Химията е интересна и доста сложна наука. Неговите термини и понятия ни срещаме в ежедневието и не винаги е интуитивно ясно какво означават и какво е тяхното значение. Едно от тези понятия е разтворимост. Този термин е широко използван в теорията на решенията и в ежедневието се срещаме с неговото използване, защото сме заобиколени от същите тези решения. Но не е толкова важно самото използване на това понятие, а физическите явления, които то обозначава. Но преди да преминем към основната част от нашата история, нека да преминем бързо напред към деветнадесети век, когато Сванте Арениус и Вилхелм Оствалд формулират теорията за електролитната дисоциация.
История
Изучаването на разтворите и разтворимостта започва с физическата теория на дисоциацията. Той е най-лесният за разбиране, но твърде примитивен и съвпада с реалността само в някои моменти. Същността на тази теория е, че разтвореното вещество, попадайки в разтвора, се разлага на заредени частици, наречени йони. Именно тези частици определят химичните свойства на разтвора и някои от неговите физични характеристики, включително проводимост и точка на кипене, точка на топене и точка на кристализация.
Но има ощесложни теории, които разглеждат решението като система, в която частиците взаимодействат помежду си и образуват така наречените солвати – йони, заобиколени от диполи. Като цяло диполът е неутрална молекула, чиито полюси са противоположно заредени. Диполът най-често е молекула на разтворител. Попадайки в разтвора, разтвореното вещество се разпада на йони и диполите се привличат към един йон от противоположно заредения край спрямо тях, а към други йони от другия противоположно зареден край, съответно. Така се получават солвати - молекули с обвивка от други неутрални молекули.
Сега нека поговорим малко за същността на самите теории и да ги разгледаме по-отблизо.
Теории на решения
Образуването на такива частици може да обясни много явления, които не могат да бъдат описани с помощта на класическата теория на решенията. Например термичният ефект на реакцията на разтваряне. От гледна точка на теорията на Арениус е трудно да се каже защо, когато едно вещество се разтвори в друго, топлината може да се абсорбира и отделя. Да, кристалната решетка се разрушава и следователно енергията или се изразходва и разтворът се охлажда, или се освобождава по време на разпад поради излишната енергия на химическите връзки. Но се оказва невъзможно да се обясни това от гледна точка на класическата теория, тъй като самият механизъм на унищожаване остава неразбираем. И ако приложим химичната теория на разтворите, става ясно, че молекулите на разтворителя, заклещени в празнините на решетката, я разрушават отвътре, сякаш "ограждат"йони един от друг чрез солватационна обвивка.
В следващия раздел ще разгледаме какво е разтворимост и всичко, свързано с това на пръв поглед просто и интуитивно количество.
Концепцията за разтворимост
Чисто интуитивно е, че разтворимостта показва колко добре се разтваря дадено вещество в даден конкретен разтворител. Обикновено обаче знаем много малко за естеството на разтварянето на веществата. Защо, например, тебеширът не се разтваря във вода, а готварската сол - обратно? Всичко е свързано със силата на връзките в молекулата. Ако връзките са силни, тогава поради това тези частици не могат да се дисоциират на йони, като по този начин разрушават кристала. Следователно той остава неразтворим.
Разтворимостта е количествена характеристика, показваща каква част от разтвореното вещество е под формата на солватирани частици. Стойността му зависи от естеството на разтвореното вещество и разтворителя. Разтворимостта във вода за различните вещества е различна, в зависимост от връзките между атомите в молекулата. Веществата с ковалентни връзки имат най-ниска разтворимост, докато тези с йонни връзки имат най-висока.
Но не винаги е възможно да се разбере коя разтворимост е голяма и коя е малка. Затова в следващия раздел ще обсъдим каква е разтворимостта на различни вещества във вода.
Сравнение
В природата има много течни разтворители. Има още повече алтернативни вещества, които могат да служат като последни при достигане на определени условия, например определениагрегатно състояние. Става ясно, че ако съберете данни за разтворимостта един в друг на всяка двойка "разтворено вещество - разтворител", това няма да е достатъчно за цяла вечност, защото комбинациите са огромни. Затова се случи така, че на нашата планета водата е универсалният разтворител и стандарт. Те направиха това, защото това е най-разпространеното на Земята.
По този начин беше съставена таблица за разтворимост във вода за много стотици и хиляди вещества. Всички сме го виждали, но в по-кратък и разбираем вариант. Клетките на таблицата съдържат букви, обозначаващи разтворимо вещество, неразтворимо или слабо разтворимо. Но има по-високоспециализирани таблици за тези, които са сериозно запознати с химията. Показва точната числова стойност на разтворимостта в грамове на литър разтвор.
Сега нека се обърнем към теорията за такова нещо като разтворимост.
Химия на разтворимост
Как протича самият процес на разтваряне, ние вече анализирахме в предишните раздели. Но как, например, да запишем всичко това като реакция? Тук всичко не е толкова просто. Например, когато киселина се разтвори, водороден йон реагира с вода, за да образува хидрониев йон H3O+. По този начин, за HCl, уравнението на реакцията ще изглежда така:
HCl + H2O =H3O+ + Cl-
Разтворимостта на солите, в зависимост от тяхната структура, също се определя от химичната им реакция. Видът на последния зависи от структурата на солта ивръзки в неговите молекули.
Разбрахме как да запишем графично разтворимостта на солите във вода. Сега е време за практическо приложение.
Заявление
Ако изброите случаите, когато тази стойност е необходима, дори век не е достатъчен. Непряко, използвайки го, можете да изчислите други количества, които са много важни за изследването на всяко решение. Без него не бихме могли да знаем точната концентрация на веществото, неговата активност, не бихме могли да преценим дали лекарството ще излекува човек или ще убие (в края на краищата дори водата е животозастрашаваща в големи количества).
В допълнение към химическата индустрия и научните цели, разбирането на същността на разтворимостта е необходимо и в ежедневието. Наистина, понякога се изисква да се приготви, да речем, пренаситен разтвор на вещество. Например, това е необходимо за получаване на кристали от сол за домашната работа на детето. Познавайки разтворимостта на солта във вода, можем лесно да определим колко трябва да се изсипе в съд, за да започне да се утаява и да образува кристали от излишък.
Преди да завършим нашия кратък екскурзия в химията, нека поговорим за няколко понятия, свързани с разтворимостта.
Какво друго е интересно?
Според нас, ако сте стигнали до този раздел, вероятно вече сте разбрали, че разтворимостта не е просто странна химическа величина. Това е основа за други количества. И сред тях: концентрация, активност, константа на дисоциация, pH. И това не е пълен списък. Сигурно сте чували поне единот тези думи. Без това знание за природата на разтворите, чието изучаване е започнало с разтворимост, вече не можем да си представим съвременната химия и физика. Каква е физиката тук? Понякога физиците също се занимават с решения, измерват тяхната проводимост и използват другите им свойства за собствените си нужди.
Заключение
В тази статия се запознахме с такова химическо понятие като разтворимост. Това вероятно беше доста полезна информация, тъй като повечето от нас едва ли разбират дълбоката същност на теорията на решенията, без да имат желание да се потопят в нейното изучаване в детайли. Във всеки случай е много полезно да тренирате мозъка си, като научите нещо ново. В крайна сметка, човек трябва да „учи, учи и учи отново“през целия си живот.
