Na co dzień spotykamy się z roztworami różnych substancji. Ale jest mało prawdopodobne, że każdy z nas zdaje sobie sprawę, jak dużą rolę odgrywają te systemy. Wiele z ich zachowań stało się dziś jasne dzięki szczegółowym badaniom na przestrzeni tysięcy lat. Przez cały ten czas wprowadzono wiele terminów niezrozumiałych dla zwykłego człowieka. Jednym z nich jest normalność rozwiązania. Co to jest? Zostanie to omówione w naszym artykule. Zacznijmy od zanurzenia się w przeszłość.
Historia badań
Pierwszymi bystrymi umysłami, które zaczęły studiować roztwory, byli tak znani chemicy jak Arrhenius, van't Hoff i Ostwald. Pod wpływem ich pracy kolejne pokolenia chemików zaczęły zagłębiać się w badanie roztworów wodnych i rozcieńczonych. Oczywiście nagromadzili ogromną ilość wiedzy, ale rozwiązania bezwodne pozostawiono bez uwagi, które notabene również odgrywają dużą rolę zarówno w przemyśle, jak i w innych dziedzinach ludzkiego życia.
W teorii roztworów bezwodnych było dużo niezrozumiałości. Np. jeśli w układach wodnych wartość przewodnictwa wzrastała wraz ze wzrostem stopnia dysocjacji, to w układach podobnych, ale z innym rozpuszczalnikiem zamiast wody, było odwrotnie. Małe wartości elektryczneprzewodnictwa często odpowiadają wysokim stopniom dysocjacji. Anomalie zachęciły naukowców do eksploracji tego obszaru chemii. Zgromadzono duży zbiór danych, których przetwarzanie umożliwiło znalezienie prawidłowości uzupełniających teorię dysocjacji elektrolitycznej. Ponadto udało się poszerzyć wiedzę na temat elektrolizy i natury złożonych jonów związków organicznych i nieorganicznych.
Wtedy rozpoczęto bardziej aktywne badania w dziedzinie stężonych roztworów. Układy takie znacznie różnią się właściwościami od układów rozcieńczonych ze względu na fakt, że wraz ze wzrostem stężenia substancji rozpuszczonej coraz większą rolę zaczyna odgrywać jej interakcja z rozpuszczalnikiem. Więcej na ten temat w następnej sekcji.
Teoria
W tej chwili najlepszym wyjaśnieniem zachowania jonów, cząsteczek i atomów w roztworze jest tylko teoria dysocjacji elektrolitycznej. Od momentu powstania przez Svante Arrheniusa w XIX wieku przeszedł pewne zmiany. Odkryto pewne prawa (takie jak prawo rozcieńczenia Ostwalda), które nieco nie pasowały do teorii klasycznej. Jednak dzięki kolejnym pracom naukowców dokonano poprawek w teorii, która w swojej nowoczesnej formie nadal istnieje i z dużą dokładnością opisuje uzyskane eksperymentalnie wyniki.
Główną istotą elektrolitycznej teorii dysocjacji jest to, że substancja po rozpuszczeniu rozkłada się na składowe jony - cząstki, które mają ładunek. W zależności od zdolności do rozkładu (dysocjacji) na części, są silne i słabeelektrolity. Silne mają tendencję do całkowitej dysocjacji na jony w roztworze, podczas gdy słabe tylko w bardzo małym stopniu.
Te cząstki, na które rozpada się cząsteczka, mogą oddziaływać z rozpuszczalnikiem. Zjawisko to nazywa się solwatacją. Ale nie zawsze występuje, ponieważ wynika to z obecności ładunku na cząsteczkach jonów i rozpuszczalnika. Na przykład cząsteczka wody jest dipolem, czyli cząstką naładowaną dodatnio z jednej strony i ujemnie naładowaną z drugiej. A jony, na które rozkłada się elektrolit, również mają ładunek. W ten sposób cząstki te są przyciągane przez przeciwnie naładowane strony. Ale dzieje się tak tylko w przypadku rozpuszczalników polarnych (takich jak woda). Na przykład w roztworze jakiejkolwiek substancji w heksanie solwatacja nie nastąpi.
Aby badać rozwiązania, bardzo często konieczne jest poznanie ilości substancji rozpuszczonej. Czasami bardzo niewygodne jest podstawianie pewnych ilości do formuł. Dlatego istnieje kilka rodzajów stężeń, wśród których jest normalność roztworu. Teraz opowiemy szczegółowo o wszystkich sposobach wyrażania zawartości substancji w roztworze i metodach jej obliczania.
Stężenie roztworu
W chemii istnieje wiele wzorów, a niektóre z nich są skonstruowane w taki sposób, że wygodniej jest przyjąć wartość w takiej czy innej formie.
Pierwszą i najbardziej nam znaną formą wyrażenia koncentracji jest ułamek masowy. Oblicza się to bardzo prosto. Wystarczy podzielić masę substancji w roztworze przez jej całkowitą masę. WięcW ten sposób otrzymujemy odpowiedź w ułamkach jednego. Mnożąc otrzymaną liczbę przez sto, otrzymujemy odpowiedź w procentach.
