Chimia este o știință interesantă și destul de complexă. Termenii și conceptele sale ne apar în viața de zi cu zi și nu este întotdeauna clar intuitiv ce înseamnă și care este sensul lor. Unul dintre aceste concepte este solubilitatea. Acest termen este utilizat pe scară largă în teoria soluțiilor, iar în viața de zi cu zi întâlnim utilizarea lui deoarece suntem înconjurați de aceleași soluții. Dar nu atât folosirea acestui concept este importantă, cât fenomenele fizice pe care le denotă. Dar înainte de a trece la partea principală a poveștii noastre, să trecem rapid la secolul al XIX-lea, când Svante Arrhenius și Wilhelm Ostwald au formulat teoria disocierii electrolitice.
Istorie
Studiul soluțiilor și al solubilității începe cu teoria fizică a disocierii. Este cel mai ușor de înțeles, dar prea primitiv și coincide cu realitatea doar în unele momente. Esența acestei teorii este că substanța dizolvată, intrând în soluție, se descompune în particule încărcate numite ioni. Aceste particule determină proprietățile chimice ale soluției și unele dintre caracteristicile sale fizice, inclusiv conductivitatea și punctul de fierbere, punctul de topire și punctul de cristalizare.
Dar sunt mai multeteorii complexe care consideră o soluție ca un sistem în care particulele interacționează între ele și formează așa-numiții solvați - ioni înconjurați de dipoli. Un dipol este, în general, o moleculă neutră, ai cărei poli sunt încărcați opus. Dipolul este cel mai adesea o moleculă de solvent. Intrând în soluție, substanța dizolvată se descompune în ioni, iar dipolii sunt atrași de un ion de capătul încărcat opus față de ei și, respectiv, de alți ioni de celăl alt capăt cu încărcare opusă. Astfel, se obțin solvați - molecule cu o înveliș de alte molecule neutre.
Acum să vorbim puțin despre esența teoriilor în sine și să le aruncăm o privire mai atentă.
Teorii ale soluțiilor
Formarea unor astfel de particule poate explica multe fenomene care nu pot fi descrise folosind teoria clasică a soluțiilor. De exemplu, efectul termic al reacției de dizolvare. Din punctul de vedere al teoriei Arrhenius, este dificil de spus de ce, atunci când o substanță este dizolvată în alta, căldura poate fi absorbită și eliberată. Da, rețeaua cristalină este distrusă și, prin urmare, energia este fie consumată și soluția se răcește, fie eliberată în timpul dezintegrarii din cauza excesului de energie a legăturilor chimice. Dar se dovedește a fi imposibil de explicat acest lucru din punctul de vedere al teoriei clasice, deoarece mecanismul de distrugere în sine rămâne de neînțeles. Și dacă aplicăm teoria chimică a soluțiilor, devine clar că moleculele de solvent, înfipte în golurile rețelei, o distrug din interior, ca și cum ar fi „închis”ionii unul de la celăl alt printr-o înveliș de solvație.
În secțiunea următoare, ne vom uita la ce este solubilitatea și tot ce are legătură cu această cantitate aparent simplă și intuitivă.
Conceptul de solubilitate
Este pur intuitiv că solubilitatea indică cât de bine se dizolvă o substanță într-un anumit solvent. Cu toate acestea, de obicei știm foarte puține despre natura dizolvării substanțelor. De ce, de exemplu, creta nu se dizolvă în apă, iar sarea de masă - invers? Totul este despre puterea legăturilor din moleculă. Dacă legăturile sunt puternice, atunci, din această cauză, aceste particule nu se pot disocia în ioni, distrugând astfel cristalul. Prin urmare, rămâne insolubil.
Solubilitatea este o caracteristică cantitativă care arată ce proporție de solut este sub formă de particule solvatate. Valoarea sa depinde de natura solutului și a solventului. Solubilitatea în apă pentru diferite substanțe este diferită, în funcție de legăturile dintre atomii din moleculă. Substanțele cu legături covalente au cea mai scăzută solubilitate, în timp ce cele cu legături ionice au cea mai mare.
Dar nu este întotdeauna posibil să înțelegem care solubilitate este mare și care este mică. Prin urmare, în secțiunea următoare, vom discuta care este solubilitatea diferitelor substanțe în apă.
