ÇÖZÜMLER

Genel bilgi

Çözümler - bileşenler.

"çözücü" Ve "çözünen" kutup polar olmayan

hidrofilik(su çeken) ve hidrofobik difilik

çözüm teorileri

Çözümlerin fiziksel teorisi.

ideal

Çözeltilerin kimyasal teorisi.

Kimyasal veya solvat çözelti teorisi 1887'de D.I. Bunu bulan Mendeleev gerçekçözüm yalnızca bireysel bileşenleri değil, aynı zamanda etkileşimlerinin ürünlerini de içerir. D.I. tarafından yürütülen sulu sülfürik asit ve etil alkol çözeltileri çalışmaları. Mendeleev, özü, bir çözünen maddenin parçacıkları ile çözücü moleküller arasında etkileşimlerin meydana gelmesi ve bunun sonucunda değişken bileşime sahip kararsız bileşiklerin oluşmasının bir sonucu olarak adlandırılan teorinin temelini oluşturdu. solvatlar veya hidratlarçözücü su ise. ana rol kararsız moleküller arası kuvvetler, özellikle hidrojen bağı, solvatların oluşumunda rol oynar.

Bu bağlamda, “çözüm” kavramının aşağıdaki yorumu benimsenmelidir:

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

İtibaren bu tanımÇözeltilerin kimyasal bileşikler ve karışımlar arasında bir ara pozisyon işgal ettiği sonucu çıkar. Bir yandan, çözeltiler homojendir, bu da onları kimyasal bileşikler olarak görmemizi sağlar. Öte yandan, çözeltilerdeki bileşenler arasında kesin bir stokiyometrik oran yoktur. Ek olarak, çözeltiler bileşen parçalarına bölünebilir (örneğin, NaCl çözeltisi buharlaştırıldığında, tuz ayrı ayrı izole edilebilir).

arasındaki bağlantı Farklı yollar

Asitler ve bazlar

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

Arrhenius teorisi.

Arrhenius'un iyonik teorisinde, "asit" ve "baz" kavramları, elektrolitik ayrışma süreciyle yakından ilgilidir:

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

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

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

Örneğin:

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

İyon teorisine göre, hem nötr moleküller hem de iyonlar asit olabilir, örneğin:

HF⇄H++F-

H 2 PO 4 - ⇄ H + + HPO 4 2 -

NH 4 + ⇄H + + NH 3

Gerekçeler için benzer örnekler verilebilir:

KOH K + + OH -

- ⇄Al(OH)3 + OH -

+ ⇄Fe 2+ + OH -

Amfolitler arasında çinko, alüminyum, krom ve diğer bazı hidroksitlerin yanı sıra amino asitler, proteinler, nükleik asitler bulunur.

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

H + + OH - H20

Bununla birlikte, bir dizi deneysel veri, iyonik teorinin sınırlamalarını göstermektedir. Yani amonyak, organik aminler, Na2O, CaO gibi metal oksitler, zayıf asitlerin anyonları vb. su yokluğunda, hidroksit iyonları içermemelerine rağmen tipik bazların özelliklerini sergilerler.

Öte yandan, bileşimlerinde hidrojen iyonları olmayan birçok oksit (SO 2 , SO 3 , P 2 O 5 , vb.), Halojenürler, asit halojenürler, su yokken bile asidik özellikler gösterirler, yani. bazlar nötralize edilir.

Ek olarak, elektrolitin davranışı sulu çözelti ve sulu olmayan bir ortamda tam tersi olabilir.

Yani, sudaki CH3COOH zayıf bir asittir:

CH 3COOH⇄CH3COO - + H +,

ve sıvı hidrojen florürde bir bazın özelliklerini sergiler:

HF + CH3COOH⇄CH3COOH2 + +F -

Bu tür reaksiyonlar ve özellikle sulu olmayan çözücülerde meydana gelen reaksiyonlar üzerine yapılan çalışmalar, daha genel asit ve baz teorilerine yol açmıştır.

Bronsted ve Lowry'nin Teorisi.

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

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

Bir baz, molekülleri (veya iyonları) bir proton bağlayabilen herhangi bir maddedir, yani; bir proton alıcısı olmak;

Böylece, aşağıdaki reaksiyonlarla onaylanan temel kavramı önemli ölçüde genişletilmiştir:

OH - + H + H20

NH3 + H + NH4 +

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

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

ASİT ⇄ PROTON + BAZ

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

AÇIK + B ⇄ VN + + A -,

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

Örnekler.

