Solvat (hidrat) çözünme teorisi. Çözüm teorileri Çözünme süreci fiziksel ve kimyasal çözelti teorisi
Ders 1.
“ÇÖZÜM” KAVRAMI. ÇÖZÜMLERİN KİMYASAL TEORİSİ"
Çözümler insan yaşamında ve pratik faaliyetlerde önemlidir. Solüsyonların tümü en önemli fizyolojik sıvılardır (kan, lenf vb.). Vücut karmaşık bir kimyasal sistemdir ve vücuttaki kimyasal reaksiyonların büyük çoğunluğu sulu çözeltilerde meydana gelir. Bu nedenle insan vücudunun %70'i sudan oluşur ve vücutta ciddi dehidrasyon hızla meydana gelir ve çok tehlikeli bir durumdur.
Soda veya nitrik asit üretimi, nadir metallerin izolasyonu ve saflaştırılması, kumaşların ağartılması ve boyanması gibi birçok teknolojik süreç çözeltiler halinde gerçekleşmektedir.
Birçok kimyasal reaksiyonun mekanizmasını anlamak için çözeltilerde meydana gelen süreçleri incelemek gerekir.
"Çözüm" kavramı. Çözüm türleri
Çözüm– katı, sıvı veya gaz halinde homojen sistem iki veya daha fazla bileşenden oluşan.
Homojen sistem tek aşamadan oluşur.
Faz- geçiş sırasında özelliklerin (yoğunluk, ısı iletkenliği, elektriksel iletkenlik, sertlik vb.) aniden değiştiği, sistemin diğer parçalarından bir arayüzle ayrılan bir kısmı. Faz katı, sıvı, gaz halinde olabilir.
En önemli çözelti türü sıvı çözeltilerdir ancak geniş anlamda çözeltiler aynı zamanda katı (alaşım pirinç: bakır, çinko; çelik: demir, karbon) ve gaz halindedir (hava: nitrojen, oksijen, karbondioksit ve çeşitli karışımlardan oluşan bir karışım). safsızlıklar).
Çözüm en az iki bileşen içerir; bunlardan biri çözücü, ve diğerleri - çözünmüş maddeler.
Çözücüçözümle aynı toplama durumunda olan bir çözümün bileşenidir. Bir çözeltide ağırlıkça her zaman diğer bileşenlere göre daha fazla çözücü bulunur. Çözünen madde çözeltide atom, molekül veya iyon halinde bulunur.
Çözümlerden farklıdırlar:
Süspansiyon bir sıvı (sudaki talk) içinde asılı duran küçük katı parçacıklardan oluşan bir sistemdir
Emülsiyon- bu, bir sıvının onu eritmeyen başka bir sıvıya ezildiği bir sistemdir (yani başka bir sıvıda bulunan küçük sıvı damlaları: örneğin su içinde benzin).
Aerosol– İçinde katı veya sıvı parçacıkların asılı olduğu gaz (sis: hava ve sıvı damlacıkları)
Süspansiyonlar, emülsiyonlar ve aerosoller birkaç fazdan oluşur, homojen değildir ve dağınık sistemler . Süspansiyonlar, emülsiyonlar ve aerosoller çözüm değildir!
Çözeltilerin kimyasal teorisi.
Çözücü, çözünen maddeyle kimyasal olarak reaksiyona girer.
Çözeltilerin kimyasal teorisi D.I. 19. yüzyılın sonunda Mendeleev. aşağıdaki deneysel gerçeklere dayanmaktadır:
1) Herhangi bir maddenin çözünmesine ısının emilmesi veya salınması eşlik eder. Yani çözünme ekzotermik veya endotermik bir reaksiyondur.
Ekzotermik süreç– ısının dış ortama salınmasıyla birlikte gerçekleşen bir süreç (Q>0).
Endotermik süreç– ısının dış ortamdan emilmesinin eşlik ettiği bir süreç (Q<0).
(örnek: CuSO4'ün çözünmesi ekzotermik bir işlemdir, NH4Cl endotermiktir). AçıklamaÇözücü moleküllerinin çözünen parçacıkları birbirinden uzaklaştırması için enerji harcanmalıdır (bu çözünme işleminin endotermik bileşenidir); çözünen maddenin parçacıkları çözücü molekülleri ile etkileşime girdiğinde enerji açığa çıkar (ekzotermik süreç). Sonuç olarak, çözünmenin termal etkisi daha güçlü olan bileşen tarafından belirlenir. ( Örnek: 1 mol madde suda çözündüğünde moleküllerini parçalamak 250 kJ aldı ve ortaya çıkan iyonlar çözücü moleküllerle etkileşime girdiğinde 450 kJ açığa çıktı. Çözünmenin net termal etkisi nedir? Cevap: 450-250=200 kJ, ekzotermik etki çünkü ekzotermik bileşen endotermik bileşenden daha büyüktür ).
2) Bir çözeltinin bileşenlerinin belirli bir hacimde karıştırılması hacimlerin toplamını vermez ( örnek: 50 ml etil alkol + 50 ml su karıştırıldığında 95 ml çözelti elde edilir)
Açıklama: Çözünen madde ve çözücü moleküllerinin etkileşimi (çekim, kimyasal bağlanma vb.) nedeniyle hacimden “tasarruf sağlanır”.
Dikkat! Ağırlık Çözelti, çözücünün ve çözünmüş maddelerin kütlelerinin toplamına kesinlikle eşittir.
3) Bazı renksiz maddeler çözündüğünde renkli çözeltiler oluşur. ( örnek: CuSO 4 – renksiz, mavi bir çözelti verir ).
Açıklama: Bazı renksiz tuzlar çözündüğünde renkli kristal hidratlar oluşur.
Sonuç: Çözünme, çözücü parçacıkları ve çözünen maddeler arasında etkileşimin (elektrostatik, donör-alıcı, hidrojen bağı oluşumu) meydana geldiği karmaşık bir fizikokimyasal süreçtir.
Bir çözücü ile bir çözünen arasındaki etkileşim sürecine denir çözüm. Bu etkileşimin ürünleri solvatlar. Sulu çözeltiler için kullanılan terimler şunlardır: sıvı alımı Ve hidratlar.
Bazen su buharlaştığında çözünmüş maddenin kristalleri, su moleküllerinin bir kısmını kristal kafeslerinde bırakır. Bu tür kristallere denir kristal hidratlar.Şu şekilde yazılırlar: CuSO 4 * 5H 2 O. Yani, her bir bakır sülfat CuSO 4 molekülü, 5 su molekülünü yakınında tutar ve bunları kristal kafesine entegre eder.
Çözeltilerin kimyasal veya solvat teorisi 1887'de D.I. tarafından önerildi. Bunu ortaya koyan Mendeleev gerçekÇözüm yalnızca bireysel bileşenleri değil aynı zamanda bunların etkileşiminin ürünlerini de içerir. D.I. tarafından gerçekleştirilen sulu sülfürik asit ve etil alkol çözeltileri üzerine çalışmalar. Mendeleev, teorinin temelini oluşturdu; bunun özü, çözünmüş bir maddenin parçacıkları ile çözücü moleküller arasında etkileşimlerin meydana gelmesi ve bunun sonucunda değişken bileşime sahip kararsız bileşiklerin oluşmasıdır. solvatlar veya hidratlar solvent su ise. Solvatların oluşumundaki ana rol, kırılgan moleküller arası kuvvetler, özellikle hidrojen bağları tarafından oynanır.
Bu bakımdan “çözüm” kavramının şu yorumu kabul edilmelidir:
Çözüm, iki veya daha fazla bileşenden ve bunların etkileşimlerinin ürünlerinden oluşan, değişken bileşimli homojen bir sistemdir.
