Alkohol, kvapalný alebo plynný. Riešenia

Dáte si dlho veľmi horúcu sprchu, kúpeľňové zrkadlo sa zakryje parou. Zabudnete na okne hrniec s vodou a potom zistíte, že voda vyvrela a panvica prihorela. Možno si myslíte, že voda sa rada mení z plynu na kvapalinu a potom z kvapaliny na plyn. Ale kedy sa to stane?

Vo vetranom priestore sa voda postupne vyparuje pri akejkoľvek teplote. Ale vrie len za určitých podmienok. Teplota varu závisí od tlaku nad kvapalinou. Pri normálnom atmosférickom tlaku bude bod varu 100 stupňov. S nadmorskou výškou bude klesať tlak aj bod varu. Na vrchole Mont Blancu bude 85 stupňov a nebudete si tam môcť pripraviť lahodný čaj! Ale v tlakovom hrnci, keď zaznie píšťalka, teplota vody je už 130 stupňov a tlak je 4-krát vyšší ako atmosférický tlak. Pri tejto teplote sa jedlo uvarí rýchlejšie a chute neuniknú s chlapom, pretože ventil je zatvorený.

Zmeny stavu agregácie látky so zmenami teploty.

Akákoľvek kvapalina sa môže premeniť na plynné skupenstvo, ak sa dostatočne zahreje, a akýkoľvek plyn sa môže premeniť na kvapalný, ak sa ochladí. Preto sa bután, ktorý sa používa v plynových sporákoch a v krajine, skladuje v uzavretých fľašiach. Je tekutý a pod tlakom ako tlakový hrniec. A na čerstvom vzduchu pri teplote tesne pod 0 stupňov metán veľmi rýchlo vrie a odparuje sa. Skvapalnený metán sa skladuje v obrovských nádržiach nazývaných nádrže. Pri normálnom atmosférickom tlaku metán vrie pri teplote 160 stupňov pod nulou. Aby sa zabránilo úniku plynu počas prepravy, nádrže sa opatrne dotýkajú ako termosky.

Zmeny agregačných stavov látky so zmenami tlaku.

Existuje závislosť medzi kvapalným a plynným stavom látky od teploty a tlaku. Keďže látka je v kvapalnom skupenstve nasýtenejšia ako v plynnom, možno si myslíte, že ak zvýšite tlak, plyn sa okamžite zmení na kvapalinu. Ale to nie je pravda. Ak však začnete pumpou na bicykel stláčať vzduch, zistíte, že sa zahrieva. Akumuluje energiu, ktorú mu prenesiete tlakom na piest. Plyn je možné stlačiť na kvapalinu iba vtedy, ak sa súčasne ochladí. Naopak, kvapaliny potrebujú prijať teplo, aby sa premenili na plyn. Preto odparovanie alkoholu alebo éteru odoberá z nášho tela teplo, čím vzniká na pokožke pocit chladu. Vyparovanie morskej vody vplyvom vetra ochladzuje vodnú hladinu a potenie ochladzuje telo.

Zmesi sa môžu navzájom líšiť nielen v zloženie, ale aj tým vzhľad. Podľa toho, ako táto zmes vyzerá a aké má vlastnosti, ju možno zaradiť do jednej homogénny (homogénny), alebo k heterogénny (heterogénny) zmesi.

Homogénny (homogénny) Ide o zmesi, v ktorých sa častice iných látok nedajú zistiť ani mikroskopom.

Zloženie a fyzikálne vlastnosti vo všetkých častiach takejto zmesi sú rovnaké, pretože medzi jej jednotlivými zložkami neexistujú žiadne rozhrania.

TO homogénne zmesi týkať sa:

• zmesi plynov;
• riešenia;
• zliatin.

Zmesi plynov

Príkladom takejto homogénnej zmesi je vzduchu.

Čistý vzduch obsahuje rôzne plynné látky:

• dusík (jeho objemový podiel v čistom vzduchu je \(78\)%));
• kyslík (\(21\)%));
• vzácne plyny - argón a iné (\(0,96\)%));
• oxid uhličitý (\(0,04\)%).

Plynná zmes je zemný plyn A súvisiaci ropný plyn. Hlavnými zložkami týchto zmesí sú plynné uhľovodíky: metán, etán, propán a bután.

Taktiež plynná zmes je obnoviteľným zdrojom ako napr bioplyn vznikajú pri spracovaní organických zvyškov baktériami na skládkach, v nádržiach na čistenie odpadových vôd a v špeciálnych zariadeniach. Hlavnou zložkou bioplynu je metán, ktorý obsahuje prímes oxidu uhličitého, sírovodíka a množstvo ďalších plynných látok.

Zmesi plynov: vzduch a bioplyn. Vzduch sa dá predávať zvedavým turistom a bioplyn získaný zo zelenej hmoty v špeciálnych nádobách môže slúžiť ako palivo

Riešenia

Toto je zvyčajne názov pre kvapalné zmesi látok, hoci tento výraz vo vede má širší význam: roztok sa zvyčajne nazýva akýkoľvek(vrátane plynných a pevných látok) homogénna zmes látok. Takže o tekutých roztokoch.

Dôležité riešenie nájdené v prírode je oleja. Tekuté produkty získané pri jeho spracovaní: benzín, petrolej, motorová nafta, vykurovací olej, mazacie oleje- sú tiež zmesou rôznych uhľovodíky.

Dávaj pozor!

Na prípravu roztoku je potrebné zmiešať plynnú, kvapalnú alebo pevnú látku s rozpúšťadlom (voda, alkohol, acetón atď.).