1) reaksiyonda:

HCI + OH - ⇄Cl - + H20,

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

2) reaksiyonda:

HSO 4 - + H 2 O⇄SO 4 2 - + H 3 O +,

HSO4 - ve H30+ - asitler, S042 - ve H20 - bazlar;

3) reaksiyonda:

NH 4 + + NH 2 - ⇄ 2NH 3,

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

Su ayrıca şu yeteneğe sahiptir:

2H 2 Ö ⇄ H 3 O + + OH -

Burada, bir H20 molekülü bir proton (baz) bağlayarak bir konjuge asit - hidronyum iyonu H30 + oluşturur, diğeri bir proton (asit) vererek bir konjuge baz OH - oluşturur. Bu süreç denir otoprotoliz.

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

Ayrıca belirtmek gerekir ki, protolitik teori "asit" ve "baz" kavramlarını bir özellik olarak değil, söz konusu bileşiğin protolitik reaksiyonda gerçekleştirdiği bir işlev olarak kabul eder. Aynı bileşik, belirli koşullar altında bir asit ve diğerleri altında bir baz olarak reaksiyona girebilir. Bu nedenle, sulu bir CH3COOH çözeltisinde bir asidin özelliklerini ve% 100 H2S04'te - bir baz sergiler.

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

Lewis teorisi.

Maddelerin asit ve baz olarak sınıflandırılması açısından farklı bir yaklaşım, Lewis'in elektronik teorisiydi. Elektronik teori içinde:

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

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

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

Nötr moleküller arasındaki reaksiyon benzer bir şekilde temsil edilebilir:

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

Böylece Lewis teorisi açısından kolayca bir elektron çifti bağlayan protonun kendisi bir asit işlevi görür. Bu bakımdan Bronsted asitleri, Lewis asitleri ve bazları arasındaki reaksiyon ürünleri olarak düşünülebilir. Dolayısıyla, HCI, H + asidinin Cl - bazı ile nötrleştirilmesinin ürünüdür ve H + asidinin H 2 O bazı ile nötrleştirilmesi sonucu H30 + iyonu oluşur.

Lewis asitleri ve bazları arasındaki reaksiyonlar da aşağıdaki örneklerle gösterilmektedir:

Lewis bazları ayrıca halojenür iyonlarını, amonyak, alifatik ve aromatik aminleri, R2CO tipi oksijen içeren organik bileşikleri (burada R bir organik radikaldir) içerir.

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

Açıkçası, Lewis'in teorisinde "asit" kavramı daha geniş bir kimyasal bileşik yelpazesini içerir. Bu, Lewis'e göre, bir maddenin asit sınıfına atanmasının yalnızca elektron alıcı özelliklerini belirleyen molekülünün yapısından kaynaklandığı ve hidrojenin varlığıyla zorunlu olarak ilişkili olmadığı gerçeğiyle açıklanmaktadır. atomlar. Hidrojen atomu içermeyen Lewis asitlerine denir. aprotik.

ÇÖZÜMLER

Genel bilgi

Çözümler - Bunlar, iki veya daha fazla maddeden oluşan, değişken bileşimli homojen sistemlerdir. bileşenler.İle toplama durumuçözeltiler gaz (hava), sıvı (kan, lenf) ve katı (alaşımlar) olabilir. Tıpta, canlı organizmaların yaşamında istisnai bir rol oynayan sıvı çözeltiler büyük önem taşımaktadır. Yiyeceklerin özümsenmesi ve atık ürünlerin vücuttan atılması süreçleri, çözeltilerin oluşumu ile ilişkilidir. Çözümler şeklinde tanıtıldı çok sayıda ilaçlar.

Sıvı çözeltilerin kalitatif ve kantitatif tanımı için, terimler "çözücü" Ve "çözünen", bazı durumlarda böyle bir bölünme oldukça şartlı olmasına rağmen. Bu yüzden, tıbbi alkol(Suda %96 etanol solüsyonu) daha çok alkolde su solüsyonu olarak düşünülmelidir. Tüm çözücüler inorganik ve organik olarak ayrılır. En önemli inorganik çözücü (ve biyolojik sistemler söz konusu olduğunda tek çözücü) sudur. Bunun nedeni, suyun polarite, düşük viskozite, moleküllerin birleşme eğilimi ve nispeten yüksek kaynama ve erime noktaları gibi özelliklerinden kaynaklanmaktadır. Organik çözücüler ikiye ayrılır kutup(alkoller, aldehitler, ketonlar, asitler) ve polar olmayan(heksan, benzen, karbon tetraklorür).

