Sie duschen lange sehr heiß, der Badezimmerspiegel ist mit Dampf bedeckt. Du lässt einen Topf mit Wasser am Fenster stehen und dann stellst du fest, dass das Wasser verkocht und der Topf verbrannt ist. Sie könnten denken, dass Wasser sich gerne von Gas zu Flüssigkeit und dann von Flüssigkeit zu Gas verwandelt. Aber wann passiert es?
In einem belüfteten Raum verdunstet Wasser allmählich bei jeder Temperatur. Aber es kocht nur unter bestimmten Bedingungen. Der Siedepunkt hängt vom Druck über der Flüssigkeit ab. Bei normalem Atmosphärendruck liegt der Siedepunkt bei 100 Grad. Mit zunehmender Höhe nimmt der Druck ebenso ab wie der Siedepunkt. Auf dem Gipfel des Mont Blanc sind es 85 Grad, und es gibt keine Möglichkeit, köstlichen Tee zuzubereiten! Aber in einem Schnellkochtopf beträgt die Wassertemperatur bereits 130 Grad, wenn die Pfeife ertönt, und der Druck ist viermal höher als der atmosphärische Druck. Bei dieser Temperatur gart das Essen schneller und die Aromen entweichen nicht mit dem Typ, weil das Ventil geschlossen ist.
Änderung des Aggregatzustandes eines Stoffes bei Temperaturänderungen.
Jede Flüssigkeit kann bei ausreichender Erwärmung in einen gasförmigen Zustand übergehen, und jedes Gas in einen flüssigen Zustand, wenn es abgekühlt wird. Daher wird Butan, das in Gasherden und auf dem Land verwendet wird, in geschlossenen Flaschen gelagert. Es ist flüssig und steht unter Druck, wie in einem Schnellkochtopf. Und unter freiem Himmel bei einer Temperatur knapp unter 0 Grad siedet und verdunstet Methan sehr schnell. Verflüssigtes Methan wird in riesigen Tanks gespeichert - Tanks. Bei normalem Atmosphärendruck siedet Methan bei einer Temperatur von 160 Grad unter Null. Damit das Gas beim Transport nicht entweicht, werden die Tanks wie Thermoskannen vorsichtig angefasst.
Änderung des Aggregatzustandes eines Stoffes bei Druckänderung.
Zwischen flüssigem und gasförmigem Aggregatzustand besteht eine Temperatur- und Druckabhängigkeit. Da Materie im flüssigen Zustand stärker gesättigt ist als im gasförmigen Zustand, könnte man meinen, dass bei einer Druckerhöhung das Gas sofort flüssig wird. Aber das ist nicht so. Wenn Sie jedoch anfangen, Luft mit einer Fahrradpumpe zu komprimieren, werden Sie feststellen, dass sie sich erwärmt. Es speichert die Energie, die Sie ihm übertragen, indem Sie auf den Kolben drücken. Ein Gas kann durch Kompression nur dann in eine Flüssigkeit umgewandelt werden, wenn es gleichzeitig abgekühlt wird. Umgekehrt benötigen Flüssigkeiten Wärme, um sich in Gase umzuwandeln. Deshalb entzieht der verdampfende Alkohol oder Äther unserem Körper Wärme, erzeugt ein Kältegefühl auf der Haut. Die Verdunstung von Meerwasser unter Windeinfluss kühlt die Wasseroberfläche und Schweiß kühlt den Körper.
einphasige Systeme, die aus zwei oder mehr Komponenten bestehen. Lösungen können je nach Aggregatzustand fest, flüssig oder gasförmig sein. Luft ist also eine gasförmige Lösung, ein homogenes Gasgemisch; Wodka- flüssige Lösung, ein Gemisch aus mehreren Stoffen, die eine flüssige Phase bilden; Meerwasser- flüssige Lösung, eine Mischung aus festen (Salz) und flüssigen (Wasser) Stoffen, die eine flüssige Phase bilden; Messing- feste Lösung, eine Mischung aus zwei Feststoffen (Kupfer und Zink), die eine feste Phase bilden. Eine Mischung aus Benzin und Wasser ist keine Lösung, da sich diese Flüssigkeiten nicht ineinander auflösen und in Form von zwei flüssigen Phasen mit einer Grenzfläche verbleiben. Die Bestandteile der Lösungen behalten ihre einzigartigen Eigenschaften und gehen keine chemischen Reaktionen unter Bildung neuer Verbindungen miteinander ein. Wenn man also zwei Volumen Wasserstoff mit einem Volumen Sauerstoff mischt, erhält man eine gasförmige Lösung. Wird dieses Gasgemisch gezündet, entsteht ein neuer Stoff- Wasser, das allein keine Lösung ist. Die in der Lösung in größerer Menge vorhandene Komponente wird als Lösungsmittel bezeichnet, die restlichen Komponenten- gelöste Stoffe.Manchmal ist es jedoch schwierig, eine Grenze zwischen der physikalischen Mischung von Stoffen und ihrer chemischen Wechselwirkung zu ziehen. Beispielsweise beim Mischen von gasförmigem Chlorwasserstoff HCl mit Wasser