Napríklad, amoniak získaný rozpustením plynného amoniaku vo vstupe. Na druhej strane na varenie jódové tinktúry Kryštalický jód sa rozpustí v etylalkohole (etanole).

Kvapalné homogénne zmesi (roztoky): olej a amoniak

Zliatinu (tuhý roztok) je možné získať na základe akýkoľvek kov a jeho zloženie môže obsahovať mnoho rôznych látok.

V súčasnosti sú najdôležitejšie zliatiny železa- liatina a oceľ.

Liatiny sú zliatiny železa obsahujúce viac ako \(2\)% uhlíka a ocele sú zliatiny železa obsahujúce menej uhlíka.

To, čo sa bežne nazýva „železo“, je v skutočnosti nízkouhlíková oceľ. Okrem uhlíka zliatiny železa môžu obsahovať kremík, fosfor, síra.

Pamätám si, ako nám ešte na základnej škole vysvetľovali definíciu stavu agregácie látky. Učiteľ dal dobrý príklad o cínovom vojakovi a potom bolo všetkým všetko jasné. Nižšie sa pokúsim osviežiť si spomienky.

Určte stav hmoty

Všetko je tu jednoduché: ak vezmete do ruky látku, môžete sa jej dotknúť a keď na ňu stlačíte, zachová si svoj objem a tvar - ide o pevný stav. V kvapalnom stave si látka nezachováva svoj tvar, ale zachováva si svoj objem. Napríklad v pohári je voda, momentálne má tvar pohára. A ak ho nalejete do pohára, nadobudne tvar pohára, ale samotné množstvo vody sa nezmení. To znamená, že látka v kvapalnom stave môže meniť tvar, ale nie objem. V plynnom stave sa nezachováva ani tvar, ani objem látky, ale snaží sa vyplniť všetok dostupný priestor.

A v súvislosti s tabuľkou stojí za zmienku, že cukor a soľ sa môžu zdať ako tekuté látky, no v skutočnosti sú to voľne tečúce látky, celý ich objem pozostáva z malých pevných kryštálikov.

Skupenstvo: kvapalné, tuhé, plynné

Všetky látky na svete sú v určitom stave: pevné, kvapalné alebo plynné. A každá látka sa môže zmeniť z jedného stavu do druhého. Prekvapivo aj cínový vojačik môže byť tekutý. Na to je však potrebné vytvoriť určité podmienky, a to umiestniť ho do veľmi, veľmi vykurovanej miestnosti, kde sa cín roztaví a zmení sa na tekutý kov.

Najjednoduchšie je však zvážiť stavy agregácie pomocou vody ako príkladu.

• Ak tekutá voda zamrzne, zmení sa na ľad – to je jej pevné skupenstvo.
• Ak sa kvapalná voda silne zahreje, začne sa vyparovať - ​​to je jej plynné skupenstvo.
• A ak zohrejete ľad, začne sa topiť a premieňať sa späť na vodu - nazýva sa to tekutý stav.

Za vyzdvihnutie stojí najmä proces kondenzácie: ak skoncentrujete a ochladíte vyparenú vodu, plynné skupenstvo sa zmení na pevnú látku – nazýva sa to kondenzácia a v atmosfére tak vzniká sneh.

Dnes je známa existencia viac ako 3 miliónov rôznych látok. A toto číslo každým rokom rastie, pretože syntetickí chemici a iní vedci neustále vykonávajú experimenty na získanie nových zlúčenín, ktoré majú niektoré užitočné vlastnosti.

Niektoré látky sú prirodzenými obyvateľmi, vznikajú prirodzene. Druhá polovica je umelá a syntetická. V prvom aj druhom prípade však významnú časť tvoria plynné látky, ktorých príklady a charakteristiky budeme uvažovať v tomto článku.

Súhrnné stavy látok

Od 17. storočia sa všeobecne uznáva, že všetky známe zlúčeniny môžu existovať v troch stavoch agregácie: pevné, kvapalné a plynné látky. Starostlivý výskum v posledných desaťročiach v oblasti astronómie, fyziky, chémie, vesmírnej biológie a iných vied však dokázal, že existuje aj iná forma. Toto je plazma.

Čo je ona? Čiastočne alebo úplne a ukazuje sa, že takýchto látok je vo vesmíre prevažná väčšina. V plazmovom stave sa teda nachádzajú nasledovné:

• medzihviezdna hmota;
• kozmická hmota;
• horné vrstvy atmosféry;
• hmloviny;
• zloženie mnohých planét;
• hviezdy.

Preto sa dnes hovorí, že existujú pevné látky, kvapaliny, plyny a plazma. Mimochodom, každý plyn môže byť umelo prenesený do tohto stavu, ak je vystavený ionizácii, to znamená, že je nútený premeniť sa na ióny.

Plynné látky: príklady

Existuje veľa príkladov látok, o ktorých sa uvažuje. Plyny sú predsa známe už od 17. storočia, kedy prírodovedec van Helmont prvýkrát získal oxid uhličitý a začal skúmať jeho vlastnosti. Mimochodom, dal názov aj tejto skupine zlúčenín, keďže plyny sú podľa neho niečo neusporiadané, chaotické, spojené s duchmi a niečo neviditeľné, no hmatateľné. Tento názov sa zakorenil v Rusku.

Je možné klasifikovať všetky plynné látky, potom bude jednoduchšie uviesť príklady. Koniec koncov, je ťažké pokryť všetku rozmanitosť.

Podľa zloženia sa rozlišujú:

• jednoduché,
• komplexné molekuly.