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

Bir maddenin belirli bir çözücü içinde çözünme eğilimi, basit bir pratik kural kullanılarak belirlenebilir: benzer benzer içinde çözülür. Aslında, iyonik (tuzlar, alkaliler) veya polar (alkoller, aldehitler) tipte bir bağa sahip maddeler, örneğin suda, polar çözücülerde oldukça çözünür. Tersine, O2 ve C6H6 molekülleri apolar olduğundan, oksijenin benzendeki çözünürlüğü sudakinden çok daha yüksektir.

Bir bileşiğin belirli bir solvent türü için afinite derecesi, onu oluşturan fonksiyonel grupların doğası ve kantitatif oranı analiz edilerek değerlendirilebilir. hidrofilik(su çeken) ve hidrofobik(su püskürtün). Hidrofilik, hidroksil (-OH), karboksil (-COOH), tiol (-SH), amino (-NH2) gibi polar grupları içerir. Polar olmayan gruplar hidrofobik kabul edilir: alifatik (-CH3, -C2H5) ve aromatik (-C6H5) serisinin hidrokarbon radikalleri. Hem hidrofilik hem de hidrofobik grupları içeren bileşiklere ne ad verilir? difilik. Bu tür bileşikler arasında amino asitler, proteinler, nükleik asitler bulunur.

çözüm teorileri

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

Çözümlerin fiziksel teorisi.

Fiziksel çözüm teorisi S. Arrhenius (1883) ve J. G. van't Hoff (1885) tarafından önerildi. Bu teoride çözücü, çözünenin parçacıklarının (moleküller, iyonlar) düzgün bir şekilde dağıldığı kimyasal olarak inert bir ortam olarak kabul edilir. Bu durumda, hem çözünenin tanecikleri arasında hem de çözücünün molekülleri ile çözünenin tanecikleri arasında moleküller arası etkileşimin olmadığı varsayılır. Bununla birlikte, daha sonra, bu modelin koşullarının, yalnızca küçük bir çözüm grubunun davranışı tarafından karşılandığı ortaya çıktı. ideal. Özellikle ideal çözümler düşünülebilir. gaz karışımları ve elektrolit olmayan çok seyreltik çözeltiler.

elektriksel nötrlük yasası

Moleküllerin ayrışması sırasında, pozitif ve negatif iyonların sayısı, molekülün formülündeki stokiyometrik indekslerle belirlenir. İyonların aynı katyon ve anyon yüküne sahip olduğu elektrolitler, örneğin 1-1-elektrolit KCl veya 2-2-elektrolit, iki iyona ayrışır - bunlara simetrik veya simetrik denir. İyonların eşit olmayan katyon ve anyon yüküne sahip olduğu elektrolitler, örneğin 1-2-elektrolit veya 3-1-elektrolit olarak adlandırılır. asimetrik. Temel hacimdeki herhangi bir elektrolit türü için, anyonların ve katyonların yüklerinin toplamı her zaman aynıdır. (elektriksel tarafsızlık yasası):

Çözeltideki parçacıkların sayısı nerede.

Ayrışma derecesi, izotonik katsayı

Nicel olarak, ayrışma karakterize edilir ayrışma derecesi

Değer sıfırdan (ayrışma yok) bire (çözeltide yalnızca iyonlar bulunur) kadar değişebilir. -de güçlü elektrolitler, zayıf- de elektrolit olmayanlar

İzotonik van't Hoff katsayısı i ayrışmanın bir sonucu olarak çözeltideki toplam parçacık sayısının kaç kez değiştiğini karakterize eder:

burada pay, çözeltideki toplam madde sayısıdır: iyonlara ayrışmış ve ayrışmamış halde kalan ve payda, çözeltiye dahil edilen moleküllerin sayısıdır.

Güçlü elektrolitler için, izotonik katsayı teorik olarak ayrışma sırasında molekülün ayrıştığı iyonların sayısına eşit olmalıdır: at (örneğin, ve için) v=2, için ve v=3, için v=4 vb.). Ancak genellikle deneysel değerler Ben<v. Bunun nedeni, değeri ozmotik katsayı ile karakterize edilen iyonlar arasındaki elektrostatik etkileşimdir.

g ben(g<1): Ben=v G. elektrolit olmayanlar için Ben=1.

Ostwald seyreltme yasası

Ayrışma derecesi, içindeki zayıf bir elektrolitin konsantrasyonuna bağlıdır.

çözüm.