Bu tanımdan, çözeltilerin kimyasal bileşikler ve karışımlar arasında bir ara pozisyonda olduğu anlaşılmaktadır. Bir yandan çözeltiler homojendir ve bu da onların kimyasal bileşik olarak değerlendirilmesine olanak sağlar. Öte yandan çözeltilerde bileşenler arasında kesin bir stokiyometrik oran yoktur. Ek olarak çözeltiler bileşen parçalarına bölünebilir (örneğin, bir NaCl çözeltisini buharlaştırırken tuz kendi formunda izole edilebilir).
Çözeltilerin konsantrasyonunu ifade etmenin temel yolları
Bir çözeltinin niceliksel bileşimi çoğunlukla şu kavram kullanılarak değerlendirilir: konsantrasyonlar bir çözeltinin (çözücü) birim kütlesi (hacim) başına çözünmüş bir maddenin (belirli birimler halinde) içeriği olarak anlaşılmaktadır. Çözeltilerin konsantrasyonunu ifade etmenin ana yolları şunlardır:
1. Maddenin kütle oranı (X) sistemde bulunan belirli bir x bileşeninin kütlesinin bu sistemin toplam kütlesine oranıdır:
Bir maddenin miktarının birimi moldür, yani 0,012 kg C12 izotopunda bulunan atom sayısı kadar gerçek veya geleneksel parçacık içeren madde miktarıdır. Bir maddenin miktar birimi olarak bir mol kullanırken, hangi parçacıkların kastedildiğini bilmeniz gerekir: moleküller, atomlar, elektronlar veya diğerleri. Molar kütle M(x), kütlenin madde miktarına (g/mol) oranıdır:
3. Eşdeğer C'nin molar konsantrasyonu (X) - bu, eşdeğer madde n(x) miktarının çözelti V çözeltisinin hacmine oranıdır:
|
|
Kimyasal eşdeğer, bir maddenin asit-baz veya iyon değişim reaksiyonlarında 1 hidrojen iyonunun yerini alabilen, ekleyebilen veya serbest bırakabilen gerçek veya hayali bir parçacığıdır.
Tıpkı bir molekül, atom veya iyon gibi eşdeğer de boyutsuzdur.
Mol eşdeğerlerinin kütlesine denir molar kütle eşdeğeri M(X). Miktar denir eşdeğerlik faktörü. Gerçek bir madde parçacığının ne kadarının eşdeğere karşılık geldiğini gösterir. Bir maddenin eşdeğerini doğru bir şekilde belirlemek için, bu maddenin katıldığı spesifik reaksiyondan yola çıkılmalıdır, örneğin H3P04'ün NaOH ile etkileşiminin reaksiyonunda, bir, iki veya üç proton değiştirilebilir:
1. H3P04 + NaOH = NaH2P04 + H20;
2. H3P04 + 2NaOH = Na2HP04 + 2H20;
3. H3P04 + 3NaOH Na3P04 + 3H20.
Eşdeğer tanımına uygun olarak 1. reaksiyonda bir proton değiştirilir, dolayısıyla eşdeğer maddenin molar kütlesi molar kütlesine eşittir, yani z = l ve 
. Bu durumda:
2. reaksiyonda iki proton değiştirilir, bu nedenle eşdeğerin molar kütlesi H3P04'ün molar kütlesinin yarısı olacaktır, yani. z = 2 ve 
. Burada:
3. reaksiyonda üç proton değiştirilir ve eşdeğerin molar kütlesi H3P04'ün molar kütlesinin üçte biri olacaktır, yani. z = 3, a 
. Sırasıyla:
Protonların doğrudan dahil olmadığı değişim reaksiyonlarında eşdeğerler, yardımcı reaksiyonların eklenmesiyle dolaylı olarak belirlenebilir; sonuçların analizi, tüm reaksiyonlar için z'nin şuna eşit olduğu kuralını türetmeye izin verir: toplam ücret Belirli bir kimyasal reaksiyona katılan bir maddenin molekülündeki iyonların değiştirilmesi.
1. AlCl3 + 3AgNO3 = Al(NO3)3 + 3AgCl.
AlCl 3 için +3 yüklü 1 Al 3+ iyonu değiştirilir, dolayısıyla z = 13 = 3 olur. Böylece:
Yükü -1 olan 3 klor iyonunun yer değiştirdiğini de söyleyebiliriz. O halde z = 31 = 3 ve 
AgNO 3 için z = 11 = 1 (+1 yüklü 1 Ag + iyon değiştirilir veya 1 yüklü 1 NO3 iyonu değiştirilir).
2. Al2 (S04)3 + 3BaCl2 = 3BaS04 + 2AlCl3.
Al 2 (SO 4) 3 için z = 23 = 6 (+3 yüklü 2 Al 3+ iyonu veya 2 yüklü 3 SO 4 2 iyonu değiştirilir). Buradan,
Yani C(H 2 SO 4) = 0,02 mol/l yazmak, 1 litresi 0,02 mol eşdeğer H 2 SO 4 içeren bir çözelti olduğu ve H 2 SO 4 eşdeğerinin molar kütlesinin molar olduğu anlamına gelir. H 2 SO 4 kütlesi, yani 1 litre çözelti içerir 
H2SO4.
Eşdeğerlik faktörü ile 
eşdeğerin molar konsantrasyonu çözeltinin molar konsantrasyonuna eşittir.
4. Titre T(X) maddenin kütlesinin çözeltinin hacmine oranıdır (ml cinsinden):
6. Mol kesri N(X) sistemde bulunan belirli bir bileşenin madde miktarının sistemdeki toplam madde miktarına oranıdır:
|
|
Bir birimin kesirleri veya % olarak ifade edilir .
7. Çözünürlük katsayısı maddeler R(X) 100 g çözücü içinde çözünebilen, g cinsinden ifade edilen bir maddenin maksimum kütlesidir.
Çözümler
Bileşenlerden birinin mutlaka bir çözücü olması, geri kalan bileşenlerin ise çözünen maddeler olması gerekir.
Çözücü, saf haliyle çözeltiyle aynı duruma sahip olan bir maddedir. Bu tür birkaç bileşen varsa, o zaman çözücü, çözeltideki içeriği daha büyük olandır.
Çözümler:
1. Sıvı (suda NaCl çözeltisi, alkolde I2 çözeltisi).
2. Gaz halinde (gaz karışımları, örneğin: hava – %21 O2 + %78 N2 + %1 diğer gazlar).
3. Sert (metal alaşımları, örneğin: Cu + N, Au + Ag).
En yaygın olanı sıvı çözeltilerdir. Bir çözücü (sıvı) ve çözünen maddelerden (gaz, sıvı, katı) oluşurlar.
| Sıvı çözümler | ||
Bu tür çözümler olabilir suda yaşayan ve suda olmayan.
su
Su dışı
Uzun bir süre çözünmenin doğası hakkında iki bakış açısı vardı: fiziksel ve kimyasal. Birincisine göre, çözeltiler mekanik karışımlar olarak, ikinciye göre ise çözünmüş bir madde ve bir çözücünün moleküllerinin kararsız kimyasal bileşikleri olarak kabul edildi. Son bakış açısı D.I. Mendeleev'in 1887'de geliştirdiği ve artık genel olarak kabul edilen bir teoridir.
ÇÖZELTİLERİN KİMYASAL TEORİSİNİN TEMEL HÜKÜMLERİ Mendeleev tarafından yaratılan şu şekilde özetlenebilir:
1. Bir çözeltinin oluşumu ve varlığı, hem önceden var olan hem de çözünme sırasında oluşan tüm parçacıklar arasındaki etkileşimlerden kaynaklanmaktadır.