Prvá skupina zahŕňa tie, ktoré pozostávajú z rovnakých atómov v akomkoľvek množstve. Príklad: kyslík - O 2, ozón - O 3, vodík - H 2, chlór - CL 2, fluór - F 2, dusík - N 2 a iné.

• sírovodík - H2S;
• chlorovodík - HCL;
• metán - CH4;
• oxid siričitý - SO 2;
• hnedý plyn - NO 2;
• freón - CF2CL2;
• amoniak - NH 3 a iné.

Klasifikácia podľa povahy látok

Druhy plynných látok môžete klasifikovať aj podľa ich príslušnosti k organickému a anorganickému svetu. Teda podľa povahy atómov, ktoré ho tvoria. Organické plyny sú:

• prvých päť zástupcov (metán, etán, propán, bután, pentán). Všeobecný vzorec CnH2n+2;
• etylén - C2H4;
• acetylén alebo etylén - C2H2;
• metylamín - CH 3 NH 2 a iné.

Ďalšou klasifikáciou, ktorú možno použiť na príslušné zlúčeniny, je delenie na základe častíc, ktoré obsahujú. Nie všetky plynné látky sú zložené z atómov. Príklady štruktúr, v ktorých sú prítomné ióny, molekuly, fotóny, elektróny, Brownove častice a plazma, sa tiež týkajú zlúčenín v tomto stave agregácie.

Vlastnosti plynov

Charakteristiky látok v uvažovanom stave sa líšia od vlastností tuhých alebo kvapalných zlúčenín. Ide o to, že vlastnosti plynných látok sú špeciálne. Ich častice sú ľahko a rýchlo mobilné, látka ako celok je izotropná, to znamená, že vlastnosti nie sú určené smerom pohybu štruktúr zahrnutých v kompozícii.

Je možné identifikovať najdôležitejšie fyzikálne vlastnosti plynných látok, ktoré ich budú odlišovať od všetkých ostatných foriem existencie hmoty.

1. Sú to spojenia, ktoré nemožno vidieť, ovládať ani cítiť bežnými ľudskými prostriedkami. Na pochopenie vlastností a identifikáciu konkrétneho plynu sa spoliehajú na štyri parametre, ktoré ich všetky popisujú: tlak, teplota, množstvo látky (mol), objem.
2. Na rozdiel od kvapalín sú plyny schopné obsadiť celý priestor bez stopy, obmedzený len veľkosťou nádoby alebo miestnosti.
3. Všetky plyny sa ľahko navzájom miešajú a tieto zlúčeniny nemajú rozhranie.
4. Existujú ľahší a ťažší zástupcovia, takže pod vplyvom gravitácie a času je možné vidieť ich oddelenie.
5. Difúzia je jednou z najdôležitejších vlastností týchto zlúčenín. Schopnosť prenikať do iných látok a nasýtiť ich zvnútra, pričom v rámci svojej štruktúry vykonáva úplne neusporiadané pohyby.
6. Skutočné plyny nemôžu viesť elektrický prúd, ale ak hovoríme o riedených a ionizovaných látkach, potom sa vodivosť prudko zvyšuje.
7. Tepelná kapacita a tepelná vodivosť plynov je nízka a líši sa medzi rôznymi druhmi.
8. Viskozita sa zvyšuje so zvyšujúcim sa tlakom a teplotou.
9. Existujú dve možnosti medzifázového prechodu: odparovanie - kvapalina sa mení na paru, sublimácia - tuhá látka, ktorá obchádza kvapalinu, sa stáva plynnou.

Charakteristickým znakom pár zo skutočných plynov je to, že prvé sa za určitých podmienok môžu premeniť na kvapalnú alebo pevnú fázu, zatiaľ čo druhé nie. Malo by sa tiež poznamenať, že príslušné zlúčeniny sú schopné odolávať deformácii a sú tekuté.

Takéto vlastnosti plynných látok umožňujú ich široké využitie v rôznych oblastiach vedy a techniky, priemyslu a národného hospodárstva. Okrem toho sú špecifické vlastnosti pre každého zástupcu prísne individuálne. Uvažovali sme len o črtách spoločných pre všetky reálne štruktúry.

Stlačiteľnosť

Pri rôznych teplotách, ako aj pod vplyvom tlaku sa plyny môžu stláčať, čím sa zvyšuje ich koncentrácia a znižuje sa ich objem. Pri zvýšených teplotách sa rozťahujú, pri nízkych sťahujú.

K zmenám dochádza aj pod tlakom. Hustota plynných látok sa zvyšuje a po dosiahnutí kritického bodu, ktorý je pre každého zástupcu iný, môže dôjsť k prechodu do iného stavu agregácie.

Hlavní vedci, ktorí prispeli k rozvoju štúdia plynov

Takých ľudí je veľa, pretože štúdium plynov je pracovne náročný a historicky dlhý proces. Pristavme sa pri najznámejších osobnostiach, ktorým sa podarili najvýznamnejšie objavy.

1. objavil v roku 1811. Nezáleží na tom, aký druh plynov, hlavná vec je, že za rovnakých podmienok ich jeden objem obsahuje rovnaké množstvo z hľadiska počtu molekúl. Existuje vypočítaná hodnota pomenovaná podľa mena vedca. Rovná sa 6,03 * 10 23 molekúl na 1 mól akéhokoľvek plynu.
2. Fermi - vytvoril teóriu ideálneho kvantového plynu.
3. Gay-Lussac, Boyle-Marriott – mená vedcov, ktorí vytvorili základné kinetické rovnice pre výpočty.
4. Robert Boyle.
5. John Dalton.
6. Jacques Charles a mnohí ďalší vedci.