Örnek olarak aşağıdaki reaksiyonu ele alalım:

Başlangıçtaki asetik asit konsantrasyonu c'ye eşitse, ayrışma sonucu oluşan iyonların konsantrasyonu

,

ve ayrışmamış asetik asit konsantrasyonu

Ardından, denklem (32.2) dikkate alınarak:

(32.3)

ve eğer öyleyse,

İfade (32.3) çağrılır Ostwald'ın seyreltme yasası. Bu denklemden de görülebileceği gibi, seyreltme ile ayrışma derecesi artar, sonsuz seyreltmeler bölgesinde bire yakın bir değere ulaşır, yani iyonların bir moleküle birleşme olasılığı, derecenin azalması nedeniyle azalır. çarpışma olasılıkları.

hidroliz sabiti

Çözücü iyonlara ayrışırsa, çözünenin iyonları ile etkileşimleri yeni iyonik dengelerin ortaya çıkmasına yol açar. Bir çözünen ile bir çözücü arasındaki değişim reaksiyonlarına denir. solvoliz(sulu çözeltiler için - hidroliz ile).

Zayıf elektrolitlerin katılımıyla oluşan tüm maddeler hidrolize uğrar. Örneğin, zayıf bir asit ve güçlü bir bazın tuzunun hidrolizi sırasında bir denge kurulur:

(alkali reaksiyon)

(asit reaksiyonu)

Zayıf asitler ve zayıf bazlardan oluşan tuzlar hidrolize en duyarlıdır.

Bir hidroliz reaksiyonunun dengesi, hidroliz sabiti ile ölçülebilir. Örneğin, sodyum asetatın hidrolizi için denge sabiti şu şekildedir:

Çünkü o zaman ve Bu ürüne hidroliz sabiti denir. Kesrin payını ve paydasını hidrojen iyonlarının aktivitesi ve permütasyon ile çarparak, şunu elde ederiz:

Yukarıdaki ifadeden aşağıdaki gibi, hidroliz sabiti, bir tuzun oluşumunda yer alan zayıf bir elektrolitin ayrışma sabiti ile ters orantılıdır (eğer bir tuzun oluşumunda iki zayıf elektrolit yer alıyorsa, o zaman ürün ile ters orantılıdır. ayrışma sabitleri).

Hidroliz derecesi, benzer bir ayrışma derecesinin değeridir.

Hidroliz sabitini hidroliz derecesine bağlayan denklem, form olarak denklem (32.3)'e benzer:

Nerede H- çözeltiye eklenen parçacıkların sayısı.

Sıcaklıktaki bir artışla, suyun ayrışma derecesi büyük ölçüde artarken, diğer birçok elektrolitte hafifçe değişir. Sonuç olarak, sulu çözeltilerin hidroliz derecesi artan sıcaklıkla artar.

tampon çözeltiler

Doğada ve pratikte birçok reaksiyon sabit olması gereken ve seyreltmeye, çözelti bileşimindeki değişikliklere, asit veya alkali eklenmesine vb. bağlı olmayan belirli bir pH değerinde ilerler. Bu özellikler tampon çözeltiler zayıf bir asit ve bu asit ile güçlü bir bazın oluşturduğu bir tuz (asetat tamponu gibi) veya zayıf bir baz ve güçlü bir asit ve bu bazın oluşturduğu bir tuzu (amonyak tamponu gibi) içeren ). Bu çözeltiler, bir asetat tamponu örneğiyle göstereceğimiz belirli özelliklere sahiptir.

Tamamen ayrışmış sodyum asetatın (güçlü bir elektrolit) varlığı, CHCOO iyonlarının konsantrasyonunu o kadar artırır ki, Le Chatelier ilkesine göre, asetik asidin ayrışması tamamen bastırılır:

Sonuç olarak, tampon çözeltide anyonların aktivitesinin tuzun anyonlarının aktivitesine eşit olduğunu ve asidin aktivitesinin konsantrasyonuna eşit olduğunu varsayabiliriz. Bu miktarları ayrışma sabiti ifadesinde yerine koyarak, logaritma alarak ve notasyonu ekleyerek, aşağıdaki formülleri elde ederiz:

Bu formüller, tampon çözeltinin pH'ının asidin ayrışma sabitine ve analitik tuz ve asit konsantrasyonlarının oranına bağlı olduğunu göstermektedir. Tampon çözelti seyreltildiğinde bu oran değişmez ve tuzun aktivite katsayısındaki değişiklikten dolayı pH'daki hafif bir artış olur. Güçlü bir asidin eklenmesi de pH'daki değişiklik üzerinde nispeten zayıf bir etkiye sahiptir. Bir tampon çözeltiye güçlü bir asit eklendiğinde, ayrışmamış asetik asit oluşumu ile bir reaksiyon meydana gelir:

Ve güçlü bir baz eklendiğinde, nötralizasyon reaksiyonu:

İlk durumdaki iyonlar ve ikinci durumdaki iyonlar, hafif ayrışmış moleküllere ( ve ) bağlanır, bunun sonucunda çözeltinin pH'ı pratik olarak değişmez.

