Kohtume iga päev erinevate ainete lahustega. Kuid on ebatõenäoline, et igaüks meist mõistab, kui suurt rolli need süsteemid mängivad. Suur osa nende käitumisest on tänapäeval selgeks saanud tuhandete aastate jooksul läbi viidud üksikasjalike uuringute kaudu. Kogu selle aja jooksul on kasutusele võetud palju tavainimesele arusaamatuid termineid. Üks neist on lahenduse normaalsus. Mis see on? Seda arutatakse meie artiklis. Alustame sukeldumisega minevikku.
Uurimisajalugu
Esimesed helged pead, kes lahendusi uurima hakkasid, olid sellised tuntud keemikud nagu Arrhenius, van't Hoff ja Ostwald. Oma töö mõjul hakkasid järgnevad keemikute põlvkonnad süvenema vesi- ja lahjendatud lahuste uurimisse. Loomulikult on neil kogunenud tohutult teadmisi, kuid tähelepanuta jäid mittevesilahused, mis muide mängivad samuti suurt rolli nii tööstuses kui ka muudes inimelu valdkondades.
Mittevesilahuste teoorias oli palju arusaamatust. Näiteks kui vesisüsteemides tõusis juhtivuse väärtus dissotsiatsiooniastme tõusuga, siis sarnastes süsteemides, kuid vee asemel erineva lahustiga, oli see vastupidi. Väikesed elektrilised väärtusedjuhtivused vastavad sageli kõrgele dissotsiatsiooniastmele. Anomaaliad ajendasid teadlasi seda keemiavaldkonda uurima. Kogunes suur hulk andmeid, mille töötlemine võimaldas leida elektrolüütilise dissotsiatsiooni teooriat täiendavaid seaduspärasusi. Lisaks oli võimalik laiendada teadmisi elektrolüüsist ning orgaaniliste ja anorgaaniliste ühendite kompleksioonide olemusest.
Siis algasid aktiivsemad uurimistööd kontsentreeritud lahuste vallas. Sellised süsteemid erinevad omaduste poolest oluliselt lahjendatud süsteemidest, kuna lahustunud aine kontsentratsiooni suurenedes hakkab selle koostoime lahustiga mängima üha olulisemat rolli. Lisateavet selle kohta leiate järgmisest jaotisest.
Teooria
Praegu on ioonide, molekulide ja aatomite käitumise kohta lahuses parim selgitus vaid elektrolüütilise dissotsiatsiooni teooria. Alates selle loomisest Svante Arrheniuse poolt 19. sajandil on see läbi teinud mõningaid muudatusi. Avastati mõned seadused (näiteks Ostwaldi lahjendusseadus), mis klassikalise teooriaga kuidagi ei sobinud. Kuid tänu teadlaste hilisemale tööle tehti teooriasse muudatusi ja tänapäevasel kujul on see endiselt olemas ja kirjeldab eksperimentaalselt saadud tulemusi suure täpsusega.
Elektrolüütilise dissotsiatsiooniteooria põhiolemus seisneb selles, et aine laguneb lahustumisel selle koostisse kuuluvateks ioonideks – osakesteks, millel on laeng. Olenev alt võimest osadeks laguneda (dissotsieeruda) eristatakse tugevaid ja nõrkuelektrolüüdid. Tugevad kipuvad lahuses täielikult dissotsieeruma ioonideks, nõrgad aga väga vähesel määral.
Need osakesed, milleks molekul laguneb, võivad suhelda lahustiga. Seda nähtust nimetatakse lahendamiseks. Kuid seda ei juhtu alati, kuna see on tingitud ioonide ja lahusti molekulide laengu olemasolust. Näiteks veemolekul on dipool, st osake, mis on ühelt poolt positiivselt laetud ja teiselt poolt negatiivselt laetud. Ja ioonidel, milleks elektrolüüt laguneb, on ka laeng. Seega tõmbavad neid osakesi vastassuunaliselt laetud küljed. Kuid see juhtub ainult polaarsete lahustitega (näiteks vesi). Näiteks mis tahes aine lahuses heksaanis ei toimu solvateerumist.
Lahenduste uurimiseks on väga sageli vaja teada lahustunud aine kogust. Teatud koguste asendamine valemitega on mõnikord väga ebamugav. Seetõttu on kontsentratsioone mitut tüüpi, sealhulgas lahuse normaalsus. Nüüd räägime üksikasjalikult kõigist viisidest, kuidas aine sisaldust lahuses väljendada, ja selle arvutamise meetoditest.
Lahenduse kontsentratsioon
Keemias on palju valemeid ja mõned neist on konstrueeritud nii, et väärtust on mugavam võtta ühel või teisel kujul.
Esimene ja meile kõige tuttavam kontsentratsiooni väljendusvorm on massiosa. See arvutatakse väga lihts alt. Peame lihts alt jagama lahuses oleva aine massi selle kogumassiga. NiisiisSeega saame vastuse murdosadena ühest. Korrutades saadud arvu sajaga, saame vastuse protsendina.