Štruktúra plynných látok

Najdôležitejšou vlastnosťou pri konštrukcii kryštálovej mriežky uvažovaných látok je, že jej uzly obsahujú buď atómy alebo molekuly, ktoré sú navzájom spojené slabými kovalentnými väzbami. Van der Waalsove sily sú tiež prítomné, pokiaľ ide o ióny, elektróny a iné kvantové systémy.

Preto sú hlavné typy štruktúry plynových mriežok:

• atómový;
• molekulárne.

Spoje vo vnútri sa ľahko lámu, preto tieto spoje nemajú stály tvar, ale vypĺňajú celý priestorový objem. To tiež vysvetľuje nedostatok elektrickej vodivosti a zlú tepelnú vodivosť. Plyny však majú dobrú tepelnú izoláciu, pretože vďaka difúzii sú schopné prenikať do pevných látok a zaberať v nich voľné klastrové priestory. Zároveň neprechádza vzduch, teplo sa zadržiava. To je základ pre kombinované využitie plynov a pevných látok na stavebné účely.

Jednoduché látky medzi plynmi

O tom, ktoré plyny patria do tejto kategórie z hľadiska štruktúry a štruktúry, sme už diskutovali vyššie. Sú to tie, ktoré pozostávajú z rovnakých atómov. Dá sa uviesť veľa príkladov, pretože významná časť nekovov z celej periodickej tabuľky za normálnych podmienok existuje práve v tomto stave agregácie. Napríklad:

• biely fosfor - jeden z tohto prvku;
• dusík;
• kyslík;
• fluór;
• chlór;
• hélium;
• neón;
• argón;
• kryptón;
• xenón.

Molekuly týchto plynov môžu byť buď monoatomické (ušľachtilé plyny) alebo polyatomické (ozón - O 3). Typ väzby je kovalentný nepolárny, vo väčšine prípadov je dosť slabý, ale nie vo všetkých. Kryštalická mriežka je molekulárneho typu, čo umožňuje týmto látkam ľahko sa pohybovať z jedného stavu agregácie do druhého. Napríklad jód má za normálnych podmienok tmavofialové kryštály s kovovým leskom. Po zahriatí však sublimujú do oblakov jasne fialového plynu - I 2.

Mimochodom, akákoľvek látka, vrátane kovov, môže za určitých podmienok existovať v plynnom stave.

Komplexné zlúčeniny plynnej povahy

Takýchto plynov je, samozrejme, väčšina. Rôzne kombinácie atómov v molekulách, spojené kovalentnými väzbami a van der Waalsovými interakciami, umožňujú vytvorenie stoviek rôznych predstaviteľov uvažovaného stavu agregácie.

Príkladmi komplexných látok medzi plynmi môžu byť všetky zlúčeniny pozostávajúce z dvoch alebo viacerých rôznych prvkov. To môže zahŕňať:

• propán;
• bután;
• acetylén;
• amoniak;
• silan;
• fosfín;
• metán;
• sírouhlík;
• oxid siričitý;
• hnedý plyn;
• freón;
• etylén a iné.

Kryštalická mriežka molekulárneho typu. Mnohé zo zástupcov sa ľahko rozpúšťajú vo vode a vytvárajú zodpovedajúce kyseliny. Väčšina týchto zlúčenín je dôležitou súčasťou chemických syntéz uskutočňovaných v priemysle.

Metán a jeho homológy

Niekedy sa všeobecný pojem „plyn“ vzťahuje na prírodný minerál, ktorý je celou zmesou plynných produktov prevažne organickej povahy. Obsahuje látky ako:

• metán;
• etán;
• propán;
• bután;
• etylén;
• acetylén;
• pentán a niektoré ďalšie.

V priemysle sú veľmi dôležité, pretože propán-butánová zmes je domácim plynom, s ktorým ľudia varia a ktorý sa využíva ako zdroj energie a tepla.

Mnohé z nich sa používajú na syntézu alkoholov, aldehydov, kyselín a iných organických látok. Ročná spotreba zemného plynu dosahuje bilióny metrov kubických, čo je celkom opodstatnené.

Kyslík a oxid uhličitý

Aké plynné látky možno označiť za najrozšírenejšie a známe aj prvákom? Odpoveď je zrejmá – kyslík a oxid uhličitý. Koniec koncov, sú priamymi účastníkmi výmeny plynu, ktorá sa vyskytuje u všetkých živých bytostí na planéte.

Je známe, že práve vďaka kyslíku je možný život, keďže bez neho môžu existovať len niektoré druhy anaeróbnych baktérií. A oxid uhličitý je nevyhnutným „potravinovým“ produktom pre všetky rastliny, ktoré ho absorbujú, aby mohli uskutočniť proces fotosyntézy.

Z chemického hľadiska sú kyslík aj oxid uhličitý dôležitými látkami na uskutočňovanie syntéz zlúčenín. Prvým je silné oxidačné činidlo, druhým je častejšie redukčné činidlo.

