Chemie is een interessante en vrij complexe wetenschap. De termen en concepten ervan komen in het dagelijks leven op ons over en het is niet altijd intuïtief duidelijk wat ze betekenen en wat hun betekenis is. Een van deze concepten is oplosbaarheid. Deze term wordt veel gebruikt in de theorie van oplossingen, en in het dagelijks leven komen we het gebruik ervan tegen omdat we omringd zijn door dezelfde oplossingen. Maar het is niet zozeer het gebruik van dit concept dat belangrijk is, maar de fysieke verschijnselen die het aanduidt. Maar laten we, voordat we verder gaan met het belangrijkste deel van ons verhaal, snel vooruitspoelen naar de negentiende eeuw, toen Svante Arrhenius en Wilhelm Ostwald de theorie van elektrolytische dissociatie formuleerden.
Geschiedenis
De studie van oplossingen en oplosbaarheid begint met de fysische theorie van dissociatie. Het is het gemakkelijkst te begrijpen, maar te primitief en v alt slechts op enkele ogenblikken samen met de werkelijkheid. De essentie van deze theorie is dat de opgeloste stof, die in de oplossing komt, uiteenv alt in geladen deeltjes die ionen worden genoemd. Het zijn deze deeltjes die de chemische eigenschappen van de oplossing en enkele van zijn fysieke kenmerken bepalen, waaronder geleidbaarheid en kookpunt, smeltpunt en kristallisatiepunt.
Maar er zijn meercomplexe theorieën die een oplossing beschouwen als een systeem waarin de deeltjes met elkaar interageren en de zogenaamde solvaten vormen - omringd door dipolen. Een dipool is over het algemeen een neutraal molecuul waarvan de polen tegengesteld geladen zijn. De dipool is meestal een oplosmiddelmolecuul. Als de opgeloste stof in de oplossing komt, ontleedt het in ionen, en de dipolen worden respectievelijk aangetrokken door het tegengesteld geladen uiteinde en naar andere ionen door het andere tegengestelde geladen uiteinde. Zo worden solvaten verkregen - moleculen met een schil van andere neutrale moleculen.
Laten we het nu eens hebben over de essentie van de theorieën zelf en ze eens nader bekijken.
Oplossingstheorieën
De vorming van dergelijke deeltjes kan veel verschijnselen verklaren die niet kunnen worden beschreven met de klassieke oplossingstheorie. Bijvoorbeeld het thermische effect van de oplosreactie. Vanuit het standpunt van de Arrhenius-theorie is het moeilijk te zeggen waarom, wanneer de ene stof in de andere wordt opgelost, warmte kan worden opgenomen en afgegeven. Ja, het kristalrooster wordt vernietigd en daarom wordt energie verbruikt en de oplossing koelt af, of komt vrij tijdens het verval vanwege de overtollige energie van chemische bindingen. Maar het blijkt onmogelijk om dit vanuit het standpunt van de klassieke theorie te verklaren, aangezien het vernietigingsmechanisme zelf onbegrijpelijk blijft. En als we de chemische theorie van oplossingen toepassen, wordt het duidelijk dat oplosmiddelmoleculen, ingeklemd in de holtes van het rooster, het van binnenuit vernietigen, alsof ze "omsluiten"ionen van elkaar door een solvatatieschil.
In de volgende sectie zullen we kijken naar wat oplosbaarheid is en alles wat verband houdt met deze schijnbaar eenvoudige en intuïtieve hoeveelheid.
Het concept van oplosbaarheid
Het is puur intuïtief dat oplosbaarheid aangeeft hoe goed een stof oplost in een bepaald oplosmiddel. We weten echter meestal heel weinig over de aard van het oplossen van stoffen. Waarom lost bijvoorbeeld krijt niet op in water en keukenzout - omgekeerd? Het draait allemaal om de sterkte van de bindingen in het molecuul. Als de bindingen sterk zijn, kunnen deze deeltjes hierdoor niet dissociëren in ionen, waardoor het kristal wordt vernietigd. Daarom blijft het onoplosbaar.
Oplosbaarheid is een kwantitatief kenmerk dat aangeeft welk deel van een opgeloste stof in de vorm van gesolvateerde deeltjes is. De waarde ervan hangt af van de aard van de opgeloste stof en het oplosmiddel. De oplosbaarheid in water voor verschillende stoffen is verschillend, afhankelijk van de bindingen tussen atomen in het molecuul. Stoffen met covalente bindingen hebben de laagste oplosbaarheid, terwijl stoffen met ionische bindingen de hoogste oplosbaarheid hebben.
Maar het is niet altijd mogelijk om te begrijpen welke oplosbaarheid groot is en welke klein. Daarom zullen we in de volgende paragraaf bespreken wat de oplosbaarheid van verschillende stoffen in water is.