Veidi vähem tuntud vorm on mahuosa. Kõige sagedamini kasutatakse seda alkoholi kontsentratsiooni väljendamiseks alkohoolsetes jookides. Samuti arvutatakse see üsna lihts alt: jagame lahustunud aine ruumala kogu lahuse mahuga. Nagu ka eelmisel juhul, saate vastuse protsendina. Siltidel on sageli kirjas: "40% vol.", mis tähendab: 40 mahuprotsenti.
Keemias kasutatakse sageli muud tüüpi kontsentreerimist. Kuid enne nende juurde asumist räägime sellest, mis on aine mool. Aine kogust saab väljendada erinev alt: mass, maht. Kuid lõppude lõpuks on iga aine molekulidel oma kaal ja proovi massi järgi on võimatu aru saada, kui palju molekule selles on, ja see on vajalik keemiliste transformatsioonide kvantitatiivse komponendi mõistmiseks. Selleks võeti kasutusele selline kogus nagu aine mool. Tegelikult on üks mool teatud arv molekule: 6,021023. Seda nimetatakse Avogadro numbriks. Kõige sagedamini kasutatakse reaktsiooniproduktide koguse arvutamiseks sellist ühikut nagu aine mool. Sellega seoses on veel üks kontsentratsiooni väljendamise vorm - molaarsus. See on aine kogus mahuühiku kohta. Molaarsust väljendatakse mol/l (loe: moolid liitri kohta).
Süsteemi aine sisalduse kohta on väga sarnane väljenditüüp: molaalsus. See erineb molaarsusest selle poolest, et see määrab aine koguse mitte ruumalaühikus, vaid massiühikus. Ja väljendatud palveteskilogrammi kohta (või muu korduv, nt grammi kohta).
Nii jõuame viimase vormini, mida käsitleme nüüd eraldi, kuna selle kirjeldamine nõuab mõningast teoreetilist teavet.
Lahenduse normaalsus
Mis see on? Ja kuidas see erineb varasematest väärtustest? Kõigepe alt peate mõistma erinevust selliste mõistete nagu lahenduste normaalsus ja molaarsus vahel. Tegelikult erinevad need ainult ühe väärtusega - samaväärsuse numbriga. Nüüd võite isegi ette kujutada, milline on lahenduse normaalsus. See on lihts alt modifitseeritud molaarsus. Ekvivalentsusarv näitab osakeste arvu, mis võivad interakteeruda ühe mooli vesinikioonide või hüdroksiidioonidega.
Tutvusime sellega, mis on lahenduse normaalsus. Kuid lõppude lõpuks tasub süveneda ja me näeme, kui lihtne see esmapilgul keeruline keskendumise kirjeldamise vorm on. Niisiis, vaatame lähem alt, milline on lahenduse normaalsus.
Valem
Suunalise kirjelduse põhjal on valemit üsna lihtne ette kujutada. See näeb välja selline: Cn=zn/N. Siin z on ekvivalentsitegur, n on aine kogus, V on lahuse maht. Esimene väärtus on kõige huvitavam. See näitab lihts alt aine ekvivalenti, st reaalsete või kujuteldavate osakeste arvu, mis võivad reageerida teise aine ühe minimaalse osakesega. Tegelikult erineb ül altoodud valemiga lahenduse normaalsus kvalitatiivseltmolaarsusest.
Ja nüüd liigume edasi teise olulise osa juurde: kuidas teha kindlaks lahenduse normaalsus. See on kahtlemata oluline küsimus, seega tasub selle uurimisele läheneda, mõistes iga ül altoodud võrrandis näidatud väärtust.
Kuidas leida lahenduse normaalsus?
Eespool käsitletud valemit rakendatakse puht alt. Kõik selles antud väärtused on praktikas kergesti arvutatavad. Tegelikult on väga lihtne arvutada lahuse normaalsust, teades mõningaid suurusi: lahustunud aine massi, selle valemit ja lahuse mahtu. Kuna me teame aine molekulide valemit, saame leida selle molekulmassi. Soluudi proovi massi ja selle molaarmassi suhe on võrdne aine moolide arvuga. Ja teades kogu lahuse mahtu, võime kindl alt öelda, milline on meie molaarne kontsentratsioon.
Järgmine toiming, mille peame lahenduse normaalsuse arvutamiseks läbi viima, on ekvivalentsusteguri leidmine. Selleks peame mõistma, kui palju dissotsiatsiooni tulemusena tekib osakesi, mis võivad siduda prootoneid või hüdroksüülioone. Näiteks väävelhappe puhul on ekvivalentsitegur 2 ja seetõttu arvutatakse lahuse normaalsus sel juhul, korrutades selle molaarsuse lihts alt 2-ga.
Rakendus
Keemilises analüütikas tuleb sageli arvutada lahuste normaalsus ja molaarsus. See on väga mugavainete molekulaarvalemite arvutamine.
Mida veel lugeda?
Et paremini mõista, mis on lahenduse normaalsus, on kõige parem avada üldkeemia õpik. Ja kui kogu seda infot juba tead, siis tasub vaadata keemiaerialade üliõpilastele mõeldud analüütilise keemia õpikut.
Järeldus
Arvame, et tänu artiklile saite aru, et lahuse normaalsus on aine kontsentratsiooni väljendamise vorm, mida kasutatakse peamiselt keemilises analüüsis. Ja nüüd pole see kellelegi saladus, kuidas seda arvutatakse.