Halogény

Ide o skupinu zlúčenín, v ktorých sú atómy častice plynnej látky, ktoré sú navzájom spojené v pároch prostredníctvom kovalentnej nepolárnej väzby. Nie všetky halogény sú však plyny. Bróm je za bežných podmienok kvapalina a jód je ľahko sublimovaná pevná látka. Fluór a chlór sú toxické látky, ktoré sú nebezpečné pre zdravie živých bytostí, sú silnými oxidačnými činidlami a sú veľmi široko používané v syntézach.

jednofázové systémy pozostávajúce z dvoch alebo viacerých komponentov. Podľa ich stavu agregácie môžu byť roztoky pevné, kvapalné alebo plynné. Vzduch je teda plynný roztok, homogénna zmes plynov; vodka- kvapalný roztok, zmes viacerých látok tvoriacich jednu kvapalnú fázu; morská voda- kvapalný roztok, zmes pevných (soľ) a kvapalných (voda) látok tvoriacich jednu kvapalnú fázu; mosadz- tuhý roztok, zmes dvoch pevných látok (meď a zinok) tvoriacich jednu pevnú fázu. Zmes benzínu a vody nie je riešením, pretože tieto kvapaliny sa v sebe nerozpúšťajú a zostávajú ako dve kvapalné fázy s rozhraním. Komponenty roztokov si zachovávajú svoje jedinečné vlastnosti a nevstupujú medzi sebou do chemických reakcií za vzniku nových zlúčenín. Keď sa teda zmiešajú dva objemy vodíka s jedným objemom kyslíka, získa sa plynný roztok. Ak sa táto zmes plynov zapáli, vytvorí sa nová látka- voda, ktorá sama o sebe nie je riešením. Zložka prítomná v roztoku vo väčších množstvách sa zvyčajne nazýva rozpúšťadlo, zvyšné zložky- rozpustené látky.

Niekedy je však ťažké určiť hranicu medzi fyzikálnym miešaním látok a ich chemickou interakciou. Napríklad pri zmiešaní plynného chlorovodíka HCl s vodou

H2O Vznikajú H ióny 3 O+ a Cl - . Priťahujú susedné molekuly vody k sebe a vytvárajú hydráty. Východiskové zložky sú teda HCl a H 2 O - po zmiešaní podliehajú významným zmenám. Ionizácia a hydratácia (vo všeobecnom prípade solvatácia) sa však považujú za fyzikálne procesy, ktoré sa vyskytujú pri tvorbe roztokov.

Jedným z najdôležitejších typov zmesí, ktoré predstavujú homogénnu fázu, sú koloidné roztoky: gély, sóly, emulzie a aerosóly. Veľkosť častíc v koloidných roztokoch je 1-1000 nm, v pravých roztokoch

~ 0,1 nm (rádovo podľa veľkosti molekuly).Základné pojmy. Dve látky, ktoré sa navzájom rozpúšťajú v ľubovoľnom pomere za vzniku skutočných roztokov, sa nazývajú úplne vzájomne rozpustné. Takýmito látkami sú všetky plyny, mnohé kvapaliny (napríklad etylalkohol- voda, glycerín - voda, benzén - benzín), niektoré pevné látky (napríklad striebro - zlato). Aby ste získali tuhé roztoky, musíte najskôr roztaviť východiskové látky, potom ich zmiešať a nechať stuhnúť. Keď sú úplne vzájomne rozpustné, vytvorí sa jedna tuhá fáza; ak je rozpustnosť čiastočná, potom sa vo výslednej pevnej látke zachovajú malé kryštály jednej z pôvodných zložiek.

Ak dve zložky tvoria jednu fázu, keď sa zmiešajú len v určitých pomeroch, a v iných prípadoch sa objavia dve fázy, potom sa nazývajú čiastočne vzájomne rozpustné. Sú to napríklad voda a benzén: pravé roztoky sa z nich získajú len pridaním malého množstva vody do veľkého objemu benzénu alebo malého množstva benzénu do veľkého objemu vody. Ak zmiešate rovnaké množstvo vody a benzénu, vytvorí sa dvojfázový kvapalný systém. Jeho spodná vrstva je voda s malým množstvom benzénu a horná

- benzén s malým množstvom vody. Sú známe aj látky, ktoré sa v sebe vôbec nerozpúšťajú, napríklad voda a ortuť. Ak sú dve látky vzájomne rozpustné len čiastočne, potom pri danej teplote a tlaku existuje limit množstva jednej látky, ktorá môže za rovnovážnych podmienok vytvoriť skutočný roztok s druhou. Roztok s maximálnou koncentráciou rozpustenej látky sa nazýva nasýtený. Môžete si pripraviť aj takzvaný presýtený roztok, v ktorom je koncentrácia rozpustenej látky ešte väčšia ako v nasýtenom. Presýtené roztoky sú však nestabilné a pri najmenšej zmene podmienok, napríklad pri miešaní, vniknutí prachových častíc alebo pridaní kryštálov rozpustenej látky, sa nadbytok rozpustenej látky vyzráža.

Akákoľvek kvapalina začne vrieť pri teplote, pri ktorej tlak nasýtených pár dosiahne vonkajší tlak. Napríklad voda pod tlakom 101,3 kPa vrie pri 100

° C pretože pri tejto teplote je tlak vodnej pary presne 101,3 kPa. Ak vo vode rozpustíte nejakú neprchavú látku, zníži sa tlak jej pár. Ak chcete dosiahnuť tlak pary výsledného roztoku na 101,3 kPa, musíte roztok zahriať nad 100° C. Z toho vyplýva, že teplota varu roztoku je vždy vyššia ako teplota varu čistého rozpúšťadla. Pokles bodu tuhnutia roztokov sa vysvetľuje podobným spôsobom.Raoultov zákon. V roku 1887 francúzsky fyzik F. Raoult, ktorý študoval roztoky rôznych neprchavých kvapalín a pevných látok, vytvoril zákon týkajúci sa poklesu tlaku pár nad zriedenými roztokmi neelektrolytov s koncentráciou: relatívny pokles tlaku nasýtených pár rozpúšťadlo nad roztokom sa rovná molárnemu zlomku rozpustenej látky. Raoultov zákon hovorí, že zvýšenie teploty varu alebo zníženie teploty tuhnutia zriedeného roztoku v porovnaní s čistým rozpúšťadlom je úmerné molárnej koncentrácii (alebo molárnej frakcii) rozpustenej látky a možno ho použiť na určenie jej molekulovej hmotnosti.