Tampon çözeltilerin pH değişikliğine direnme yeteneği, adı verilen bir miktarla ölçülür. tampon kapasitesi. Tampon kapasitesi, pH'ını bir değiştirmek için bir çözeltiye eklenmesi gereken asit veya alkali miktarıdır.

Taşıma numaraları

Her iyon türü, iyonların yüküne ve konsantrasyonuna ve ayrıca elektrik alanındaki hareket hızlarına bağlı olarak belirli miktarda elektrik taşır. Bir türün iyonları tarafından aktarılan elektrik miktarının, çözeltideki tüm iyonlar tarafından aktarılan toplam elektrik miktarına oranına sayı denir. iyon taşıma:

Bu tanıma göre çözeltideki tüm iyon türlerinin transfer sayılarının toplamı bire eşittir.

Simetrik bir elektrolit için KA, iki tür iyona ayrışır Ve , katyonlar ve anyonlar tarafından aktarılan elektrik miktarı sırasıyla:

İyonların hidrasyon derecesi, mutlak hızlarının büyüklüğü ve transfer sayısı, çözeltinin konsantrasyonu ve sıcaklıktan etkilenir. Çoğu elektrolit için konsantrasyonun yaklaşık 0,1 mol/l'ye yükselmesiyle, iyon taşıma sayıları önemsiz bir şekilde değişir; daha yüksek konsantrasyonların olduğu bölgede bu değişiklik daha belirgindir. Sıcaklıktaki artışla, zayıf hidratlı iyonların hidrasyon kabuklarının boyutları, güçlü hidratlı iyonlarınkinden daha az keskin bir şekilde azalır (ve hatta bazen artar). Sonuç olarak katyonların ve anyonların mutlak hareketlilik değerleri birbirine yaklaşır ve transfer sayıları 0,5 olma eğilimindedir.

Dielektrik sabiti - incelenen ortamdaki iki yükün etkileşim kuvvetinin vakumdan kaç kat daha az olduğunu gösteren bir değer.

Z iyonunun yükü, asılı olarak ifade edilen iyon yükünün C elektronunun yüküne oranıdır; sırasıyla kolyelerdeki iyonun yükü ez'in ürününe eşittir.

Ayrıca, bunun özel olarak öngörülmediği tüm durumlarda, basitleştirme amacıyla, ortalama aktivite katsayısı ve ortalama aktiviteden bahsettiğimizi anlayarak elektrolitlerin aktivite katsayısı ve aktivitesinden bahsedeceğiz. Aşağıda, seyreltik çözeltiler için oldukça kabul edilebilir olan aktiviteyi ifade etmenin üç yolu arasındaki fark (aktivite katsayısı) da ihmal edilmiştir.

Tanım ayrıca kullanılır - iyonik atmosferin yarıçapı (kalınlığı), Debye yarıçapı.

Elektriksel iletkenlik biriminin tanımı Siemens, özel adlardan türetilen diğer tüm birimler gibi, büyük harfle (Sm) yazılır. Bu atama, uzunluk - santimetre (cm) biriminin tanımıyla karıştırılmamalıdır.

Çözeltilerin fiziksel ve kimyasal teorisi.

Çözümler, parçacıklar arasında çeşitli etkileşim türlerinin (van der Waals, elektrostatik, vb.) yer aldığı karmaşık sistemlerdir.

Çözünme ve çözümün mahiyeti konusunda iki görüş vardır. Fiziksel bakış açısına göre, çözünme tamamen fiziksel bir süreçtir (katıların çözünmesi sırasında kristal kafesin yok edilmesi). Çözeltiler, kimyasal olarak etkileşime girmeyen birkaç maddenin moleküler karışımları olarak kabul edilir. Karşıt fikirler, çözünmeyi kimyasal bir süreç olarak kabul eden ve çözümleri, kısmi ayrışma durumunda olan ve sıradan bileşiklerden değişken bir bileşimle farklı olan, çözelti bileşenlerinin kırılgan bileşikleri olarak kabul eden D. I. Mendeleev tarafından geliştirildi.

Şu anda, her iki teorinin temsilleri kullanılmaktadır ve fiziksel veya kimyasal bileşenin çözünme sürecindeki baskın rolü, çözücünün ve çözünenin (sistemin) özellikleri tarafından belirlenir.

