אנו נתקלים בכל יום בתמיסות של חומרים שונים. אבל לא סביר שכל אחד מאיתנו מבין כמה גדול תפקיד המערכות הללו ממלאות. חלק ניכר מהתנהגותם התברר היום באמצעות מחקר מפורט לאורך אלפי שנים. במשך כל הזמן הזה הוצגו מונחים רבים שאינם מובנים לאדם הפשוט. אחד מהם הוא תקינות הפתרון. מה זה? זה יידון במאמר שלנו. בואו נתחיל בצלילה אל העבר.
היסטוריית מחקר
המוחות הבהירים הראשונים שהחלו ללמוד פתרונות היו כימאים ידועים כמו ארהניוס, ואן הוף ואוסטוולד. בהשפעת עבודתם, הדורות הבאים של כימאים החלו להתעמק בחקר תמיסות מימיות ומדוללות. כמובן, הם צברו כמות עצומה של ידע, אבל פתרונות לא מימיים נותרו ללא תשומת לב, שגם הם, אגב, משחקים תפקיד גדול הן בתעשייה והן בשאר תחומי חיי האדם.
היה הרבה חוסר הבנה בתיאוריה של תמיסות לא מימיות. למשל, אם במערכות מימיות ערך המוליכות עלה עם עלייה בדרגת הדיסוציאציה, אז במערכות דומות, אבל עם ממס אחר במקום מים, זה היה הפוך. ערכי חשמל קטניםמוליכות מתאימות לרוב לדרגות גבוהות של דיסוציאציה. חריגות דרבנו מדענים לחקור תחום זה של כימיה. הצטבר מערך גדול של נתונים, שעיבודם איפשר למצוא חוקיות המשלימות את תיאוריית הדיסוציאציה האלקטרוליטית. בנוסף, ניתן היה להרחיב את הידע על אלקטרוליזה ואופי יונים מורכבים של תרכובות אורגניות ואי-אורגניות.
ואז החל מחקר פעיל יותר בתחום הפתרונות המרוכזים. מערכות כאלה שונות באופן משמעותי במאפיינים מאלה מדוללות בשל העובדה שעם הגדלת הריכוז של החומר המומס, האינטראקציה שלו עם הממס מתחילה לשחק תפקיד חשוב יותר ויותר. עוד על כך בסעיף הבא.
Theory
כרגע, ההסבר הטוב ביותר להתנהגות של יונים, מולקולות ואטומים בתמיסה הוא רק התיאוריה של ניתוק אלקטרוליטי. מאז יצירתו על ידי Svante Arrhenius במאה ה-19, הוא עבר כמה שינויים. התגלו כמה חוקים (כגון חוק הדילול של אוסטוולד) שקצת לא התאימו לתיאוריה הקלאסית. אבל, הודות לעבודתם של מדענים לאחר מכן, בוצעו תיקונים בתיאוריה, ובצורתה המודרנית היא עדיין קיימת ומתארת את התוצאות שהושגו בניסוי בדיוק רב.
המהות העיקרית של התיאוריה האלקטרוליטית של הדיסוציאציה היא שהחומר, כשהוא מומס, מתפרק ליונים המרכיבים אותו - חלקיקים בעלי מטען. בהתאם ליכולת להתפרק (להתפרק) לחלקים, יש חזקים וחלשיםאלקטרוליטים. חזקים נוטים להתנתק לחלוטין ליונים בתמיסה, בעוד שחלשים רק במידה קטנה מאוד.
החלקיקים הללו שלתוכם מתפרקת המולקולה יכולים לקיים אינטראקציה עם הממס. תופעה זו נקראת פתרון. אבל זה לא תמיד קורה, שכן זה נובע מנוכחות של מטען על מולקולות היון והממס. לדוגמה, מולקולת מים היא דיפול, כלומר חלקיק טעון חיובי מצד אחד וטעון שלילי מצד שני. וגם ליונים שלתוכם מתפרק האלקטרוליט יש מטען. לפיכך, חלקיקים אלה נמשכים על ידי צדדים בעלי מטען הפוך. אבל זה קורה רק עם ממיסים קוטביים (כאלה הם מים). לדוגמה, בתמיסה של חומר כלשהו בהקסאן, התמיסה לא תתרחש.
כדי ללמוד פתרונות, לעתים קרובות יש צורך לדעת את כמות המומס. לפעמים זה מאוד לא נוח להחליף כמויות מסוימות בנוסחאות. לכן, ישנם מספר סוגים של ריכוזים, ביניהם תקינות התמיסה. כעת נספר בהרחבה על כל הדרכים לביטוי תכולת חומר בתמיסה ושיטות לחישובו.
ריכוז הפתרון
יש הרבה נוסחאות בכימיה, וחלק מהן בנויות בצורה כזו שיותר נוח לקחת את הערך בצורה מסוימת זו או אחרת.
צורת הביטוי הראשונה, והמוכרת לנו ביותר, של ריכוז היא שבר המסה. זה מחושב פשוט מאוד. אנחנו רק צריכים לחלק את המסה של החומר בתמיסה במסה הכוללת שלו. כךלפיכך, אנו מקבלים את התשובה בשברים של אחד. הכפלת המספר המתקבל במאה, נקבל את התשובה באחוזים.