Riešenie, ktorého správanie sa riadi Raoultovým zákonom, sa nazýva ideálne. Ideálu sú najbližšie roztoky nepolárnych plynov a kvapalín (ktorých molekuly nemenia orientáciu v elektrickom poli). V tomto prípade je rozpúšťacie teplo nulové a vlastnosti roztokov možno priamo predpovedať na základe poznania vlastností pôvodných zložiek a pomerov, v ktorých sú zmiešané. V prípade skutočných riešení nie je možné takúto predpoveď urobiť. Keď sa tvoria skutočné roztoky, teplo sa zvyčajne uvoľňuje alebo absorbuje. Procesy s uvoľňovaním tepla sa nazývajú exotermické a procesy s absorpciou sa nazývajú endotermické.

Tie charakteristiky roztoku, ktoré závisia hlavne od jeho koncentrácie (počet molekúl rozpustenej látky na jednotku objemu alebo hmotnosti rozpúšťadla), a nie od povahy rozpustenej látky, sa nazývajú

koligatívne . Napríklad bod varu čistej vody pri normálnom atmosférickom tlaku je 100° C, a bod varu roztoku obsahujúceho 1 mol rozpustenej (nedisociujúcej) látky v 1000 g vody je už 100,52° C bez ohľadu na povahu tejto látky. Ak látka disociuje a vytvára ióny, potom sa teplota varu zvyšuje úmerne k zvýšeniu celkového počtu častíc rozpustenej látky, čo v dôsledku disociácie presahuje počet molekúl látky pridanej do roztoku. Ďalšie dôležité koligatívne veličiny sú bod tuhnutia roztoku, osmotický tlak a parciálny tlak pár rozpúšťadla.Koncentrácia roztoku je množstvo, ktoré odráža pomery medzi rozpustenou látkou a rozpúšťadlom. Kvalitatívne pojmy ako „riedený“ a „koncentrovaný“ len naznačujú, že roztok obsahuje málo alebo veľa rozpustenej látky. Na kvantifikáciu koncentrácie roztokov sa často používajú percentá (hmotnosť alebo objem) a vo vedeckej literatúre počet mólov alebo chemických ekvivalentov (cm . EKVIVALENTNÁ HMOTNOSŤ)rozpustenej látky na jednotku hmotnosti alebo objemu rozpúšťadla alebo roztoku. Aby sa predišlo zámene, jednotky koncentrácie by mali byť vždy špecifikované presne. Zvážte nasledujúci príklad. Roztok pozostávajúci z 90 g vody (jeho objem je 90 ml, keďže hustota vody je 1 g/ml) a 10 g etylalkoholu (jeho objem je 12,6 ml, keďže hustota alkoholu je 0,794 g/ml) má hmotnosť 100 g, ale objem tohto roztoku je 101,6 ml (a rovnal by sa 102,6 ml, ak by sa pri zmiešaní vody a alkoholu ich objemy jednoducho sčítali). Percentuálnu koncentráciu roztoku možno vypočítať rôznymi spôsobmi: alebo

alebo

Jednotky koncentrácie používané vo vedeckej literatúre sú založené na pojmoch ako mol a ekvivalent, pretože všetky chemické výpočty a rovnice chemických reakcií musia byť založené na skutočnosti, že látky navzájom reagujú v určitých pomeroch. Napríklad 1 ekv. NaCl rovný 58,5 g reaguje s 1 ekv. AgNO 3 170 g Je zrejmé, že roztoky obsahujúce 1 ekv. Tieto látky majú úplne iné percentuálne koncentrácie.Molarita (M alebo mol/l) - počet mólov rozpustených látok obsiahnutých v 1 litri roztoku.Molalita (m) - počet mólov rozpustenej látky obsiahnutých v 1000 g rozpúšťadla.Normálnosť (n.) - počet chemických ekvivalentov rozpustenej látky obsiahnutých v 1 litri roztoku.Molový zlomok (bezrozmerná hodnota) - počet mólov danej zložky vydelený celkovým počtom mólov rozpustenej látky a rozpúšťadla. (Molové percentá - molárny zlomok vynásobený 100.)

Najbežnejšou jednotkou je molarita, no pri jej výpočte je potrebné zvážiť niekoľko nejasností. Napríklad, aby sa získal 1 M roztok danej látky, jej presná odvážená časť rovnajúca sa mol sa rozpustí v známom malom množstve vody. hmotnosť v gramoch a objem roztoku sa upraví na 1 liter. Množstvo vody potrebné na prípravu tohto roztoku sa môže mierne líšiť v závislosti od teploty a tlaku. Preto dva jednomolárne roztoky pripravené za rôznych podmienok v skutočnosti nemajú presne rovnaké koncentrácie. Molalita sa vypočíta na základe určitej hmotnosti rozpúšťadla (1000 g), ktorá nezávisí od teploty a tlaku. V laboratórnej praxi je oveľa pohodlnejšie merať určité objemy kvapalín (na to existujú byrety, pipety a odmerné banky), ako ich vážiť, preto sa vo vedeckej literatúre koncentrácie často vyjadrujú v móloch a molalita je zvyčajne sa používa len na obzvlášť presné merania.