Comparație
Există o mulțime de solvenți lichizi în natură. Există și mai multe substanțe alternative care pot servi drept ultime atunci când sunt atinse anumite condiții, de exemplu, o anumităstare agregată. Devine clar că, dacă colectați date despre solubilitatea reciprocă a fiecărei perechi de „solut – solvent”, nu va fi suficient pentru o eternitate, deoarece combinațiile sunt uriașe. Prin urmare, sa întâmplat ca pe planeta noastră apa să fie solventul și standardul universal. Au făcut acest lucru deoarece este cel mai comun de pe Pământ.
Astfel, a fost întocmit un tabel de solubilitate în apă pentru multe sute și mii de substanțe. L-am văzut cu toții, dar într-o versiune mai scurtă și mai ușor de înțeles. Celulele tabelului conțin litere care indică o substanță solubilă, insolubilă sau ușor solubilă. Dar există tabele mai în alt specializate pentru cei care sunt serios versați în chimie. Indică valoarea numerică exactă a solubilității în grame pe litru de soluție.
Acum să ne întoarcem la teoria solubilității.
Chimia solubilității
Cum are loc procesul de dizolvare în sine, am analizat deja în secțiunile anterioare. Dar cum, de exemplu, să scrieți totul ca reacție? Totul nu este atât de simplu aici. De exemplu, când un acid este dizolvat, un ion de hidrogen reacţionează cu apa pentru a forma un ion de hidroniu H3O+. Astfel, pentru HCl, ecuația reacției va arăta astfel:
HCl + H2O =H3O+ + Cl-
Solubilitatea sărurilor, în funcție de structura lor, este determinată și de reacția sa chimică. Tipul acestuia din urmă depinde de structura sării șise leagă în moleculele sale.
Ne-am dat seama cum să înregistrăm grafic solubilitatea sărurilor în apă. Acum este timpul pentru aplicarea practică.
Aplicație
Dacă enumerați cazurile în care această valoare este necesară, nici măcar un secol nu este suficient. Indirect, folosindu-l, puteți calcula și alte cantități care sunt foarte importante pentru studiul oricărei soluții. Fără ea, nu am putea ști concentrația exactă a substanței, activitatea sa, nu am putea evalua dacă medicamentul va vindeca o persoană sau va ucide (la urma urmei, chiar și apa pune viața în pericol în cantități mari).
Pe lângă industria chimică și scopurile științifice, înțelegerea esenței solubilității este necesară și în viața de zi cu zi. Într-adevăr, uneori este necesar să se pregătească, să zicem, o soluție suprasaturată a unei substanțe. De exemplu, acest lucru este necesar pentru a obține cristale de sare pentru temele unui copil. Cunoscând solubilitatea sării în apă, putem determina cu ușurință cât de mult trebuie să fie turnată într-un vas, astfel încât să înceapă să precipite și să formeze cristale dintr-un exces.
Înainte de a încheia scurta noastră excursie în chimie, să vorbim despre câteva concepte legate de solubilitate.
Ce altceva este interesant?
În opinia noastră, dacă ați ajuns în această secțiune, probabil ați înțeles deja că solubilitatea nu este doar o cantitate chimică ciudată. Este baza pentru alte cantitati. Și printre acestea: concentrație, activitate, constantă de disociere, pH. Și aceasta nu este o listă completă. Trebuie să fi auzit măcar unuldin aceste cuvinte. Fără aceste cunoștințe despre natura soluțiilor, al căror studiu a început cu solubilitatea, nu ne mai putem imagina chimia și fizica modernă. Care este fizica aici? Uneori, fizicienii se ocupă și de soluții, le măsoară conductivitatea și își folosesc celel alte proprietăți pentru propriile nevoi.
Concluzie
În acest articol ne-am familiarizat cu un astfel de concept chimic precum solubilitatea. Aceasta a fost probabil o informație destul de utilă, deoarece cei mai mulți dintre noi cu greu înțelegem esența profundă a teoriei soluțiilor fără a avea dorința de a ne aprofunda în studiul ei în detaliu. În orice caz, este foarte util să-ți antrenezi creierul învățând ceva nou. La urma urmei, o persoană trebuie să „studieze, să studieze și să studieze din nou” toată viața.