2. Çözüm, kütle etkisi yasasına uygun olarak bozunan bileşiklerin bozunma ürünleriyle hareketli dengede olduğu dinamik bir sistemdir.
Bir madde çözündüğünde, "madde-çözücü" sisteminin enerjisindeki değişikliklerle ilişkili iki işlem meydana gelir:
1) çözünen maddenin yapısının tahrip edilmesi (bu, belirli bir miktarda enerji gerektirir) – endotermik bir reaksiyon.
2) çözücünün çözünmüş maddenin parçacıkları ile etkileşimi (ısı açığa çıkar) - reaksiyon ekzotermiktir.
Bu termal etkilerin oranına bağlı olarak bir maddenin çözünme süreci ekzotermik (∆H) olabilir.< O) или эндотермическим (∆H >Ö).
Çözeltinin ısısı ∆H, 1 mol madde çözündüğünde açığa çıkan veya emilen ısı miktarıdır.
Çözelti ısısı farklı maddeler için farklıdır. Böylece potasyum hidroksit veya sülfürik asit suda çözündüğünde sıcaklık önemli ölçüde artar (∆H< O), а при растворении нитратов калия или аммония резко снижается (∆H >Ö).
Çözünme sırasında ısının salınması veya emilmesi, kimyasal reaksiyonun işaretidir. Bir çözünenin bir çözücü ile etkileşimi sonucunda, adı verilen bileşikler oluşur. solvatlar (veya hidratlar, eğer solvent su ise). Bu tipteki bileşiklerin çoğu kırılgandır, ancak bazı durumlarda kristalleştirme yoluyla çözeltiden kolaylıkla izole edilebilen güçlü bileşikler oluşur.
Bu durumda su molekülleri içeren kristal maddeler düşer, bunlara denir. kristal hidratlar(örneğin: bakır sülfat CuS04 * 5 H20 – kristalin hidrat); Kristalin hidratların içerdiği suya kristalleşme suyu denir.
Hidrasyon (bir maddenin su ile birleşimi) fikri Rus bilim adamı I.A. tarafından ortaya atılmış ve geliştirilmiştir. Kablukov ve V.A. Kistyakovski. Bu fikirlere dayanarak çözümlere yönelik kimyasal ve fiziksel bakış açıları birleştirildi.
Böylece, çözünme çözümler– fiziksel ve kimyasal sistemler.
1. Çözümler– iki veya daha fazla bileşeni ve bunların etkileşimlerinin ürünlerini içeren değişken bileşimli homojen (homojen) sistemler.
2. Çözeltiler bir çözücü ve bir çözünen maddeden oluşur.
3. Çözümler şunlardır:
A) Sıvı (NaCl'nin sudaki çözeltisi, I2'nin alkoldeki çözeltisi).
B) Gaz halinde (gaz karışımları, örneğin: hava – %21 O2 + %78 N2 + %1 diğer gazlar).
B) Sert (metal alaşımları, örneğin: Cu + N, Au + Ag).
| Sıvı çözümler | ||
| sıvı + gaz halindeki madde (sudaki O2 çözeltisi) | sıvı + sıvı madde (suda H 2 SO 4 çözeltisi) | sıvı + katı (sudaki şeker çözeltisi) |
Bu tür çözümler olabilir suda yaşayan ve suda olmayan.
5.Su– çözücünün su olduğu çözeltiler.
6. Su dışı– çözücülerin başka sıvılar olduğu çözeltiler (benzen, alkol, eter vb.)
7. KİMYASAL ÇÖZÜM TEORİSİNİN TEMEL HÜKÜMLERİ:
1. Bir çözeltinin oluşumu ve varlığı, hem önceden var olan hem de çözünme sırasında oluşan tüm parçacıklar arasındaki etkileşimlerden kaynaklanmaktadır.
2. Çözüm, ayrışan bileşiklerin bozunma ürünleriyle hareketli dengede olduğu dinamik bir sistemdir. kitlesel eylem yasasına uygun olarak.
8. Bir madde çözündüğünde “madde – çözücü” sisteminin enerjisindeki değişikliklerle ilişkili iki süreç meydana gelir:
1. çözünen maddenin yapısının tahrip edilmesi (bu belirli miktarda enerji gerektirir) – endotermik bir reaksiyon.
2. Çözücünün çözünmüş maddenin parçacıkları ile etkileşimi (ısı açığa çıkar) - reaksiyon ekzotermiktir.
9. Çözünme sırasında ısının açığa çıkması veya emilmesi, kimyasal reaksiyonun işaretidir.
10. Bir çözünenin bir çözücü ile etkileşimi sonucunda, adı verilen bileşikler oluşur. solvatlar (veya hidratlar, eğer solvent su ise)
11. Su molekülleri içeren kristal maddelere denir. kristal hidratlar(örneğin: bakır sülfat CuS04 * 5 H20 – kristalin hidrat); Kristalin hidratların içerdiği suya kristalleşme suyu denir
12.Çözünme- bu sadece fiziksel değil aynı zamanda kimyasal bir süreçtir ve çözümler– fiziksel ve kimyasal sistemler.
Çözüm türleri (bilinir).
Çözünme geri dönüşümlü bir süreçtir:
Çözeltiye geçen parçacık sayısının ve çözeltiden çıkarılan parçacıkların baskınlık oranına bağlı olarak çözümler ayırt edilir. zengin, doymamış Ve aşırı doymuş.
Öte yandan, çözünen ve çözücünün bağıl miktarlarına bağlı olarak çözeltiler ikiye ayrılır: seyreltilmiş konsantre
Belirli bir maddenin belirli bir sıcaklıkta artık çözünmediği bir çözelti; bir çözeltinin çözünen maddeyle dengede olması denir zengin doymamış. İÇİNDE aşırı doymuş çözünürlük Ölçümçözünürlük veya katsayı Bir maddenin belirli bir sıcaklıkta çözünürlüğü, o maddenin 100 g suda çözünen gram sayısıdır.
Katılar, sudaki çözünürlüklerine göre geleneksel olarak 3 gruba ayrılır:
1. Suda yüksek oranda çözünen maddeler (100,0 suda 10 g madde. Örneğin 1 litre suda 200 g şeker çözünür).
2. Suda az çözünen maddeler (100 g su içinde 0,01 ila 10 g madde. Örneğin: alçı CaS04, 1 litrede 2,0'ı çözer).
3. Suda pratik olarak çözünmeyen maddeler (100,0 suda 0,01 g. Örneğin, AgCl - 1,5 * 10-3 g, 1 litre suda çözünür).
Bir maddenin çözünürlüğü, çözücünün doğasına, çözünen maddenin doğasına, sıcaklığa, basınca (gazlar için) bağlıdır.
Gazların çözünürlüğü sıcaklık arttıkça azalır, basınç arttıkça artar.
Katıların çözünürlüğünün sıcaklığa bağımlılığı çözünürlük eğrisi ile gösterilir.
Birçok katının çözünürlüğü sıcaklık arttıkça artar.
Çözünürlük eğrilerinden şunları belirleyebilirsiniz:
1. Maddelerin farklı sıcaklıklarda çözünürlük katsayısı.
2. Çözelti t 1 0 C'den t 2 0 C'ye soğutulduğunda çöken çözünmüş maddenin kütlesi.
Bir maddenin doymuş çözeltisinin buharlaştırılması veya soğutulması yoluyla izole edilmesi işlemine denir. yeniden kristalleşme. Yeniden kristalleştirme maddeleri saflaştırmak için kullanılır.
