V každodenním životě se lidé zřídka setkávají s čistými látkami. Většina položek jsou směsi látek.
Roztok je homogenní směs, ve které jsou složky rovnoměrně smíchány. Existuje několik typů podle velikosti částic: hrubé systémy, molekulární roztoky a koloidní systémy, které se často nazývají soly. Tento článek se zabývá molekulárními (nebo skutečnými) řešeními. Rozpustnost látek ve vodě je jednou z hlavních podmínek ovlivňujících tvorbu sloučenin.
Rozpustnost látek: co to je a proč je to potřeba
Abyste tomuto tématu porozuměli, musíte vědět, jaká jsou řešení a rozpustnost látek. Jednoduše řečeno, jde o schopnost látky sloučit se s jinou a vytvořit homogenní směs. Z vědeckého hlediska lze uvažovat o složitější definici. Rozpustnost látek je jejich schopnost tvořit homogenní (nebo heterogenní) kompozice s jednou nebo více látkami s rozptýlenou distribucí složek. Existuje několik tříd látek a sloučenin:
- instant;
- špatně rozpustné;
- nerozpustné.
Co říká míra rozpustnosti látky
Obsah látky v nasycené směsi je mírou její rozpustnosti. Jak je uvedeno výše, u všech látek je to jinak. Rozpustné jsou ty, které mohou naředit více než 10 g sebe sama ve 100 g vody. Druhá kategorie je méně než 1 g za stejných podmínek. Prakticky nerozpustné jsou ty, v jejichž směsi projde méně než 0,01 g složky. V tomto případě látka nemůže přenést své molekuly do vody.
Jaký je koeficient rozpustnosti
Koeficient rozpustnosti (k) je ukazatelem maximální hmotnosti látky (g), kterou lze zředit ve 100 g vody nebo jiné látky.
Rozpouštědla
Tento proces zahrnuje rozpouštědlo a rozpuštěnou látku. První se liší tím, že je zpočátku ve stejném stavu agregace jako finální směs. Zpravidla se odebírá ve větším množství.
Mnoho lidí však ví, že voda zaujímá v chemii zvláštní místo. Jsou na to samostatná pravidla. Roztok, ve kterém je přítomen H2O, se nazývá vodný roztok. Když o nich mluvíme, kapalina je extraktant, i když je v menším množství. Příkladem je 80% roztok kyseliny dusičné ve vodě. Poměry zde nejsou stejné Přestože podíl vody je menší než podíl kyseliny, je nesprávné nazývat látku 20% roztokem vody v kyselině dusičné.
Jsou směsi, kterým chybí H2O. Ponesou jménonevodný. Takové roztoky elektrolytů jsou iontové vodiče. Obsahují jednotlivé extrakty nebo směsi extraktantů. Skládají se z iontů a molekul. Používají se v odvětvích jako je medicína, výroba domácí chemie, kosmetika a další oblasti. Mohou kombinovat několik požadovaných látek s různou rozpustností. Složky mnoha produktů, které se aplikují externě, jsou hydrofobní. Jinými slovy, špatně interagují s vodou. V takových směsích mohou být rozpouštědla těkavá, netěkavá nebo kombinovaná. Organické látky v prvním případě dobře rozpouštějí tuky. Těkavé látky zahrnují alkoholy, uhlovodíky, aldehydy a další. Často jsou součástí domácích chemikálií. Pro výrobu mastí se nejčastěji používají netěkavé. Jedná se o mastné oleje, tekutý parafín, glycerin a další. Kombinovaná je směs těkavých a netěkavých, například ethanol s glycerinem, glycerin s dimexidem. Mohou také obsahovat vodu.
Typy roztoků podle stupně nasycení
Nasycený roztok je směs chemikálií obsahující maximální koncentraci jedné látky v rozpouštědle při určité teplotě. Nebude se dále množit. Při přípravě pevné látky je patrná precipitace, která je s ní v dynamické rovnováze. Tento koncept znamená stav, který přetrvává v čase díky jeho proudění současně ve dvou opačných směrech (reakce vpřed a vzad) při stejné rychlosti.
Pokud látkapři konstantní teplotě se může ještě rozložit, pak je tento roztok nenasycený. Jsou stabilní. Ale pokud k nim budete i nadále přidávat látku, bude se ředit ve vodě (nebo jiné kapalině), dokud nedosáhne své maximální koncentrace.
