כימיה הוא מדע מעניין ומורכב למדי. המונחים והמושגים שלו נתקלים בנו בחיי היומיום, ולא תמיד ברור אינטואיטיבית מה הם מתכוונים ומה המשמעות שלהם. אחד המושגים הללו הוא מסיסות. מונח זה נמצא בשימוש נרחב בתורת הפתרונות, ובחיי היומיום אנו נתקלים בשימוש בו מכיוון שאנו מוקפים באותם פתרונות. אבל לא כל כך עצם השימוש במושג זה חשוב, אלא התופעות הפיזיקליות שהוא מציין. אבל לפני שנעבור לחלק העיקרי של הסיפור שלנו, בואו נצוץ קדימה אל המאה התשע-עשרה, כאשר סוונטה ארניוס ווילהלם אוסטוולד ניסחו את התיאוריה של דיסוציאציה אלקטרוליטית.
היסטוריה
חקר הפתרונות והמסיסות מתחיל בתיאוריה הפיזיקלית של הדיסוציאציה. זה הכי קל להבנה, אבל פרימיטיבי מדי וחופף למציאות רק ברגעים מסוימים. המהות של תיאוריה זו היא שהמומס, הנכנס לתמיסה, מתפרק לחלקיקים טעונים הנקראים יונים. חלקיקים אלו הם שקובעים את התכונות הכימיות של התמיסה וחלק מהמאפיינים הפיזיקליים שלה, כולל מוליכות ונקודת רתיחה, נקודת התכה ונקודת התגבשות.
אבל יש עודתיאוריות מורכבות הרואות בפתרון מערכת שבה החלקיקים מקיימים אינטראקציה זה עם זה ויוצרים את מה שנקרא solvates - יונים המוקפים בדיפולים. דיפול הוא, באופן כללי, מולקולה ניטרלית, שהקטבים שלה טעונים הפוך. הדיפול הוא לרוב מולקולת ממס. כאשר נכנסים לתמיסה, החומר המומס מתפרק ליונים, והדיפולים נמשכים ליון אחד על ידי הקצה הנגדי ביחס אליהם, וליונים אחרים על ידי הקצה השני בעל המטען ההפוך, בהתאמה. כך מתקבלים סולבטים - מולקולות עם מעטפת של מולקולות ניטרליות אחרות.
עכשיו בואו נדבר קצת על מהות התיאוריות עצמן ונסתכל עליהן מקרוב.
תיאוריות הפתרון
היווצרותם של חלקיקים כאלה יכולה להסביר תופעות רבות שלא ניתן לתאר באמצעות תורת הפתרונות הקלאסית. לדוגמה, ההשפעה התרמית של תגובת הפירוק. מנקודת המבט של תיאוריית ארניוס, קשה לומר מדוע, כאשר חומר אחד מומס בחומר אחר, חום יכול להיספג ולהשתחרר. כן, סריג הגביש נהרס, ולכן אנרגיה מתבזבזת והתמיסה מתקררת, או משתחררת במהלך ריקבון בגלל עודף האנרגיה של קשרים כימיים. אבל מסתבר שאי אפשר להסביר זאת מנקודת המבט של התיאוריה הקלאסית, שכן מנגנון ההרס עצמו נותר בלתי מובן. ואם ניישם את התיאוריה הכימית של הפתרונות, יתברר שמולקולות הממס, התקועות בחלל הסריג, הורסות אותו מבפנים, כאילו "סוגרות"יונים זה מזה על ידי מעטפת פתרון.
בחלק הבא, נבחן מהי מסיסות וכל מה שקשור לכמות הפשוטה והאינטואיטיבית הזו לכאורה.
המושג של מסיסות
זה אינטואיטיבי בלבד שמסיסות מציינת באיזו צורה חומר מתמוסס בממס מסוים נתון. עם זאת, בדרך כלל אנו יודעים מעט מאוד על אופי הפירוק של חומרים. למה, למשל, הגיר לא מתמוסס במים, ומלח שולחני - להיפך? הכל קשור לחוזק הקשרים בתוך המולקולה. אם הקשרים חזקים, אז בגלל זה, חלקיקים אלה לא יכולים להתנתק ליונים, ובכך להרוס את הגביש. לכן, הוא נשאר בלתי מסיס.
מסיסות היא מאפיין כמותי המראה מהו חלקו של מומס בצורה של חלקיקים מומסים. ערכו תלוי באופי המומס והממס. המסיסות במים עבור חומרים שונים שונה, בהתאם לקשרים בין אטומים במולקולה. לחומרים עם קשרים קוולנטיים יש את המסיסות הנמוכה ביותר, בעוד שלאלה עם קשרים יוניים יש את המסיסות הגבוהה ביותר.