Ne yazık ki bugüne kadar bireysel çalışmaların sonuçlarını birleştirmemize ve genel çözünürlük yasalarını türetmemize izin veren bir teori yok. Bu durum büyük ölçüde çeşitli maddelerin çözünürlüğünün sıcaklığa çok farklı şekilde bağlı olmasından kaynaklanmaktadır.
Bir dereceye kadar yönlendirilebilecek tek şey, deneyim yoluyla bulunan eski kuraldır: benzer benzere dönüşür. Moleküllerin yapısına ilişkin modern görüşlerin ışığında anlamı, eğer çözücünün kendisi polar olmayan veya düşük polariteli moleküllere (örneğin benzen, eter) sahipse, polar olmayan veya düşük polariteli moleküllere sahip maddelerin çözüneceğidir. içinde iyi ve daha büyük polariteye sahip maddeler daha kötü çözülür ve iyonik tipe göre oluşturulan maddeler pratikte çözünmez. Aksine, moleküllerin güçlü bir şekilde belirgin polar karakterine sahip bir çözücü (örneğin su), kural olarak, polar ve kısmen iyonik tipteki moleküllerle iyi maddeleri çözecek ve polar olmayan moleküllerle zayıf çözünen maddeleri çözecektir.
1. Çözünme geri dönüşümlü bir süreçtir:çözünen + çözücü ↔ çözeltideki madde ± Q.
2. Çözeltiye giren ve çözeltiden çıkan parçacık sayısının baskınlık oranına göre çözümler ayırt edilir. zengin, doymamış Ve aşırı doymuş.
3. Çözünen madde ve çözücünün bağıl miktarlarına bağlı olarak çözeltiler ikiye ayrılır: seyreltilmiş(çok az çözünen madde içerir) ve konsantre(çok miktarda çözünmüş madde içerir).
4. Belirli bir maddenin belirli bir sıcaklıkta artık çözünmediği çözeltiye denir. zengin ve belirli bir maddenin ilave bir miktarının hala çözülebildiği bir çözelti doymamış. İÇİNDE aşırı doymuşçözeltiler doymuş olanlardan daha fazla madde içerir.
5.Çözünürlük bir maddenin su ve diğer çözücüler içinde çözünme özelliğidir.
6. Bir maddenin çözünürlüğü, çözücünün doğasına, çözünmüş maddenin doğasına, sıcaklığa, basınca (gazlar için) bağlıdır.
4. Çözeltilerin konsantrasyonunu ifade etme yolları: kütle kesri
(Bilmek).
Çözeltinin kantitatif bileşimi konsantrasyonuna göre belirlenir.
Konsantrasyon birim hacim başına çözünmüş madde miktarıdır.
Maddelerin konsantrasyonu için iki tür tanımlama vardır - analitik ve teknik.
|
Bu konuyu incelemeniz sonucunda şunları öğreneceksiniz:
Bu konuyu incelemeniz sonucunda şunları öğreneceksiniz:
Çalışma soruları: |
9.1. Çözümler ve sınıflandırılması
Çözümler, bir maddenin başka bir (diğer) maddenin ortamında dağıldığı homojen sistemlerdir.
Çözeltiler bir çözücü ve bir çözünen(ler)den oluşur. Bu kavramlar şartlıdır. Bir madde çözeltisinin bileşenlerinden biri sıvı, diğerleri gaz veya katı ise, çözücünün genellikle sıvı olduğu kabul edilir. Diğer durumlarda çözücünün daha büyük olan bileşen olduğu kabul edilir.
Gaz, sıvı ve katı çözeltiler
bağlı olarak toplanma durumundançözücüler ayırt edilir gaz, sıvı ve katıçözümler. Gaz halindeki çözelti örneğin hava ve diğer gaz karışımlarıdır. Deniz suyu, çeşitli tuzların ve gazların sudaki en yaygın sıvı çözeltisidir. Birçok metal alaşımı katı çözeltilere aittir.
Doğru ve koloidal çözümler
Dağılma derecesine göre ayırt etmek doğru ve koloidal çözümler(kolloidal sistemler). Gerçek çözeltilerin oluşumunda çözünen madde, çözücünün içinde atom, molekül veya iyon halinde bulunur. Bu tür çözeltilerdeki parçacık boyutu 10 –7 - 10 –8 cm'dir Kolloidal çözeltiler, bir maddenin parçacıklarının (dağılmış faz) diğerinde (dağılım ortamı) eşit şekilde dağıldığı heterojen sistemleri ifade eder. Dispers sistemlerde parçacık boyutu 10–7 cm ile 10–3 cm veya daha fazla arasında değişmektedir.Burada ve başka yerlerde gerçek çözümleri ele alacağımızı belirtmek gerekir.
Doymamış, doymuş ve aşırı doymuş çözeltiler
Çözünme süreci difüzyonla, yani bir maddenin parçacıklarının diğerinin parçacıkları arasında kendiliğinden dağılımıyla ilişkilidir. Bu nedenle, iyonik yapıya sahip katı maddelerin sıvılarda çözülmesi işlemi şu şekilde temsil edilebilir: bir çözücünün etkisi altında, katı maddenin kristal kafesi tahrip edilir ve iyonlar, çözücünün tüm hacmi boyunca eşit olarak dağıtılır. . Çözüm kalacak doymamış içine biraz daha madde geçene kadar.
Bir maddenin belirli bir sıcaklıkta artık çözünmediği bir çözelti; çözünen maddenin katı fazıyla dengede olan çözeltiye denir zengin. Belirli bir maddenin çözünürlüğü, doymuş bir çözeltideki konsantrasyonuna eşittir. Kesin olarak tanımlanmış koşullar altında (sıcaklık, solvent), çözünürlük sabit bir değerdir.
Bir maddenin çözünürlüğü artan sıcaklıkla artıyorsa, doymuş bir çözeltinin daha yüksek bir sıcaklıkta soğutulmasıyla elde edilebilir. aşırı doymuşçözüm, yani bir maddenin konsantrasyonunun doymuş bir çözeltinin konsantrasyonundan daha yüksek olduğu bir çözelti (belirli bir sıcaklık ve basınçta). Aşırı doymuş çözeltiler çok kararsızdır. Kabın hafifçe çalkalanması veya çözelti içindeki bir maddenin kristallerinin çözelti içine sokulması, fazla çözünen maddenin kristalleşmesine ve çözeltinin doymuş hale gelmesine neden olur.
Seyreltik ve konsantre çözeltiler
Doymamış ve doymuş çözeltiler seyreltik ve konsantre çözeltilerle karıştırılmamalıdır. Seyreltik ve konsantre çözelti kavramları görecelidir ve aralarında net bir sınır çizilemez. Çözünen ve çözücü miktarları arasındaki ilişkiyi belirlerler. Genel olarak seyreltik çözeltiler, çözücü miktarına kıyasla az miktarda çözünen madde içeren çözeltiler, konsantre çözeltiler ise büyük miktarda çözünen madde içeren çözeltilerdir.
Örneğin, 20 o C'deki 100 g su içinde 25 g NaCl çözülürse, sodyum klorürün 20 o C'deki çözünürlüğü 100 g su içinde 36 g olduğundan, elde edilen çözelti konsantre fakat doymamış olacaktır. 20 o C'de 100 g H2O içinde çözünen AgI'nin maksimum kütlesi 1,3·10 –7 g'dır.Bu koşullar altında elde edilen AgI çözeltisi doymuş ancak çok seyreltik olacaktır.