Nieco mniej znaną formą jest ułamek objętościowy. Najczęściej służy do wyrażania stężenia alkoholu w napojach alkoholowych. Oblicza się go również po prostu: dzielimy objętość substancji rozpuszczonej przez objętość całego roztworu. Podobnie jak w poprzednim przypadku, możesz otrzymać odpowiedź w procentach. Etykiety często mówią: „40% obj.”, co oznacza: 40 procent obj.
W chemii często stosuje się inne rodzaje koncentracji. Ale zanim przejdziemy do nich, porozmawiajmy o tym, czym jest kret substancji. Ilość substancji można wyrazić na różne sposoby: masa, objętość. Ale przecież cząsteczki każdej substancji mają swoją wagę, a przez masę próbki nie można zrozumieć, ile jest w niej cząsteczek, a to jest konieczne, aby zrozumieć ilościowy składnik przemian chemicznych. W tym celu wprowadzono taką ilość, jak mol substancji. W rzeczywistości jeden kret to pewna liczba cząsteczek: 6,021023. Nazywa się to numerem Avogadro. Najczęściej do obliczenia ilości produktów reakcji używa się takiej jednostki, jak mol substancji. W związku z tym istnieje inna forma wyrażania koncentracji - molarność. Jest to ilość substancji na jednostkę objętości. Molarność jest wyrażona w mol/L (czytaj: mole na litr).
Istnieje bardzo podobny rodzaj wyrażenia dla zawartości substancji w systemie: molalność. Różni się od molarności tym, że określa ilość substancji nie w jednostce objętości, ale w jednostce masy. I wyrażone w modlitwachna kilogram (lub inną wielokrotność, np. na gram).
Przechodzimy więc do ostatniej formy, którą teraz omówimy osobno, ponieważ jej opis wymaga pewnych informacji teoretycznych.
Normalność rozwiązania
Co to jest? A czym różni się od poprzednich wartości? Najpierw musisz zrozumieć różnicę między takimi pojęciami jak normalność i molarność rozwiązań. W rzeczywistości różnią się tylko jedną wartością - liczbą równoważną. Teraz możesz sobie nawet wyobrazić, jaka jest normalność rozwiązania. To tylko zmodyfikowana molarność. Liczba równoważnikowa wskazuje liczbę cząstek, które mogą oddziaływać z jednym molem jonów wodorowych lub wodorotlenowych.
Zapoznaliśmy się z normalnością rozwiązania. Ale mimo wszystko warto sięgnąć głębiej, a zobaczymy, jak prosta jest ta na pierwszy rzut oka skomplikowana forma opisu koncentracji. Przyjrzyjmy się więc bliżej, jaka jest normalność rozwiązania.
Formuła
Całkiem łatwo wyobrazić sobie formułę z opisu słownego. Będzie to wyglądać tak: Cn=zn/N. Tutaj z jest współczynnikiem równoważności, n jest ilością substancji, V jest objętością roztworu. Najciekawsza jest pierwsza wartość. Pokazuje tylko odpowiednik substancji, to znaczy liczbę rzeczywistych lub urojonych cząstek, które mogą reagować z jedną minimalną cząsteczką innej substancji. Tym samym w rzeczywistości normalność rozwiązania, którego wzór został przedstawiony powyżej, różni się jakościowood molarności.
A teraz przejdźmy do innej ważnej części: jak określić normalność rozwiązania. Jest to niewątpliwie ważne pytanie, dlatego warto podejść do jego badania ze zrozumieniem każdej wartości wskazanej w powyższym równaniu.
Jak znaleźć normalność rozwiązania?
Formuła, którą omówiliśmy powyżej, jest czysto stosowana. Wszystkie podane w nim wartości można łatwo obliczyć w praktyce. W rzeczywistości bardzo łatwo jest obliczyć normalność roztworu, znając pewne wielkości: masę substancji rozpuszczonej, jej wzór i objętość roztworu. Ponieważ znamy wzór cząsteczek substancji, możemy znaleźć jej masę cząsteczkową. Stosunek masy próbki substancji rozpuszczonej do jej masy molowej będzie równy liczbie moli substancji. Znając objętość całego roztworu, możemy z całą pewnością stwierdzić, jakie jest nasze stężenie molowe.
Następną operacją, którą musimy wykonać, aby obliczyć normalność rozwiązania, jest znalezienie współczynnika równoważności. Aby to zrobić, musimy zrozumieć, ile cząstek powstaje w wyniku dysocjacji, które mogą łączyć protony lub jony hydroksylowe. Na przykład w kwasie siarkowym współczynnik równoważności wynosi 2, a zatem normalność roztworu w tym przypadku oblicza się, mnożąc jego molarność przez 2.
Aplikacja
W analityce chemicznej często trzeba obliczyć normalność i molarność roztworów. Jest to bardzo wygodne dlaobliczanie wzorów cząsteczkowych substancji.
Co jeszcze można przeczytać?
Aby lepiej zrozumieć, jaka jest normalność roztworu, najlepiej otworzyć podręcznik chemii ogólnej. A jeśli znasz już wszystkie te informacje, powinieneś zapoznać się z podręcznikiem chemii analitycznej dla studentów kierunków chemicznych.
Wniosek
Dzięki temu artykułowi sądzimy, że zrozumiałeś, że normalność roztworu jest formą wyrażania stężenia substancji, która jest używana głównie w analizie chemicznej. A teraz nikomu nie jest tajemnicą, jak to jest obliczane.
