Czy w przyrodzie jest wiele chemicznie czystych substancji? Co to jest woda morska, mleko, drut stalowy - poszczególne substancje, czy składają się z kilku składników? W naszym artykule zapoznamy się z właściwościami roztworów - najczęstszych układów fizykochemicznych o zmiennym składzie. Mogą zawierać kilka składników. Mleko jest więc roztworem organicznym zawierającym wodę, krople tłuszczu, cząsteczki białka i sole mineralne. Czym jest rozwiązanie i jak można je uzyskać? Na to i inne pytania odpowiemy w naszym artykule.
Wykorzystanie rozwiązań i ich rola w przyrodzie
Metabolizm w biogeocenozach odbywa się w formie interakcji związków rozpuszczonych w wodzie. Na przykład wchłanianie roztworu glebowego przez korzenie roślin, gromadzenie skrobi w wyniku fotosyntezy w roślinach, procesy trawienne zwierząt i ludzi – wszystko to są reakcje zachodzące w roztworach chemicznych. Nie można sobie wyobrazić nowoczesnych gałęzi przemysłu: kosmicznego i lotniczego, wojskowego, energetyki jądrowejbez użycia stopów - solidne rozwiązania o unikalnych właściwościach technicznych. Kilka gazów może również tworzyć mieszaniny, które możemy nazwać roztworami. Na przykład powietrze jest układem fizycznym i chemicznym zawierającym składniki takie jak azot, tlen, dwutlenek węgla itp.
Jakie jest rozwiązanie?
Mieszając razem kwas siarczanowy i wodę, otrzymujemy jego wodny roztwór. Zastanów się, z czego się składa. Znajdziemy rozpuszczalnik – wodę, substancję rozpuszczoną – kwas siarkowy oraz produkty ich oddziaływania. Należą do nich kationy wodorowe, jony hydrosiarczanowe i siarczanowe. Skład układu fizykochemicznego, składającego się z rozpuszczalnika i składników, będzie zależał nie tylko od tego, która substancja jest rozpuszczalnikiem.
Najczęstszym i najważniejszym rozpuszczalnikiem jest woda. Duże znaczenie ma również charakter rozpuszczonych składników. Można je z grubsza podzielić na trzy grupy. Są to związki praktycznie nierozpuszczalne, słabo rozpuszczalne i bardzo dobrze rozpuszczalne. Najważniejsza jest ostatnia grupa. Obejmuje większość soli, kwasów, zasad, alkoholi, cukrów prostych. Słabo rozpuszczalne związki są również dość powszechne w przyrodzie. Są to gips, azot, metan, tlen. Praktycznie nierozpuszczalne w wodzie będą metale, gazy szlachetne: argon, hel itp., nafta, oleje.
Jak określić ilościowo rozpuszczalność związku
Stężenie nasyconego roztworu jest najważniejszą wartością pokazującą rozpuszczalność substancji. Jąwyrażona jako wartość liczbowo równa masie związku w 100 g roztworu. Na przykład dezynfekujący produkt medyczny - alkohol salicylowy sprzedawany jest w aptekach w postaci 1% roztworu alkoholu. Oznacza to, że 100 g roztworu zawiera 1 gram substancji czynnej. Jaka jest największa masa chlorku sodu, którą można rozpuścić w 100 g rozpuszczalnika w określonej temperaturze? Możesz znaleźć odpowiedź na to pytanie, korzystając ze specjalnej tabeli krzywych rozpuszczalności dla stałych związków. Tak więc w temperaturze 10 ⁰С 38 g soli kuchennej można rozpuścić w 100 g wody, przy 80 ⁰С - 40 g substancji. Jak rozcieńczyć roztwór? Musisz dodać do niego pewną ilość wody. Możliwe jest zwiększenie stężenia układu fizykochemicznego poprzez odparowanie roztworu lub dodanie do niego pewnej porcji rozpuszczonego związku.
Rodzaje rozwiązań
W określonej temperaturze układ może znajdować się w równowadze z rozpuszczonym związkiem w postaci jego osadu. W tym przypadku mówi się o roztworze nasyconym. Jak sprawić, by roztwór był nasycony? Aby to zrobić, zapoznaj się z tabelą rozpuszczalności ciał stałych. Na przykład sól kuchenną o wadze 31 g wprowadza się do wody o temperaturze 20 ºС i normalnym ciśnieniu, a następnie dobrze miesza. Przy dodatkowym podgrzaniu i wprowadzeniu dodatkowej porcji soli, jej nadmiar zapewnia powstanie roztworu przesyconego. Chłodzenie układu doprowadzi do procesu wytrącania kryształów chlorku sodu. Rozcieńczone roztwory będą nazywane takimi roztworami, w których stężenie związków w porównaniu z objętością rozpuszczalnika będziewystarczająco mały. Na przykład sól fizjologiczna, która jest częścią osocza krwi i stosowana w medycynie po przejściu zabiegów chirurgicznych, jest 0,9% roztworem chlorku sodu.
Mechanizm rozpuszczania substancji
Po zastanowieniu się nad pytaniem, czym jest rozwiązanie, ustalmy, jakie procesy leżą u podstaw jego powstania. W sercu zjawiska rozpuszczania substancji widzimy wzajemne oddziaływanie przemian fizycznych i chemicznych. Główną rolę w nich odgrywa zjawisko niszczenia wiązań chemicznych: kowalencyjnych polarnych lub jonowych, w cząsteczkach rozpuszczonego związku. Fizyczny aspekt zrywania więzi wyraża się w absorpcji energii. Istnieje również oddziaływanie cząsteczek rozpuszczalnika z cząsteczkami substancji rozpuszczonej, zwane solwatacją, w przypadku roztworów wodnych – hydratacją. Towarzyszy mu nie tylko pojawienie się nowych więzi, ale także uwolnienie energii.
W naszym artykule zbadaliśmy pytanie, czym jest rozwiązanie, a także poznaliśmy mechanizm powstawania rozwiązań i ich znaczenie.