9.2. Çözümlerin fiziksel ve kimyasal teorisi; çözünme sırasındaki termal olaylar
Fiziksel teoriçözümler W. Ostwald (Almanya) ve S. Arrhenius (İsveç) tarafından önerildi. Bu teoriye göre çözücü ve çözünen parçacıklar (moleküller, iyonlar) difüzyon işlemleri nedeniyle çözeltinin tüm hacmi boyunca eşit olarak dağılır. Bu durumda çözücü ile çözünen arasında kimyasal etkileşim yoktur.
Kimyasal teori D.I. tarafından önerildi. Mendeleev. D.I.'nin fikirlerine göre. Mendeleev'e göre, çözünen maddenin molekülleri ile çözücü arasında, çözünen maddenin kararsız bileşiklerinin ve birbirine dönüşen çözücünün - solvatların oluşumu ile kimyasal bir etkileşim meydana gelir.
Rus bilim adamları I.A. Kablukov ve V.A. Kistyakovsky, Ostwald, Arrhenius ve Mendeleev'in fikirlerini birleştirerek modern çözüm teorisinin temelini attı. Modern teoriye göre, bir çözeltide yalnızca çözünen madde ve çözücü parçacıkları değil, aynı zamanda bir çözünen maddenin bir çözücü - solvatlarla fizikokimyasal etkileşiminin ürünleri de mevcut olabilir. Solvatlar– bunlar değişken bileşime sahip kararsız bileşiklerdir. Çözücü su ise bunlara denir. hidratlar. Solvatlar (hidratlar) iyon-dipol, donör-alıcı etkileşimleri, hidrojen bağlarının oluşumu vb. nedeniyle oluşur. Örneğin NaCl suda çözündüğünde Na+ ve Cl – iyonları ile solvent molekülleri arasında iyon-dipol etkileşimi meydana gelir. Suda çözündüğünde amonyak hidratların oluşumu, hidrojen bağlarının oluşması nedeniyle meydana gelir.
Hidratlanmış su bazen çözünen maddeye o kadar güçlü bağlanır ki onunla birlikte çözeltiden salınır. Su molekülü içeren kristal maddelere denir kristal hidratlar ve bu kristallerin içerdiği suya denir kristalleşme. Kristal hidratların örnekleri bakır sülfat CuS04 5H20, potasyum şap KAl(S04)2 12H20'dur.
Çözünme sırasındaki termal etkiler
Maddelerin bireysel durumdan çözeltiye geçişleri sırasında yapılarında meydana gelen değişiklikler ve meydana gelen etkileşimler sonucunda sistemin özellikleri değişir. Bu özellikle çözünmenin termal etkileriyle gösterilir. Çözünme sırasında iki süreç meydana gelir: çözünen maddenin yapısının tahrip edilmesi ve çözünen moleküllerin çözücü moleküllerle etkileşimi. Bir çözünenin bir çözücü ile etkileşimine solvasyon denir. Bir çözünen maddenin yapısını yok etmek için enerji harcanır ve bir çözünen maddenin parçacıklarının bir çözücünün parçacıkları ile etkileşimi (solvasyon) ekzotermik bir süreçtir (ısı salınımını içerir). Dolayısıyla çözünme işlemi bu termal etkilerin oranına bağlı olarak ekzotermik veya endotermik olabilir. Örneğin, sülfürik asit çözündüğünde, çözeltinin kuvvetli bir şekilde ısıtıldığı gözlenir; ısı açığa çıkar ve potasyum nitrat çözündüğünde çözeltinin güçlü bir şekilde soğuması (endotermik süreç).
9.3. Çözünürlük ve maddelerin doğasına bağımlılığı
Çözünürlük, çözeltilerin en çok çalışılan özelliğidir. Maddelerin çeşitli çözücüler içindeki çözünürlüğü büyük ölçüde değişir. Masada Tablo 9.1 bazı maddelerin su ve sofradaki çözünürlüğünü göstermektedir. 9.2 – Potasyum iyodürün çeşitli çözücüler içindeki çözünürlüğü.
Tablo 9.1
Bazı maddelerin 20 o C'deki suda çözünürlüğü
Madde |
Madde |
Çözünürlük, 100 g H2O başına g |
|
Tablo 9.2
Potasyum iyodürün çeşitli çözücülerde 20 o C'de çözünürlüğü
Çözünürlük, çözünen maddenin ve çözücünün doğasına ve ayrıca dış koşullara (sıcaklık, basınç) bağlıdır. Şu anda kullanımda olan referans tabloları, maddelerin yüksek oranda çözünür, az çözünür ve çözünmez olarak bölünmesini önermektedir. Kesinlikle çözünmeyen maddeler olmadığından bu ayrım tamamen doğru değildir. Gümüş ve altın bile suda çözünür ancak çözünürlükleri son derece düşüktür. Bu nedenle bu kılavuzda yalnızca iki madde kategorisini kullanacağız: yüksek oranda çözünür Ve az çözünür. Son olarak, "kolayca" ve "zor çözünür" kavramları, çözünürlüğün yorumlanmasında uygulanamaz, çünkü bu terimler, termodinamiğini değil, çözünme sürecinin kinetiğini karakterize eder.
Çözünürlüğün çözünen maddenin ve çözücünün doğasına bağlılığı
Şu anda, yalnızca hesaplamanın değil, çözünürlüğü tahmin etmenin de mümkün olacağı bir teori yok. Bu, genel bir çözüm teorisinin olmayışı ile açıklanmaktadır.
Katıların sıvılardaki çözünürlüğü kristal kafeslerindeki bağın türüne bağlıdır. Örneğin atomik kristal kafeslere sahip maddeler (karbon, elmas vb.) suda az çözünür. İyonik kristal kafesli maddeler kural olarak suda yüksek oranda çözünür.
Çözünürlük araştırmalarında yüzyıllarca süren deneyimlerden elde edilen kural şunu söylüyor: "benzer, benzer içinde iyi çözünür." İyonik veya polar tipte bağları olan maddeler polar çözücülerde iyi çözünür. Örneğin tuzlar, asitler ve alkoller suda oldukça çözünür. Aynı zamanda, polar olmayan maddeler kural olarak polar olmayan çözücülerde iyi çözünür.
İnorganik tuzlar sudaki farklı çözünürlüklerle karakterize edilir.
Bu nedenle alkali metal ve amonyum tuzlarının çoğu suda oldukça çözünür. Nitratlar, nitritler ve halojenürler (gümüş, cıva, kurşun ve talyum halojenürler hariç) ve sülfatlar (alkali toprak metallerin, gümüş ve kurşunun sülfatları hariç) yüksek oranda çözünür. Geçiş metalleri, sülfitlerin, fosfatların, karbonatların ve diğer bazı tuzların düşük çözünürlüğü ile karakterize edilir.
Gazların sıvılardaki çözünürlüğü aynı zamanda doğalarına da bağlıdır. Örneğin 20 o C sıcaklıktaki 100 hacim suda 2 hacim hidrojen ve 3 hacim oksijen çözünür. Aynı koşullar altında 1 hacim H2O içinde 700 hacim amonyak çözülür. NH3'ün bu kadar yüksek çözünürlüğü su ile kimyasal etkileşimi ile açıklanabilir.
Sıcaklığın gazların, katıların ve sıvıların çözünürlüğü üzerindeki etkisi
Gazlar suda çözündüğünde, çözünmüş gazın moleküllerinin hidrasyonu nedeniyle ısı açığa çıkar. Dolayısıyla Le Chatelier prensibine göre sıcaklık arttıkça gazların çözünürlüğü azalır.