Další pohled – přesycený. Obsahuje více rozpuštěné látky, než může být při konstantní teplotě. Vzhledem k tomu, že jsou v nestabilní rovnováze, fyzikální dopad na ně způsobí krystalizaci.
Jak poznáte nasycený roztok od nenasyceného?
To je docela snadné. Pokud je látka pevná látka, lze v nasyceném roztoku vidět sraženinu. V tomto případě může extraktant zhoustnout, jako například v nasycené směsi voda, do které byl přidán cukr.
Pokud ale změníte podmínky, zvýšíte teplotu, pak to již nebude brány v úvahu. nasycený, protože při vyšší teplotě bude maximální koncentrace této látky jiná.
Teorie interakce složek řešení
Existují tři teorie týkající se interakce prvků ve směsi: fyzikální, chemická a moderní. Autory prvního z nich jsou Svante August Arrhenius a Wilhelm Friedrich Ostwald. Předpokládali, že v důsledku difúze jsou částice rozpouštědla a solutu rovnoměrně rozmístěny v celém objemu směsi, ale nedochází mezi nimi k žádné interakci. Chemická teorie, kterou předložil Dmitrij Ivanovič Mendělejev, je jejím opakem. Podle ní jsou v důsledku chemické interakce mezi nimi nestabilnísloučeniny konstantního nebo proměnlivého složení, které se nazývají solváty.
V současné době se používá jednotná teorie Vladimíra Aleksandroviče Kistyakovského a Ivana Alekseeviče Kablukova. Kombinuje fyzikální a chemické. Moderní teorie říká, že v roztoku jsou jak neinteragující částice látek, tak produkty jejich interakce – solváty, jejichž existenci Mendělejev dokázal. V případě, že extrakčním činidlem je voda, nazývají se hydráty. Jev, při kterém vznikají solváty (hydráty), se nazývá solvace (hydratace). Ovlivňuje všechny fyzikální a chemické procesy a mění vlastnosti molekul ve směsi. K solvataci dochází díky skutečnosti, že solvatační obal, skládající se z molekul extrakčního činidla s ním úzce spojených, obklopuje molekulu rozpuštěné látky.
Faktory ovlivňující rozpustnost látek
Chemické složení látek. Pravidlo „podobné přitahuje podobné“platí i pro činidla. Látky, které mají podobné fyzikální a chemické vlastnosti, se mohou vzájemně rychleji rozpouštět. Například nepolární sloučeniny dobře interagují s nepolárními. Látky s polárními molekulami nebo iontovou strukturou se v polárních ředí např. ve vodě. Rozkládají se v něm soli, alkálie a další složky, u nepolárních naopak. Lze uvést jednoduchý příklad. K přípravě nasyceného roztoku cukru ve vodě je potřeba větší množství látky než v případě soli. Co to znamená? Jednoduše řečeno, můžete chovat mnohem vícecukr ve vodě než sůl.
Teplota. Chcete-li zvýšit rozpustnost pevných látek v kapalinách, musíte zvýšit teplotu extrakčního činidla (funguje ve většině případů). Lze ukázat příklad. Pokud dáte špetku chloridu sodného (soli) do studené vody, bude tento proces trvat dlouho. Pokud totéž uděláte s horkým médiem, pak bude rozpouštění mnohem rychlejší. To se vysvětluje skutečností, že v důsledku zvýšení teploty se zvyšuje kinetická energie, jejíž značné množství se často vynakládá na zničení vazeb mezi molekulami a ionty pevné látky. Když však teplota v případě lithia, hořčíku, hliníku a alkalických solí stoupá, jejich rozpustnost klesá.
Tlak. Tento faktor ovlivňuje pouze plyny. Jejich rozpustnost se zvyšuje se zvyšujícím se tlakem. Koneckonců, objem plynů je snížen.
Změnit rychlost rozpouštění
Nepleťte si tento indikátor s rozpustností. Koneckonců, různé faktory ovlivňují změnu těchto dvou ukazatelů.
Stupeň fragmentace rozpuštěné látky. Tento faktor ovlivňuje rozpustnost pevných látek v kapalinách. V celém (hrudkovaném) stavu se kompozice ředí déle než ta, která se láme na malé kousky. Vezměme si příklad. Pevný blok soli se ve vodě rozpustí mnohem déle než sůl ve formě písku.