Normalita sa používa na zjednodušenie výpočtov. Ako sme už povedali, látky medzi sebou interagujú v množstvách zodpovedajúcich ich ekvivalentom. Keď pripravíme roztoky rôznych látok rovnakej normality a vezmeme rovnaké objemy, môžeme si byť istí, že obsahujú rovnaký počet ekvivalentov.

V prípadoch, keď je ťažké (alebo zbytočné) rozlíšiť medzi rozpúšťadlom a rozpustenou látkou, koncentrácia sa meria v molárnych zlomkoch. Molové frakcie, podobne ako molalita, nezávisia od teploty a tlaku.

Keď poznáme hustoty rozpustenej látky a roztoku, je možné previesť jednu koncentráciu na inú: molaritu na molalitu, molárny zlomok a naopak. Pre zriedené roztoky danej rozpustenej látky a rozpúšťadla sú tieto tri množstvá navzájom úmerné.

Rozpustnosť danej látky je jej schopnosť vytvárať roztoky s inými látkami. Kvantitatívne sa rozpustnosť plynu, kvapaliny alebo pevnej látky meria koncentráciou ich nasýteného roztoku pri danej teplote. Je to dôležitá vlastnosť látky, ktorá pomáha pochopiť jej povahu, ako aj ovplyvniť priebeh reakcií, na ktorých sa táto látka zúčastňuje.Plyny. Pri absencii chemickej interakcie sa plyny navzájom miešajú v akýchkoľvek pomeroch a v tomto prípade nemá zmysel hovoriť o nasýtení. Keď sa však plyn rozpustí v kvapaline, existuje určitá limitná koncentrácia v závislosti od tlaku a teploty. Rozpustnosť plynov v niektorých kvapalinách koreluje s ich schopnosťou skvapalniť. Najľahšie skvapalnené plyny, ako je NH 3, HCl, S02 , rozpustnejšie ako ťažko skvapalniteľné plyny, ako je O 2, H2 a on. Ak dôjde k chemickej interakcii medzi rozpúšťadlom a plynom (napríklad medzi vodou a NH 3 alebo HCl) sa zvyšuje rozpustnosť. Rozpustnosť daného plynu sa mení podľa povahy rozpúšťadla, ale poradie, v ktorom sú plyny usporiadané podľa zvyšujúcej sa rozpustnosti, zostáva pre rôzne rozpúšťadlá približne rovnaké.

Proces rozpúšťania sa riadi Le Chatelierovým princípom (1884): ak je systém v rovnováhe vystavený akýmkoľvek vplyvom, potom v dôsledku procesov, ktoré sa v ňom vyskytujú, sa rovnováha posunie takým smerom, že účinok sa zníži. Rozpúšťanie plynov v kvapalinách je zvyčajne sprevádzané uvoľňovaním tepla. Zároveň v súlade s Le Chatelierovým princípom klesá rozpustnosť plynov. Tento pokles je tým výraznejší, čím vyššia je rozpustnosť plynov: také plyny majú

väčšie teplo roztoku. „Mäkká“ chuť prevarenej alebo destilovanej vody sa vysvetľuje neprítomnosťou vzduchu v nej, pretože jej rozpustnosť pri vysokých teplotách je veľmi nízka.

So zvyšujúcim sa tlakom sa zvyšuje rozpustnosť plynov. Podľa Henryho zákona (1803) je hmotnosť plynu, ktorý sa môže rozpustiť v danom objeme kvapaliny pri konštantnej teplote, úmerná jeho tlaku. Táto vlastnosť sa využíva na výrobu sýtených nápojov. Oxid uhličitý sa rozpustí v kvapaline pri tlaku 3-4 atm; za týchto podmienok sa môže v danom objeme rozpustiť 3-4 krát viac plynu (hmotnostne) ako pri 1 atm. Keď sa nádoba s takouto kvapalinou otvorí, tlak v nej klesne a časť rozpusteného plynu sa uvoľní vo forme bublín. Podobný účinok sa pozoruje pri otvorení fľaše šampanského alebo pri dosiahnutí hladiny podzemnej vody nasýtenej oxidom uhličitým vo veľkých hĺbkach.

Pri rozpustení zmesi plynov v jednej kvapaline zostáva rozpustnosť každého z nich rovnaká ako v neprítomnosti iných zložiek pri rovnakom tlaku ako v prípade zmesi (Daltonov zákon).

Kvapaliny. Vzájomná rozpustnosť dvoch kvapalín je určená tým, ako podobná je štruktúra ich molekúl („podobné sa rozpúšťa v podobnom“). Nepolárne kvapaliny, ako sú uhľovodíky, sa vyznačujú slabými medzimolekulovými interakciami, takže molekuly jednej kvapaliny ľahko prenikajú medzi molekuly druhej, t.j. tekutiny sa dobre premiešajú. Naproti tomu polárne a nepolárne kvapaliny, ako je voda a uhľovodíky, sa navzájom dobre nemiešajú. Každá molekula vody musí najskôr uniknúť z prostredia iných podobných molekúl, ktoré ju k sebe silne priťahujú, a preniknúť medzi molekuly uhľovodíkov, ktoré ju priťahujú slabo. Naopak, molekuly uhľovodíkov, aby sa rozpustili vo vode, sa musia vtlačiť medzi molekuly vody a prekonať ich silnú vzájomnú príťažlivosť, čo si vyžaduje energiu. So stúpajúcou teplotou sa zvyšuje kinetická energia molekúl, oslabujú sa medzimolekulové interakcie a zvyšuje sa rozpustnosť vody a uhľovodíkov. Pri výraznom zvýšení teploty možno dosiahnuť ich úplnú vzájomnú rozpustnosť. Táto teplota sa nazýva horná kritická teplota roztoku (UCST).