Sıcaklık, katıların sudaki çözünürlüğünü çeşitli şekillerde etkiler. Çoğu durumda katıların çözünürlüğü sıcaklık arttıkça artar. Örneğin, sodyum nitrat NaN03 ve potasyum nitrat KNO3'ün çözünürlüğü ısıtıldığında artar (çözünme işlemi ısının emilmesiyle gerçekleşir). NaCl'nin çözünürlüğü artan sıcaklıkla biraz artar, bu da sofra tuzunun çözünmesinin neredeyse sıfır termal etkisi ile ilişkilidir. Sönmüş kirecin sudaki çözünürlüğü sıcaklık arttıkça azalır, çünkü hidrasyon entalpisi bu bileşiğin kristal kafesinin tahribatının ΔH değerine üstün gelir, yani. Ca(OH)2'nin çözünme süreci ekzotermiktir.
Çoğu durumda sıcaklık arttıkça sıvıların karşılıklı çözünürlüğü de artar.
Basıncın gazların, katıların ve sıvıların çözünürlüğü üzerindeki etkisi
Çözünme sırasında hacimdeki değişiklik küçük olduğundan, basıncın katı ve sıvı maddelerin sıvılardaki çözünürlüğü üzerinde neredeyse hiçbir etkisi yoktur. Gaz halindeki maddeler bir sıvı içinde çözüldüğünde sistemin hacmi azalır, dolayısıyla basınçtaki artış gazların çözünürlüğünün artmasına neden olur. Genel olarak gaz çözünürlüğünün basınca bağlılığı şu şekildedir: W. Henry yasası(İngiltere, 1803): Bir gazın sabit sıcaklıkta çözünürlüğü sıvı üzerindeki basıncıyla doğru orantılıdır.
Henry yasası, çözünürlüğü nispeten düşük olan gazlar için yalnızca düşük basınçlarda ve çözünmüş gazın molekülleri ile çözücü arasında kimyasal etkileşimin olmadığı durumlarda geçerlidir.
Yabancı maddelerin çözünürlüğe etkisi
Suda başka maddelerin (tuzlar, asitler ve alkaliler) bulunması durumunda gazların çözünürlüğü azalır. Klor gazının doymuş sulu sofra tuzu çözeltisindeki çözünürlüğü 10 kat daha azdır. Temiz sudan daha.
Tuzların varlığında çözünürlüğün azalması etkisine denir. tuzlamak. Çözünürlükteki azalma, serbest su moleküllerinin sayısının azalmasına neden olan tuzların hidrasyonundan kaynaklanmaktadır. Elektrolit iyonlarıyla ilişkili su molekülleri artık diğer maddeler için çözücü değildir.
9.4. Çözümlerin konsantrasyonu
Çözeltilerin bileşimini sayısal olarak ifade etmenin çeşitli yolları vardır: çözünen maddenin kütle oranı, molarite, titre vb.
Kütle fraksiyonuçözünmüş maddenin m kütlesinin tüm çözeltinin kütlesine oranıdır. Bir çözünen ve bir çözücüden oluşan ikili bir çözelti için:
burada ω çözünen maddenin kütle fraksiyonudur, m çözünen maddenin kütlesidir, M çözücünün kütlesidir. Kütle oranı, bir birimin kesirleri veya yüzde olarak ifade edilir. Örneğin, ω = 0,5 veya ω = %50.
Sadece kütlenin toplamsal bir fonksiyon olduğu unutulmamalıdır (bütünün kütlesi, bileşenlerin kütlelerinin toplamına eşittir). Çözeltinin hacmi bu kurala uymaz.
Molar konsantrasyon veya molarite 1 litre çözeltideki çözünmüş madde miktarı:
burada C, çözünmüş X maddesinin molar konsantrasyonu, mol/1; n - çözünmüş madde miktarı, mol; V – çözeltinin hacmi, l.
Molar konsantrasyon bir sayı ve “M” harfiyle gösterilir, örneğin: 3M KOH. 1 litre çözelti 0,1 mol madde içeriyorsa buna ondalık molar, 0,01 mol'e centimolar, 0,001 mol'e milimolar denir.
Titre 1 ml çözeltide bulunan çözünen maddenin gram sayısıdır, yani.
burada T çözünmüş maddenin titresidir, g/ml; m, çözünmüş maddenin kütlesidir, g; V – çözeltinin hacmi, ml.
Çözünen maddenin mol fraksiyonu- çözünmüş madde n miktarının toplam çözünmüş madde n ve çözücü n miktarına oranına eşit boyutsuz miktar:
,
burada N, çözünmüş maddenin mol kesridir, n, çözünmüş maddenin miktarıdır, mol; n" – çözücü madde miktarı, mol.
Mol yüzdesi karşılık gelen fraksiyonun %100 ile çarpılmasıyla elde edilir.
9.5. Elektrolitik ayrışma
Çözeltilerdeki veya eriyiklerdeki molekülleri tamamen veya kısmen iyonlara ayrışan maddelere elektrolit denir. Elektrolitlerin çözeltileri ve eriyikleri elektrik akımını iletir.
Molekülleri çözeltilerde iyonlara ayrışmayan veya erimeyen ve elektrik akımını iletmeyen maddelere elektrolit olmayan maddeler denir.
Elektrolitler çoğu inorganik asitleri, bazları ve hemen hemen tüm tuzları içerir; elektrolit olmayanlar ise alkoller, eterler, karbonhidratlar vb. gibi birçok organik bileşiği içerir.
1887'de İsveçli bilim adamı S. Arrhenius, elektrolitlerin suda çözündüğü zaman pozitif ve negatif yüklü iyonlara parçalandığı elektrolitik ayrışma hipotezini öne sürdü.
Ayrışma, tersine çevrilebilir bir süreçtir: ayrışmaya paralel olarak, iyonların birleştirilmesinin (birleşme) ters süreci meydana gelir. Bu nedenle, özellikle konsantre çözeltilerde elektrolitlerin ayrışması için reaksiyon denklemleri yazarken, tersinirlik işareti belirtilir. Örneğin, potasyum klorürün konsantre bir çözeltide ayrışması şu şekilde yazılmalıdır:
KS1 K++ C1 – .
Elektrolitik ayrışma mekanizmasını ele alalım. İyonik bağ tipine sahip maddeler polar çözücülerde en kolay şekilde ayrışır. Polar H2O molekülleri, örneğin suda çözündüklerinde pozitif kutuplarıyla anyonlara, negatif kutuplarıyla da katyonlara çekilirler. Sonuç olarak iyonlar arasındaki bağ zayıflar ve elektrolit hidratlanmış iyonlara ayrılır. Su moleküllerine bağlı iyonlar. Kovalent polar bağa (HC1, HBr, H2S) sahip moleküllerin oluşturduğu elektrolitler de benzer şekilde ayrışır.
Bu nedenle iyonların hidrasyonu (solvasyonu) ayrışmanın ana nedenidir. Artık sulu bir çözeltide iyonların çoğunun hidratlandığı genel olarak kabul edilmektedir. Örneğin hidrojen iyonu H+, H3O+ bileşimiyle hidronyum iyonu adı verilen bir hidrat oluşturur. Çözelti, H 3 O +'ya ek olarak H 5 O 2 + (H 3 O + ·H 2 O), H 7 O 3 + (H 3 O + · 2H 2 O) ve H 9 O 4 + iyonlarını da içerir. (H30 + 3H20). Ayrışma süreçleri için denklemler derlerken ve reaksiyon denklemlerini iyonik formda yazarken, yazmayı basitleştirmek için, hidronyum iyonu H2O + genellikle hidratlanmamış H + iyonuyla değiştirilir. Bununla birlikte, reaksiyonun neredeyse anında gerçekleşmesi nedeniyle sulu çözeltilerde bir proton bulunamayacağından, bu yer değiştirmenin şartlı olduğu unutulmamalıdır:
H + + H 2 O = H 3 O + .