Rychlost míchání. Jak je známo, tento proces může být katalyzován mícháním. Důležitá je i jeho rychlost, protože čím je větší, tím rychleji se rozpustí.látka v kapalině.
Proč potřebujeme znát rozpustnost pevných látek ve vodě?
Taková schémata jsou potřebná především ke správnému řešení chemických rovnic. V tabulce rozpustnosti jsou náboje všech látek. Je třeba je znát, aby bylo možné správně zaznamenat činidla a sestavit rovnici chemické reakce. Rozpustnost ve vodě udává, zda se sůl nebo báze mohou disociovat. Vodné sloučeniny, které vedou proud, mají ve svém složení silné elektrolyty. Existuje další typ. Ty, které vedou proud špatně, jsou považovány za slabé elektrolyty. V prvním případě jsou složkami látky, které jsou ve vodě zcela ionizovány. Zatímco slabé elektrolyty vykazují tento indikátor pouze v malé míře.
Rovnice chemické reakce
Existuje několik typů rovnic: molekulární, plně iontové a krátké iontové. Ve skutečnosti je poslední možností zkrácená forma molekulární. Toto je konečná odpověď. Kompletní rovnice obsahuje reaktanty a produkty reakce. Nyní přichází na řadu tabulka rozpustnosti látek. Nejprve je třeba zkontrolovat, zda je reakce proveditelná, tedy zda je splněna jedna z podmínek reakce. Existují pouze 3 z nich: tvorba vody, uvolňování plynu, srážky. Pokud nejsou splněny první dvě podmínky, musíte zkontrolovat poslední. Chcete-li to provést, musíte se podívat na tabulku rozpustnosti a zjistit, zda je v reakčních produktech nerozpustná sůl nebo báze. Pokud ano, bude to sediment. Dále bude pro zápis iontové rovnice potřeba tabulka. Protože všechny rozpustné soli a zásady jsou silné elektrolyty,pak se rozloží na kationty a anionty. Dále se nevázané ionty redukují a rovnice je napsána ve zkrácené formě. Příklad:
- K2SO4+BaCl2=BaSO4 ↓+2HCl,
- 2K+2SO4+Ba+2Cl=BaSO4↓+2K+2Cl,
- Ba+SO4=BaSO4↓.
Tabulka rozpustnosti látek je tedy jednou z klíčových podmínek pro řešení iontových rovnic.
Podrobná tabulka vám pomůže zjistit, kolik komponent potřebujete k přípravě bohaté směsi.
Tabulka rozpustnosti
Toto je obvyklá neúplná tabulka. Je důležité, aby zde byla uvedena teplota vody, protože je to jeden z faktorů, které jsme již probrali výše.
Jak používat tabulku rozpustnosti?
Tabulka rozpustnosti látek ve vodě je jedním z hlavních pomocníků chemika. Ukazuje, jak různé látky a sloučeniny interagují s vodou. Rozpustnost pevných látek v kapalině je indikátorem, bez kterého je mnoho chemických manipulací nemožné.
Tabulka se velmi snadno používá. Do prvního řádku se zapisují kationty (kladně nabité částice), do druhého řádku anionty (záporně nabité částice). Většinu tabulky zabírá mřížka s určitými symboly v každé buňce. Toto jsou písmena "P", "M", "H" a znaky "-" a "?".
- "P" - sloučenina se rozpouští;
- "M" - trochu se rozpouští;
- "H" – nerozpouští se;
- "-" - žádné spojení neexistuje;
- "?" - neexistují žádné informace o existenci spojení.
V této tabulce je jedna prázdná buňka – toto je voda.
Jednoduchý příklad
Nyní o tom, jak s takovým materiálem pracovat. Předpokládejme, že potřebujete zjistit, zda je sůl rozpustná ve vodě - MgSo4 (síran hořečnatý). Chcete-li to provést, musíte najít sloupec Mg2+ a jít dolů na řádek SO42-. V jejich průsečíku je písmeno P, což znamená, že sloučenina je rozpustná.
Závěr
Takže jsme studovali otázku rozpustnosti látek ve vodě a nejen to. Tyto znalosti budou bezpochyby užitečné při dalším studiu chemie. Tam totiž hraje důležitou roli rozpustnost látek. Bude to užitečné pro řešení chemických rovnic a různých problémů.