V niektorých prípadoch sa vzájomná rozpustnosť dvoch čiastočne miešateľných kvapalín zvyšuje s klesajúcou teplotou. Tento efekt nastáva, keď sa počas miešania vytvára teplo, zvyčajne ako výsledok chemickej reakcie. Pri výraznom poklese teploty, ale nie pod bod mrazu, je možné dosiahnuť nižšiu kritickú teplotu roztoku (LCST). Dá sa predpokladať, že všetky systémy, ktoré majú LCTE, majú aj HCTE (opačne to nie je nutné). Vo väčšine prípadov však jedna zo zmiešavacích kvapalín vrie pri teplote pod HTST. Systém nikotín-voda má LCTR 61

° C a VCTR je 208° C. V rozmedzí 61-208° C, tieto kvapaliny majú obmedzenú rozpustnosť a mimo tohto rozsahu majú úplnú vzájomnú rozpustnosť.Pevné látky. Všetky pevné látky vykazujú obmedzenú rozpustnosť v kvapalinách. Ich nasýtené roztoky majú pri danej teplote určité zloženie, ktoré závisí od povahy rozpustenej látky a rozpúšťadla. Rozpustnosť chloridu sodného vo vode je teda niekoľko miliónovkrát vyššia ako rozpustnosť naftalénu vo vode a keď sa rozpustia v benzéne, pozorujeme opačný obraz. Tento príklad ilustruje všeobecné pravidlo, že tuhá látka sa ľahko rozpustí v kvapaline s podobnými chemickými a fyzikálnymi vlastnosťami, ale nerozpustí sa v kvapaline s opačnými vlastnosťami.

Soli sú zvyčajne ľahko rozpustné vo vode a menej v iných polárnych rozpúšťadlách, ako je alkohol a kvapalný amoniak. Rozpustnosť solí sa však tiež výrazne líši: napríklad dusičnan amónny je vo vode miliónkrát rozpustnejší ako chlorid strieborný.

Rozpúšťanie pevných látok v kvapalinách je zvyčajne sprevádzané absorpciou tepla a podľa Le Chatelierovho princípu by sa ich rozpustnosť mala zvyšovať zahrievaním. Tento efekt možno využiť na čistenie látok rekryštalizáciou. Na tento účel sa rozpúšťajú pri vysokej teplote, kým sa nezíska nasýtený roztok, potom sa roztok ochladí a po vyzrážaní rozpustenej látky sa prefiltruje. Existujú látky (napríklad hydroxid vápenatý, síran a octan), ktorých rozpustnosť vo vode s rastúcou teplotou klesá.

Pevné látky, podobne ako kvapaliny, sa môžu tiež úplne rozpustiť v sebe a vytvoriť homogénnu zmes - skutočný tuhý roztok, podobný kvapalnému roztoku. Čiastočne rozpustné látky navzájom tvoria dva rovnovážne konjugované tuhé roztoky, ktorých zloženie sa mení s teplotou.

Distribučný koeficient. Ak sa roztok látky pridá do rovnovážneho systému dvoch nemiešateľných alebo čiastočne miešateľných kvapalín, potom sa rozdelí medzi kvapaliny v určitom pomere, nezávisle od celkového množstva látky, pri absencii chemických interakcií v systéme. . Toto pravidlo sa nazýva distribučný zákon a pomer koncentrácií rozpustenej látky v kvapalinách sa nazýva distribučný koeficient. Rozdeľovací koeficient sa približne rovná pomeru rozpustností danej látky v dvoch kvapalinách, t.j. látka je rozdelená medzi kvapaliny podľa svojej rozpustnosti. Táto vlastnosť sa používa na extrakciu danej látky z jej roztoku v jednom rozpúšťadle pomocou iného rozpúšťadla. Ďalším príkladom jeho použitia je proces získavania striebra z rúd, v ktorom je často zahrnuté spolu s olovom. K tomu sa do roztavenej rudy pridáva zinok, ktorý sa nemieša s olovom. Striebro sa distribuuje medzi roztavené olovo a zinok, hlavne v hornej vrstve zinku. Táto vrstva sa zhromaždí a striebro sa oddelí destiláciou zinku.Produkt rozpustnosti (ATĎ ). Medzi nadbytkom (precipitáciou) tuhej hmoty M X B r a jeho nasýtený roztok vytvára dynamickú rovnováhu opísanú rovnicouRovnovážna konštanta tejto reakcie jea nazýva sa produktom rozpustnosti. Je konštantná pri danej teplote a tlaku a je to hodnota, na základe ktorej sa vypočítava a mení rozpustnosť zrazeniny. Ak sa do roztoku pridá zlúčenina, ktorá sa disociuje na ióny s rovnakým názvom ako ióny slabo rozpustnej soli, potom v súlade s výrazom pre PR rozpustnosť soli klesá. Pri pridávaní zlúčeniny, ktorá reaguje s jedným z iónov, sa naopak zvýši.O niektorých vlastnostiach roztokov iónových zlúčenín pozri tiež ELEKTROLYTY. LITERATÚRAŠachparonov M.I. Úvod do molekulárnej teórie roztokov . M., 1956
Remy I. Kurz anorganickej chémie , zv. 1-2. M., 1963, 1966