Hidratlanmış iyonlarla ilişkili su moleküllerinin tam sayısı belirlenmediğinden, ayrışma reaksiyonu denklemleri yazılırken hidratlanmamış iyonlara ilişkin semboller kullanılır:
CH3COOH CH3COO – + H + .
9.6. Ayrışma derecesi; ilişkili ve ilişkili olmayan elektrolitler
Bir elektrolitin çözeltideki iyonlara ayrışmasının niceliksel bir özelliği, ayrışma derecesidir. Ayrışma derecesi a, N" iyonlarına parçalanan molekül sayısının toplam çözünmüş molekül N sayısına oranıdır:
Ayrışma derecesi, bir birimin yüzdesi veya kesri olarak ifade edilir. α = 0 ise ayrışma olmaz ve α = 1 ise elektrolit tamamen iyonlara ayrışır. Modern çözelti teorisi kavramlarına göre, elektrolitler iki gruba ayrılır: ilişkili (zayıf) ve ilişkisiz (güçlü).
Seyreltik çözeltilerdeki ilişkisiz (güçlü) elektrolitler için α = 1 (%100), yani çözeltilerde yalnızca hidratlanmış iyonlar halinde bulunurlar.
İlgili elektrolitler üç gruba ayrılabilir:
zayıf elektrolitlerçözeltilerde esas olarak ayrışmamış moleküller formunda bulunur; ayrışmalarının derecesi küçüktür;
iyonik ortaklar iyonların elektrostatik etkileşimi sonucu çözeltilerde oluşur; yukarıda belirtildiği gibi birleşme, iyi ayrışan elektrolitlerin konsantre çözeltilerinde gerçekleşir; ortakların örnekleri şunlardır iyon çiftleri(K + Cl – ,CaCl +), iyon tees(K 2 Cl + , KCl 2 –) ve iyonik dört kutuplular(K2Cl2, KCl32–, K3Cl2+);
iyonik ve moleküler kompleksler, (örneğin 2+, 3–) suda hafifçe ayrışır.
Elektrolit ayrışmasının doğası, çözünen maddenin ve çözücünün doğasına, çözelti konsantrasyonuna ve sıcaklığa bağlıdır. Bu durum, sodyum klorürün çeşitli çözücüler içindeki davranışı ile gösterilebilir, Tablo. 9.3.
Tablo 9.3
Çeşitli konsantrasyonlarda ve 25 o C sıcaklıkta su ve benzende sodyum klorürün özellikleri
Sulu çözeltilerdeki güçlü elektrolitler çoğu tuzu, alkalileri ve bir takım mineral asitleri (HC1, HBr, HNO3, H2SO4, HC1O4, vb.) içerir. Hemen hemen tüm organik asitler, bazı inorganik asitler, örneğin H2S, HCN, H2C03, HClO ve su zayıf elektrolitlere aittir.
Güçlü ve zayıf elektrolitlerin ayrışması
Seyreltik sulu çözeltilerdeki güçlü elektrolitler için ayrışma denklemleri aşağıdaki gibi temsil edilebilir:
HCl = H++ + Cl – ,
Ba(OH)2 = Ba2+ + 2OH – ,
K 2 Cr 2 Ö 7 = 2K + + Cr 2 Ö 7 2– .
Güçlü bir elektrolitin ayrışma reaksiyonu için denklemin sağ ve sol tarafları arasına bir tersinirlik işareti de koyabilirsiniz, ancak o zaman 1 gösterilir. Örneğin:
NaOH Na++ OH – .
İlişkili elektrolitlerin ayrışma süreci tersine çevrilebilir, bu nedenle ayrışma denklemlerine bir tersinirlik işareti koymak gerekir:
HCN H++ CN – .
NH3 ·H20 NH4++ + OH – .
İlişkili polibazik asitlerin ayrışması aşamalar halinde gerçekleşir:
H 3 PO 4 H + + HPO 4 – ,
H 2 PO 4 H + + HPO 4 2– ,
HPO 4 2– H + + PO 4 3–,
Zayıf asitlerin oluşturduğu asit tuzları ile kuvvetli asitlerin oluşturduğu bazik tuzların seyreltik çözeltilerde ayrışması şu şekilde gerçekleşir. İlk aşama, birliğe yakın bir ayrışma derecesi ile karakterize edilir:
NaНCO 3 = Na + + НCO 3 – ,
Cu(OH)Cl = Cu(OH) + + Cl – .
İkinci aşama için ayrışma derecesi birlikten çok daha azdır:
НCO 3 Н + + CO 3 2– ,
Cu(OH) + Cu 2+ + OH – .
Çözelti konsantrasyonunun artmasıyla ilgili elektrolitin ayrışma derecesinin azaldığı açıktır.
9.7. Çözeltilerde iyon değişim reaksiyonları
Elektrolitik ayrışma teorisine göre, elektrolitlerin sulu çözeltilerindeki tüm reaksiyonlar moleküller arasında değil iyonlar arasında meydana gelir. Bu tür reaksiyonların özünü yansıtmak için iyonik denklemler kullanılır. İyonik denklemleri oluştururken aşağıdaki kurallara uymanız gerekir:
Az çözünür ve az ayrışmış maddeler ve gazlar moleküler formda yazılır.
Sulu bir çözeltide neredeyse tamamen ayrışan güçlü elektrolitler iyon olarak yazılır.
İyonik denklemin sağ ve sol taraflarındaki elektrik yüklerinin toplamı eşit olmalıdır.
Bu hükümlere belirli örnekler kullanarak bakalım.
Nötrleşme reaksiyonları için moleküler formda iki denklem yazalım:
KOH + HCl = KCl + H20, (9.1)
2NaOH + H2S04 = Na2S04 + 2H20. (9.2)
İyonik formda denklemler (9.1) ve (9.2) aşağıdaki forma sahiptir:
K + + OH – + H + + Cl – = K + + Cl – + H 2 O, (9.3)
2Na + + 2OH – + 2H + + SO 4 2– = 2Na + + SO 4 2– + 2H 2 O. (9.4)
Denklemlerin (9.3) ve (9.4) her iki tarafında da aynı iyonları azalttıktan sonra, bunları bir alkalinin bir asitle etkileşimi için kısaltılmış bir iyonik denkleme dönüştürüyoruz:
H + + OH – = H 2 O.
Böylece, nötrleştirme reaksiyonunun özü, H + ve OH - iyonlarının etkileşimine iner ve bunun sonucunda su oluşur.
Reaksiyonda bir çökelti, gaz veya zayıf bir elektrolit (örneğin H20) oluşursa, elektrolitlerin sulu çözeltilerindeki iyonlar arasındaki reaksiyonlar neredeyse tamamlanmaya devam eder.
Şimdi potasyum klorür ve sodyum nitrat çözeltileri arasındaki reaksiyonu ele alalım:
KCl + NaNO3 KNO3 + NaCl. (9.5)
Ortaya çıkan maddeler suda yüksek oranda çözünür olduğundan ve reaksiyon alanından uzaklaştırılmadığından reaksiyon tersine çevrilebilir. İyonik reaksiyon denklemi (9.5) aşağıdaki gibi yazılacaktır:
K + + Cl – + Na + + NO 3 – K + + NO 3 – + Na + + Cl – . (9.6)
Elektrolitik ayrışma teorisi açısından bakıldığında, bu reaksiyon meydana gelmez, çünkü çözeltide tüm çözünür maddeler yalnızca iyonlar halinde bulunur, denklem (9.6). Ancak sıcak doymuş KCl ve NaNO3 çözeltilerini karıştırırsanız, bir NaCl çökeltisi oluşacaktır. Bunun nedeni, 30 o C ve üzeri bir sıcaklıkta, söz konusu tuzlar arasında en düşük çözünürlüğün sodyum klorür için gözlenmesidir. Bu nedenle pratikte, bazı koşullar altında (seyreltik çözeltiler durumunda) geri dönüşümlü olan süreçlerin, diğer bazı koşullar altında (sıcak doymuş çözeltiler) geri döndürülemez hale geldiği dikkate alınmalıdır.