19. yüzyılın ortalarında, yazarlarından biri van't Hoff (Hollanda) olan fiziksel çözüm teorisi genel olarak kabul edildi. Bu teori, çözücü molekülleri ve çözünen parçacıklar arasındaki etkileşimleri hesaba katmadan çözümleri mekanik karışımlar olarak kabul etti.

Fiziksel çözüm teorisinin açıklayamadığı gerçekler:

1) Çözünmenin termal etkileri.

Örnek.Çözünme ekzotermik bir süreçtir; çözünme endotermiktir.

2) Çözünme üzerine sıvı hacmindeki değişim (daha sık - azalma). Bu fenomene kasılma denir.

Örnek. 50 ml ve 50 ml karıştırıldığında 98 ml çözelti oluşur

3) Bazı maddelerin çözünme, bazı çözeltilerin ise buharlaşma ile renk değiştirmesi.

Örnekler. Susuz bakır (II) sülfat, su emildiğinde maviye dönen beyaz bir tozdur.

Pembe bir kobalt(II) klorür çözeltisi kurutulduğunda renk değiştirmez ve sonraki buharlaşma üzerine maviye döner.

1),2),3) - kimyasal reaksiyon belirtileri.

D. I. Mendeleev, dikkate alınan fenomenlerin, elbette, çözünen madde ile çözücü arasında bir tür etkileşimi gösterdiğine inanıyordu. Bir çözünen maddenin parçacıkları ile çözücü moleküller arasındaki kimyasal etkileşim fikrini tutarlı bir şekilde geliştirdi. Mendeleev'in doktrini, Rus bilim adamları I. A. Kablukov ve V. A. Kistyakovsky tarafından geliştirildi ve tamamlandı. Bu fikirlere dayanarak, çözümlere ilişkin fiziksel ve kimyasal bakış açıları birleştirildi.

Modern fizikokimyasal çözüm teorisinin ana hükümleri aşağıdaki gibidir.

1) Çözücü ve çözünen kimyasal olarak birbirleriyle etkileşime girer.

2) Etkileşim sonucunda kırılgan bileşikler oluşur. solvatlar, ve süreç denir çözme.Çözücünün su olduğu özel durumda, bu bileşiklere denir. hidratlar, ve süreç hidrasyon

Çözünme üzerine oluşan hidratların (solvatların) çoğunun yanı sıra çözeltilerin kendileri de değişken bir bileşime sahiptir. Bunda kimyasal bileşiklerden farklıdırlar.

Fizikokimyasal çözüm teorisi, daha önce anlaşılmaz olan birçok gerçeği açıklamayı mümkün kıldı:

1) Bazı maddeler çözündükten sonra bazı çözeltiler buharlaştıktan sonra renk değiştirirler.

2) Çözünme sırasında termal etkiler.

Hidrasyon olgusu bazen özel aletler kullanılmadan gözlemlenebilir. Örneğin susuz bakır (II) sülfat CuSO 4 beyaz bir maddedir. Suda çözündüğünde mavi bir çözelti oluşur. Çözeltinin rengi hidratlı bakır iyonlarından kaynaklanır. Hidratlanmış parçacıklar bazen o kadar güçlüdür ki, bir çözeltiden bir katı faza bir çözünen salındığında, su molekülleri kristallerin bir parçası haline gelir. Böylece, sulu bir bakır sülfat çözeltisi buharlaştırıldığında, CuS04 ∙5H20 tuzu katı faza salınır.

Su moleküllerini içeren kristal maddelere kristal hidratlar, içerdikleri suya da kristalleşme suyu denir.

Kobalt(II) klorür çözeltisinin buharlaşma sırasındaki renk değişimi de benzer şekilde açıklanmaktadır. Çözeltideki hidratlı kobalt iyonları pembedir, kobalt (II) kristal hidrat CoCl 2 ∙ 6H 2 O aynı pembe renge sahiptir, ancak havada kalsine edildiğinde kobalt kristal hidrat kristalleşme suyunu kaybeder ve susuz mavi kobalta (II) dönüşür. klorür.

Kristalin hidratların oluşumu ayrıca çözünme sırasındaki termal etkileri de açıklar. Çözünmenin termal etkisi, enerjinin toplamıdır, harcanan kristal kafesin yıkımı ve çözünenin parçacıklarının birbirinden ayrılması ve ayrıca onu oluşturan enerji üzerine öne çıkıyor nemlendirildiğinde.

Hangi enerji katkısı hakim olursa, sonuç olarak böyle bir termal etki elde ederiz.