אבל לא תמיד אפשר להבין איזו מסיסות גדולה ואיזו קטנה. לכן, בחלק הבא, נדון במה המסיסות של חומרים שונים במים.
Comparison
יש הרבה ממיסים נוזליים בטבע. ישנם אפילו יותר חומרים חלופיים שיכולים לשמש כאחרון כאשר מגיעים לתנאים מסוימים, למשל, מסוייםמצב מצטבר. מתברר שאם אוספים נתונים על המסיסות זה בזה של כל זוג של "מומס - ממס", זה לא יספיק לנצח, כי השילובים הם עצומים. לכן, כך קרה שבכוכב הלכת שלנו מים הם הממס והסטנדרט האוניברסלי. הם עשו זאת כי זה הנפוץ ביותר בכדור הארץ.
לפיכך, נערך טבלת מסיסות במים עבור מאות ואלפי חומרים רבים. כולנו ראינו את זה, אבל בגרסה קצרה ומובנת יותר. תאי הטבלה מכילים אותיות המציינות חומר מסיס, בלתי מסיס או מסיס מעט. אבל יש טבלאות מיוחדות יותר למי שבקי ברצינות בכימיה. זה מציין את הערך המספרי המדויק של המסיסות בגרמים לליטר תמיסה.
עכשיו בואו נפנה לתיאוריה של דבר כזה כמו מסיסות.
כימיה של מסיסות
איך מתרחש תהליך הפירוק עצמו, כבר ניתחנו בסעיפים הקודמים. אבל איך, למשל, לרשום את הכל כתגובה? הכל לא כל כך פשוט כאן. לדוגמה, כאשר חומצה מומסת, יון מימן מגיב עם מים ויוצר יון הידרוניום H3O+. לפיכך, עבור HCl, משוואת התגובה תיראה כך:
HCl + H2O =H3O+ + Cl-
המסיסות של מלחים, בהתאם למבנה שלהם, נקבעת גם על ידי התגובה הכימית שלהם. סוג האחרון תלוי במבנה המלח וקשרים בתוך המולקולות שלו.
הבנו איך לתעד באופן גרפי את מסיסות המלחים במים. עכשיו הגיע הזמן ליישום מעשי.
Application
אם תפרט את המקרים שבהם יש צורך בערך זה, אפילו מאה לא מספיקה. בעקיפין, באמצעותו, אתה יכול לחשב כמויות אחרות שחשובות מאוד לחקר כל פתרון. בלעדיו לא נוכל לדעת מהו הריכוז המדויק של החומר, פעילותו, לא נוכל להעריך האם התרופה תרפא אדם או תהרוג (הרי אפילו מים מסכנים חיים בכמויות גדולות).
בנוסף לתעשייה הכימית ולמטרות המדעיות, הבנת מהות המסיסות נחוצה גם בחיי היומיום. ואכן, לפעמים נדרש להכין, נניח, תמיסה רוויה של חומר. לדוגמה, זה הכרחי כדי להשיג גבישי מלח עבור שיעורי הבית של הילד. בידיעה של מסיסות המלח במים, נוכל לקבוע בקלות כמה צריך לשפוך אותו לכלי כדי שיתחיל לזרז וליצור גבישים מעודף.
לפני שנסיים את הטיול הקצר שלנו לכימיה, בואו נדבר על כמה מושגים הקשורים למסיסות.
מה עוד מעניין?
לדעתנו, אם הגעתם לסעיף הזה, כנראה שכבר הבנתם שמסיסות היא לא רק כמות כימית מוזרה. זה הבסיס לכמויות אחרות. וביניהם: ריכוז, פעילות, קבוע דיסוציאציה, pH. וזו לא רשימה מלאה. בטח שמעתם לפחות אחדמהמילים הללו. ללא הידע הזה על טבעם של פתרונות, שמחקרם החל במסיסות, איננו יכולים עוד לדמיין כימיה ופיזיקה מודרניים. מהי הפיזיקה כאן? לפעמים פיזיקאים עוסקים גם בפתרונות, מודדים את המוליכות שלהם ומשתמשים בתכונות האחרות שלהם לצרכיהם.
מסקנה
במאמר זה התוודענו למושג כימי כמו מסיסות. זה כנראה היה מידע שימושי למדי, מכיוון שרובנו כמעט ולא מבינים את המהות העמוקה של תורת הפתרונות מבלי שיש לנו את הרצון לצלול לעומק המחקר שלה. בכל מקרה, זה מאוד שימושי לאמן את המוח שלך על ידי לימוד משהו חדש. הרי אדם חייב "ללמוד, ללמוד ושוב ללמוד" כל חייו