Çözeltilerdeki değişim reaksiyonunun özel bir durumu hidrolizdir.
9.8. Tuzların hidrolizi
Deneyimler, yalnızca asitlerin ve bazların değil, aynı zamanda bazı tuzların çözeltilerinin de alkali veya asidik reaksiyona sahip olduğunu göstermektedir. Bunun sonucunda çevrenin tepkisinde bir değişiklik meydana gelir. hidroliz bir çözünen. Hidroliz, çözünmüş bir maddenin (örneğin tuz) su ile değişim etkileşimidir.
Tuzların ve suyun elektrolitik ayrışması hidrolize neden olur. Hidroliz, bir tuzun ayrışması sırasında oluşan iyonların, su molekülleri (katyonlar) üzerinde güçlü bir polarizasyon etkisi uygulayabildiği veya onlarla (anyonlar) hidrojen bağları oluşturabildiği ve bu da hafif ayrışmış elektrolitlerin oluşumuna yol açtığı durumlarda meydana gelir.
Tuzların hidrolizi için denklemler genellikle iyonik ve moleküler formlarda yazılır ve değişim reaksiyonları için iyonik denklemlerin yazılmasıyla ilgili kuralların dikkate alınması gerekir.
Hidroliz reaksiyonlarının denklemlerini dikkate almaya başlamadan önce şunu belirtmek gerekir: kuvvetli bir baz ve kuvvetli bir asitin oluşturduğu tuzlar(örneğin, NaN03, BaCl2, Na2S04), suda çözündüklerinde hidrolize uğramazlar. Bu tür tuzların iyonları H2O ile zayıf elektrolitler oluşturmaz ve bu tuzların çözeltileri nötr reaksiyona sahiptir.
Çeşitli tuz hidrolizi vakaları
1. Güçlü bir baz ve zayıf bir asitin oluşturduğu tuzlarörneğin CH3COONa, Na2C03, Na2S, KCN anyonda hidrolize edilir. Örnek olarak, düşük ayrışmalı asetik asit oluşumuna yol açan CH3COONa'nın hidrolizini düşünün:
CH3COO – + CH3 OLMAYAN COOH + OH – ,
CH3COONa + NON CH3COOH + NaOH.
Çözeltide fazla miktarda hidroksit iyonu göründüğünden çözelti alkali hale gelir.
Polibazik asit tuzlarının hidrolizi adım adım ilerler ve bu durumda asit tuzları, daha kesin olarak asit tuzlarının anyonları oluşturulur. Örneğin, Na2C03'ün hidrolizi aşağıdaki denklemlerle ifade edilebilir:
1. aşama:
CO 3 2– + HOH HCO 3 – + OH – ,
Na2C03 + HOH NaHC03 + NaOH.
2. aşama
HCO 3 – + HOH H 2 CO 3 + OH – ,
NaHC03 + HOH H2C03 + NaOH.
Birinci aşamadaki hidroliz sonucu oluşan OH- iyonları, hidrolizin ikinci aşamasını büyük ölçüde bastırır, bunun sonucunda ikinci aşamadaki hidroliz önemsiz ölçüde ilerler.
2. Zayıf bir baz ile kuvvetli bir asitin oluşturduğu tuzlarörneğin NH4Cl, FeCl3, Al2(S04)3 katyonda hidrolize edilir. Bir örnek süreçtir
NH4++ HOH NH4OH + H+,
NH4Cl + HOH NH4OH + HC1.
Hidroliz, zayıf bir elektrolit olan NH4OH (NH3 ·H2O) oluşumundan kaynaklanır. Sonuç olarak, suyun elektrolitik ayrışmasının dengesi değişir ve çözeltide fazla miktarda H + iyonu belirir. Böylece NH4Cl çözeltisi asidik bir reaksiyon sergileyecektir.
Poliasit bazların oluşturduğu tuzların hidrolizi sırasında bazik tuzlar, daha doğrusu bazik tuzların katyonları oluşur. Örnek olarak demir (II) klorürün hidrolizini düşünün:
1. aşama
Fe 2+ + HOH FeOH + + H +,
FeCl2 + HOH FeOHCl + HCl.
2. aşama
FeOH + + HOH Fe(OH) 2 + H +,
FeOHCl + HOH Fe(OH)2 + HCl.
İkinci aşamadaki hidroliz, birinci aşamadaki hidrolizle karşılaştırıldığında önemsiz bir şekilde ilerlemektedir ve çözeltideki ikinci aşamadaki hidroliz ürünlerinin içeriği çok küçüktür.
3. Zayıf bir baz ve zayıf bir asitin oluşturduğu tuzlarörneğin CH3COONH4, (NH4)2C03, HCOONH4 hem katyon hem de anyon tarafından hidrolize edilir. Örneğin CH3COONH4 suda çözündüğünde hafif ayrışan bir asit ve baz oluşur:
СH3COO – + NH4 + + HOH СH3COOH + NH4OH,
СH3COONH 4 + HOH СH3 COOH + NH4OH.
Bu durumda çözeltinin reaksiyonu, hidroliz sonucu oluşan zayıf asit ve bazların kuvvetine bağlıdır. Söz konusu örnekte CH3COOH ve NH4OH'nin gücü yaklaşık olarak eşit olduğundan, tuz çözeltisi nötr olacaktır.
HCOONH4'ün hidrolizi sırasında formik asit asetik asitten daha güçlü olduğundan çözeltinin reaksiyonu hafif asidik olacaktır.
Çok zayıf bazlar ve zayıf asitler (örneğin alüminyum sülfür) tarafından oluşturulan bir dizi tuzun hidrolizi geri dönüşü olmayan bir şekilde ilerler:
Al2S3 + 6H20 = 2Al(OH)3 + 3H2S.
4. Çözeltilerdeki bir dizi değişim reaksiyonuna hidroliz eşlik eder ve geri döndürülemez şekilde ilerler.
A) İki değerlikli metal tuzlarının çözeltileri (kalsiyum, stronsiyum, baryum ve demir hariç), alkali metal karbonatların sulu çözeltileri ile etkileşime girdiğinde, kısmi hidroliz sonucunda ana karbonatlar çöker:
2MgS04 + 2Na2C03 + H20 = Mg2(OH)2C03 + C02 + 2Na2S04,
3 Pb(NO3)2 + 3Na2C03 + H20 = Pb3(OH)2(C03)2 + C02 + 6NaNO3.
B) Üç değerlikli alüminyum, krom ve demirin sulu çözeltileri, alkali metallerin karbonatları ve sülfürlerinin sulu çözeltileri ile karıştırıldığında, üç değerlikli metallerin karbonatları ve sülfürleri oluşmaz - bunların geri dönüşü olmayan hidrolizi meydana gelir ve hidroksitler çöker:
2AlCl3 + 3K2C03 + 3H20 = 2Al(OH)3 + 3C02 + 6KCl,
2Cr(NO3)3 + 3Na2S + 6H20 = 2Cr(OH)3 + 3H2S + 6NaN03.