Çözünme üzerine diğer termodinamik parametrelerdeki değişiklikler.

Çünkü genel olarak çözünürken sistemdeki düzensizlik artar.

Çözünme kendiliğinden bir süreç olduğu için.

var 2 çözüm teorisi: fiziksel ve kimyasal.

Çözümlerin fiziksel teorisi.

Jacob G. van't Hoff ve Swate A. Arrhenius tarafından keşfedilmiştir.

Çözelti teorisinin özü: bir çözücü, içinde çözünen parçacıkların eşit olarak dağıldığı kimyasal olarak kayıtsız bir ortamdır. Teori, çözücü ve çözünen madde arasında moleküller arası bağların varlığını varsaymaz.

Bu teori için yalnızca ideal çözümler uygundur, burada çözücünün bileşenleri çözünür bileşiği hiçbir şekilde etkilemez. Bir örnek, birbiriyle reaksiyona girmeyen gazların birbirleriyle sınırsız miktarda karıştırıldığı gaz çözeltileridir. Tüm fiziksel veriler (kaynama ve erime noktası, basınç, ısı kapasitesi), bileşimde yer alan tüm bileşiklerin özelliklerine göre hesaplanır.

İle Dalton yasası: Bir gaz karışımının toplam basıncı, bileşenlerinin kısmi basınçlarının toplamına eşittir:

Pyaygın\u003d P 1 + P 2 + P 3 + ...

Çözeltilerin kimyasal teorisi.

Kimyasal(solvat) çözüm teorisi D.I. Mendeleev. Sonuç olarak şudur: çözücünün parçacıkları ve çözünen madde birbiriyle reaksiyona girerek değişken bileşime sahip kararsız bileşikler - hidratlar ( hidratlar) ile sonuçlanır ( solvatlar). Buradaki ana bağlar hidrojendir.

Madde, bir polar çözücü (su) durumunda katmanlara ayrışabilir (çözünebilir). Çarpıcı bir örnek, sofra tuzunun çözünmesidir.

Karışımın bileşenleri arasındaki reaksiyon da devam edebilir:

H20 + Cl2 \u003d HCI + HOCl,

Çözünme işlemi sırasında reaksiyon karışımının bileşimi ve hacmi değişir, çünkü 2 işlem gerçekleşir: çözünen maddenin yapısının bozulması ve parçacıklar arasındaki kimyasal reaksiyon. Her iki süreç de enerjideki bir değişiklikle devam eder.

Termal etkiler ekzotermik ve endotermik olabilir (enerjinin salınması ve emilmesiyle).

Çözücü tanecikleri olan bileşiklere denir. hidratlar.

Hidrat içeren kristal maddelere denir. kristal hidratlar ve farklı renkleri var. Örneğin, hidratlı bakır sülfat: CuSO 4 ·5H 2 HAKKINDA. Kristalin hidrat çözeltisi mavidir. Kobalt hidratı düşünürsek CoCl 2 6H 2 Ö, sonra pembe bir renge sahiptir, CoCl 2 · 4H 2 Ö- kırmızı, CoCl 2 2H 2 Ö- Mavi menekşe, CoCl 2 · H 2 HAKKINDA- koyu mavi ve susuz kobalt klorür çözeltisi - soluk mavi.

Çözümler

Bileşenlerden biri mutlaka bir çözücüdür, geri kalan bileşenler çözünen maddelerdir.

Çözücü, saf haliyle çözelti ile aynı duruma sahip olan 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, sıvı, katı) oluşurlar.

Sıvı çözümler

Bu tür çözümler olabilir sulu ve susuz.

suda yaşayan

susuz

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

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

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

2. Çözelti, bozunan bileşiklerin kütle etkisi yasasına göre bozunma ürünleriyle mobil dengede olduğu dinamik bir sistemdir.

Bir madde çözündüğünde, "madde-çözücü" sisteminin enerjisindeki değişikliklerle ilişkili iki işlem meydana gelir:

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

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

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

Çözünme ısısı ∆H, 1 mol madde çözündüğünde salınan 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 çözünen maddenin bir çözücü ile etkileşimi sonucunda, adı verilen bileşikler oluşur. solvatlar (veya hidratlarçözücü su ise). Bu türden birçok bileşik kırılgandır, ancak bazı durumlarda kristalleşme yoluyla çözeltiden kolayca ayrılabilen güçlü bileşikler oluşur.

