliyi Raul qanunu ilə, məhlulun fuqasitliyi isə Henri qanunu ilə hesablanır. Henri sabiti məhlulun üstündəki ümumi təzyiqə bərabər bir təzyiqdə təmiz məhlulun fuqaslığı (təzyiq) mənasını alır.