Vergelijking
Er zijn veel vloeibare oplosmiddelen in de natuur. Er zijn nog meer alternatieve stoffen die als laatste kunnen dienen wanneer aan bepaalde voorwaarden wordt voldaan, bijvoorbeeld een bepaaldegeaggregeerde staat. Het wordt duidelijk dat als je gegevens verzamelt over de oplosbaarheid in elkaar van elk paar "opgeloste stof - oplosmiddel", het niet genoeg zal zijn voor een eeuwigheid, omdat de combinaties enorm zijn. Daarom gebeurde het zo dat op onze planeet water het universele oplosmiddel en de standaard is. Ze deden dit omdat het de meest voorkomende is op aarde.
Zo werd een wateroplosbaarheidstabel opgesteld voor vele honderden en duizenden stoffen. We hebben het allemaal gezien, maar in een kortere en begrijpelijker versie. De cellen van de tabel bevatten letters die een oplosbare stof aanduiden, onoplosbaar of slecht oplosbaar. Maar er zijn meer zeer gespecialiseerde tabellen voor degenen die serieus thuis zijn in scheikunde. Het geeft de exacte numerieke waarde van de oplosbaarheid aan in gram per liter oplossing.
Laten we nu eens kijken naar de theorie van zoiets als oplosbaarheid.
Oplosbaarheid Chemie
Hoe het ontbindingsproces zelf plaatsvindt, hebben we in de vorige paragrafen al geanalyseerd. Maar hoe moet je dat bijvoorbeeld allemaal als reactie opschrijven? Alles is hier niet zo eenvoudig. Wanneer bijvoorbeeld een zuur wordt opgelost, reageert een waterstofion met water om een hydroniumion H3O+ te vormen. Dus voor HCl ziet de reactievergelijking er als volgt uit:
HCl + H2O =H3O+ + Cl-
De oplosbaarheid van zouten wordt, afhankelijk van hun structuur, ook bepaald door de chemische reactie ervan. Het type van de laatste hangt af van de structuur van het zout enbindingen binnen zijn moleculen.
We hebben ontdekt hoe we de oplosbaarheid van zouten in water grafisch kunnen vastleggen. Nu is het tijd voor praktische toepassing.
Toepassing
Als je de gevallen opsomt waarin deze waarde nodig is, is zelfs een eeuw niet genoeg. Indirect kunt u hiermee andere grootheden berekenen die erg belangrijk zijn voor de studie van een oplossing. Zonder dit zouden we niet in staat zijn de exacte concentratie van de stof, de activiteit ervan, te weten, we zouden niet kunnen beoordelen of het medicijn een persoon zal genezen of doden (zelfs water is immers levensbedreigend in grote hoeveelheden).
Naast de chemische industrie en wetenschappelijke doeleinden, is begrip van de essentie van oplosbaarheid ook noodzakelijk in het dagelijks leven. Soms is het inderdaad nodig om bijvoorbeeld een oververzadigde oplossing van een stof te bereiden. Dit is bijvoorbeeld nodig om zoutkristallen te verkrijgen voor het huiswerk van een kind. Als we de oplosbaarheid van zout in water kennen, kunnen we gemakkelijk bepalen hoeveel het in een vat moet worden gegoten, zodat het begint te precipiteren en uit een overmaat kristallen vormt.
Voordat we onze korte excursie naar chemie afronden, laten we het hebben over een paar concepten met betrekking tot oplosbaarheid.
Wat is er nog meer interessant?
Naar onze mening, als je dit gedeelte hebt bereikt, heb je waarschijnlijk al begrepen dat oplosbaarheid niet alleen een vreemde chemische grootheid is. Het is de basis voor andere hoeveelheden. En onder hen: concentratie, activiteit, dissociatieconstante, pH. En dit is geen volledige lijst. Je moet er minstens één hebben gehoorduit deze woorden. Zonder deze kennis over de aard van oplossingen, waarvan de studie begon met oplosbaarheid, kunnen we ons geen moderne scheikunde en natuurkunde meer voorstellen. Wat is hier de natuurkunde? Soms houden natuurkundigen zich ook bezig met oplossingen, meten ze hun geleidbaarheid en gebruiken ze hun andere eigenschappen voor hun eigen behoeften.
Conclusie
In dit artikel maakten we kennis met zo'n chemisch concept als oplosbaarheid. Dit was waarschijnlijk heel nuttige informatie, aangezien de meesten van ons de diepe essentie van de oplossingstheorie nauwelijks begrijpen zonder de wens te hebben om in detail in de studie ervan te duiken. Het is in ieder geval erg handig om je hersenen te trainen door iets nieuws te leren. Een mens moet immers zijn hele leven "studeren, studeren en nog eens studeren".