Bu durumda su moleküllerini içeren kristalli maddeler dökülür, bunlara denir. kristal hidratlar(örneğin: bakır sülfat CuS04 * 5 H20 - kristal hidrat); kristal hidratların bir parçası olan suya kristalleşme suyu denir.

Hidrasyon kavramı (maddenin su ile bileşimi) Rus bilim adamı I.A. tarafından ortaya atılmış ve geliştirilmiştir. Kablukov ve V.A. Kistyakovski. 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 bileşimli sistemler.

2. Çözeltiler bir çözücü ve bir çözünen maddeden oluşur.

3. Çözümler:

A) Sıvı (suda NaCl çözeltisi, alkolde I2 çözeltisi).

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

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

Sıvı çözümler
sıvı + gaz halindeki madde (suda O 2 çözeltisi)	sıvı + sıvı madde (suda H 2 SO 4 çözeltisi)	sıvı + katı ( şeker çözeltisi Suda)

Bu tür çözümler olabilir sulu ve susuz.

5. Suçözücünün su olduğu çözeltiler.

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

7. KİMYASAL ÇÖZÜM TEORİSİNİN ANA HÜKÜMLERİ:

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

2. Çözelti, bozunan bileşiklerin bozunma ürünleri ile mobil dengede olduğu dinamik bir sistemdir. kitlesel eylem yasasına göre.

8. Bir madde çözündüğünde, "madde-çözücü" sisteminin enerjisindeki değişikliklerle ilişkili iki işlem meydana gelir:

1. çözünmüş maddenin yapısının bozulması (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 kimyasal bir reaksiyonun işaretidir.

10. Bir çözünenin bir çözücü ile etkileşimi sonucunda, adı verilen bileşikler oluşur. solvatlar (veya hidratlarçözücü su ise)

11. Bileşiminde su molekülleri bulunan kristal maddelere denir. kristal hidratlar(örneğin: bakır sülfat CuS04 * 5 H20 - kristal hidrat); kristal hidratların bir parçası olan suya kristalleşme denir

12. Dağılma 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 partikül 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 Çözelti ile çözünen dengededir denir zengin doymamış. İÇİNDE aşırı doymuş çözünürlük ölçümçözünürlük veya katsayı Bir maddenin belirli bir sıcaklıkta çözünürlüğü, maddenin 100 g suda çözünen gram sayısıdır.

Sudaki çözünürlüğe göre, katılar geleneksel olarak 3 gruba ayrılır:

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

2. Suda az çözünen maddeler (100 g suda 0,01 ila 10 g madde. Örneğin: alçıtaşı CaS04 1 litrede 2,0 oranında çözünür).

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, çözünen maddenin doğasına, sıcaklığa, basınca (gazlar için) bağlıdır.

Gazların çözünürlüğü artan sıcaklıkla azalır ve artan basınçla artar.

Katıların çözünürlüğünün sıcaklığa bağlılığı, çözünürlük eğrisi ile gösterilir.

Birçok katının çözünürlüğü artan sıcaklıkla artar.

Çözünürlük eğrileri şunları belirlemek için kullanılabilir:

1. Maddelerin farklı sıcaklıklarda çözünürlük katsayısı.

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

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

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

Bir dereceye kadar rehberlik edilebilecek tek şey, deneyimde bulunan eski kuraldır: benzer benzer içinde çözülür. Anlamı ışıkta modern görünümler Moleküllerin yapısı, eğer çözücünün kendisinde polar olmayan veya düşük polar moleküller varsa (örneğin, benzen, eter), o zaman polar olmayan veya düşük polar moleküllere sahip bir maddeden iyi çözülür, daha kötüsü - maddeler daha büyük polariteye sahip ve maddeler pratik olarak çözünmeyecek, iyonik tipe göre inşa edilmiştir. Aksine, moleküllerin (örneğin, su) güçlü bir şekilde belirgin bir polar karakterine sahip bir çözücü, kural olarak, polar ve kısmen iyonik tip moleküllere sahip maddeleri iyi ve polar olmayan moleküllere sahip maddeleri zayıf bir şekilde çözecektir.

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

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

3. Çözücü 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 ek miktarının hala çözülebildiği bir çözelti - doymamış. İÇİNDE aşırı doymuşçözeltiler, doymuş çözeltilerden daha fazla madde içerir.

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

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

4. Çözelti konsantrasyonunu ifade etme yöntemleri: kütle kesri

(Bilmek).

Çözeltinin kantitatif bileşimi, konsantrasyonu ile belirlenir.

Konsantrasyon birim hacim başına çözünen madde miktarıdır.

Maddelerin konsantrasyonu için analitik ve teknik olmak üzere iki tür atama vardır.