צורה מעט פחות מוכרת היא שבר נפח. לרוב הוא משמש לביטוי ריכוז האלכוהול במשקאות אלכוהוליים. זה גם מחושב די פשוט: אנחנו מחלקים את נפח המומס בנפח התמיסה כולה. כמו במקרה הקודם, ניתן לקבל את התשובה באחוזים. התוויות אומרות לעתים קרובות: "40% vol.", כלומר: 40 אחוזי נפח.
בכימיה משתמשים לעתים קרובות בסוגים אחרים של ריכוז. אבל לפני שנמשיך אליהם, בואו נדבר על מהי שומה של חומר. ניתן לבטא את כמות החומר בדרכים שונות: מסה, נפח. אבל אחרי הכל, למולקולות של כל חומר יש משקל משלהן, ולפי מסת הדגימה אי אפשר להבין כמה מולקולות יש בה, וזה הכרחי כדי להבין את המרכיב הכמותי של טרנספורמציות כימיות. לשם כך הוכנסה כמות כמו שומה של חומר. למעשה, שומה אחת היא מספר מסוים של מולקולות: 6.021023. זה נקרא המספר של אבוגדרו. לרוב, יחידה כזו כמו שומה של חומר משמשת לחישוב כמות התוצרים של תגובה. בהקשר זה, ישנה צורה נוספת של ביטוי ריכוז - מולריות. זוהי כמות החומר ליחידת נפח. מולריות מבוטאת במול/L (קרא: שומות לליטר).
יש סוג ביטוי דומה מאוד לתוכן של חומר במערכת: מולאליות. הוא שונה ממולריות בכך שהוא קובע את כמות החומר לא ביחידת נפח, אלא ביחידת מסה. ומתבטא בתפילותלקילוגרם (או כפולה אחרת, כגון לגרם).
לכן הגענו לצורה האחרונה, שבה נדון כעת בנפרד, שכן התיאור שלה מצריך מידע תיאורטי.
תקינות הפתרון
מה זה? ובמה זה שונה מערכים קודמים? ראשית עליך להבין את ההבדל בין מושגים כגון נורמליות וטוחנות של פתרונות. למעשה, הם נבדלים רק בערך אחד - מספר השקילות. עכשיו אתה אפילו יכול לדמיין מה הנורמליות של הפתרון. זו רק מולריות שונה. מספר השקילות מציין את מספר החלקיקים שיכולים לקיים אינטראקציה עם מול אחד של יוני מימן או יוני הידרוקסיד.
הכרנו מהי תקינות הפתרון. אבל אחרי הכל, כדאי לחפור עמוק יותר, ונראה עד כמה פשוטה זו, במבט ראשון, הצורה המורכבת של תיאור הריכוז. אז בואו נסתכל מקרוב על הנורמליות של הפתרון.
נוסחה
די קל לדמיין נוסחה מתיאור מילולי. זה ייראה כך: Cn=zn/N. כאן z הוא גורם השקילות, n הוא כמות החומר, V הוא נפח התמיסה. הערך הראשון הוא המעניין ביותר. זה רק מראה את המקבילה של חומר, כלומר, מספר החלקיקים האמיתיים או הדמיוניים שיכולים להגיב עם חלקיק מינימלי אחד של חומר אחר. בכך, למעשה, הנורמליות של הפתרון, שנוסחתו הוצגה לעיל, שונה מבחינה איכותיתממולריות.
ועכשיו נעבור לחלק חשוב נוסף: כיצד לקבוע את תקינות הפתרון. זו ללא ספק שאלה חשובה, ולכן כדאי לגשת למחקר שלה עם הבנה של כל ערך המצוין במשוואה שהוצגה לעיל.
איך למצוא את הנורמליות של פתרון?
הנוסחה עליה דנו למעלה מיושמת אך ורק. כל הערכים הניתנים בו מחושבים בקלות בפועל. למעשה, קל מאוד לחשב את תקינותו של תמיסה, לדעת כמה כמויות: מסת המומס, הנוסחה שלו ונפח התמיסה. מכיוון שאנו יודעים את הנוסחה של המולקולות של חומר, אנו יכולים למצוא את משקלו המולקולרי. היחס בין המסה של דגימה של מומס למסה המולרית שלו יהיה שווה למספר המולות של החומר. ובידוע את נפח התמיסה כולה, נוכל לומר בוודאות מהו הריכוז הטוחן שלנו.
הפעולה הבאה שעלינו לבצע על מנת לחשב את תקינות הפתרון היא הפעולה של מציאת גורם השקילות. לשם כך, עלינו להבין כמה חלקיקים נוצרים כתוצאה מניתוק שיכול לחבר פרוטונים או יוני הידרוקסיל. לדוגמה, בחומצה גופרתית, גורם השקילות הוא 2, ולכן נורמליות התמיסה במקרה זה מחושבת על ידי הכפלת המולריות שלו ב-2.
Application
בניתוח כימי, לעתים קרובות צריך לחשב את הנורמליות והמולריות של פתרונות. זה מאוד נוח עבורחישוב של נוסחאות מולקולריות של חומרים.
מה עוד לקרוא?
כדי להבין טוב יותר מהי הנורמליות של פתרון, עדיף לפתוח ספר לימוד בכימיה כללית. ואם אתה כבר יודע את כל המידע הזה, כדאי שתפנה לספר הלימוד בכימיה אנליטית לתלמידי התמחויות כימיות.
מסקנה
בזכות המאמר, אנחנו חושבים שהבנתם שהנורמליות של תמיסה היא צורה של ביטוי ריכוז של חומר, המשמשת בעיקר בניתוח כימי. ועכשיו זה לא סוד לאף אחד איך זה מחושב.