H2O Es entstehen H-Ionen 3 O + und Cl – . Sie ziehen benachbarte Wassermoleküle an sich und bilden Hydrate. Somit sind die Anfangskomponenten - HCl und H 2 O - unterliegen nach dem Mischen erheblichen Veränderungen. Dennoch werden Ionisation und Hydratation (allgemein Solvatation) als physikalische Prozesse angesehen, die bei der Bildung von Lösungen ablaufen.Eine der wichtigsten Arten von Mischungen, die eine homogene Phase darstellen, sind kolloidale Lösungen: Gele, Sole, Emulsionen und Aerosole. Die Partikelgröße in kolloidalen Lösungen beträgt 1-1000 nm, in echten Lösungen
~ 0,1 nm (in der Größenordnung der Molekülgröße).Grundlegendes Konzept. Zwei Substanzen, die sich in beliebigen Anteilen unter Bildung echter Lösungen ineinander auflösen, werden als vollständig gegenseitig löslich bezeichnet. Solche Substanzen sind alle Gase, viele Flüssigkeiten (z. B. Ethylalkohol- Wasser, Glycerin - Wasser, Benzol - Benzin), einige Feststoffe (z. B. Silber - Gold). Um feste Lösungen zu erhalten, müssen die Ausgangsmaterialien zunächst geschmolzen, dann gemischt und erstarren gelassen werden. Mit ihrer vollständigen gegenseitigen Löslichkeit wird eine feste Phase gebildet; wenn die Löslichkeit teilweise ist, verbleiben kleine Kristalle einer der anfänglichen Komponenten in dem resultierenden Feststoff.Wenn zwei Komponenten nur in bestimmten Anteilen gemischt eine Phase bilden und in anderen Fällen zwei Phasen auftreten, werden sie als teilweise gegenseitig löslich bezeichnet. Solche sind zum Beispiel Wasser und Benzol: echte Lösungen erhält man aus ihnen nur, indem man einer großen Menge Benzol eine kleine Menge Wasser oder einer großen Menge Wasser eine kleine Menge Benzol hinzufügt. Wenn Sie gleiche Mengen Wasser und Benzol mischen, entsteht ein zweiphasiges flüssiges System. Seine untere Schicht ist Wasser mit einer kleinen Menge Benzol und die obere
- Benzol mit etwas Wasser. Es gibt auch Stoffe, die sich überhaupt nicht ineinander auflösen, zum Beispiel Wasser und Quecksilber. Wenn zwei Substanzen nur teilweise ineinander löslich sind, dann gibt es bei einer gegebenen Temperatur und einem gegebenen Druck eine Grenze für die Menge einer Substanz, die unter Gleichgewichtsbedingungen eine echte Lösung mit der anderen bilden kann. Eine Lösung mit einer begrenzten Konzentration eines gelösten Stoffes wird als gesättigt bezeichnet. Sie können auch die sogenannte übersättigte Lösung herstellen, in der die Konzentration des gelösten Stoffes noch größer ist als in der gesättigten. Übersättigte Lösungen sind jedoch instabil, und bei der geringsten Änderung der Bedingungen, wie Rühren, Staubpartikel oder Zugabe von Kristallen des gelösten Stoffes, fällt ein Überschuss des gelösten Stoffes aus.Jede Flüssigkeit beginnt bei der Temperatur zu sieden, bei der der Druck ihres gesättigten Dampfes den Wert des Außendrucks erreicht. Zum Beispiel siedet Wasser unter einem Druck von 101,3 kPa bei 100
° C weil bei dieser Temperatur der Wasserdampfdruck genau 101,3 kPa beträgt. Wenn jedoch eine nichtflüchtige Substanz in Wasser gelöst wird, sinkt ihr Dampfdruck. Um den Dampfdruck der resultierenden Lösung auf 101,3 kPa zu bringen, müssen Sie die Lösung über 100 erhitzen° Daraus folgt, dass der Siedepunkt einer Lösung immer höher ist als der Siedepunkt eines reinen Lösungsmittels. Ähnlich erklärt sich die Erniedrigung des Gefrierpunktes von Lösungen.Raoults Gesetz. 1887 stellte der französische Physiker F. Raul, der Lösungen verschiedener nichtflüchtiger Flüssigkeiten und Feststoffe untersuchte, ein Gesetz auf, das die Abnahme des Dampfdrucks über verdünnten Lösungen von Nichtelektrolyten mit der Konzentration in Beziehung setzt: die relative Abnahme des Drucks eines gesättigten Dampfs eines Lösungsmittels über einer Lösung ist gleich dem Molenbruch eines gelösten Stoffes. Aus dem Gesetz von Raoult folgt, dass eine Erhöhung des Siedepunkts oder eine Verringerung des Gefrierpunkts einer verdünnten Lösung im Vergleich zu einem reinen Lösungsmittel proportional zur molaren Konzentration (oder dem Molenbruch) des gelösten Stoffs ist und zur Bestimmung seines Molekulargewichts verwendet werden kann Gewicht.Eine Lösung, deren Verhalten dem Gesetz von Raoult gehorcht, wird als ideal bezeichnet. Idealen Lösungen am nächsten kommen unpolare Gase und Flüssigkeiten (deren Moleküle ihre Orientierung in einem elektrischen Feld nicht ändern). In diesem Fall ist die Auflösungswärme Null, und die Eigenschaften von Lösungen können direkt vorhergesagt werden, wenn die Eigenschaften der Ausgangskomponenten und die Anteile, in denen sie gemischt werden, bekannt sind. Für reelle Lösungen kann eine solche Vorhersage nicht gemacht werden. Bei der Bildung realer Lösungen wird in der Regel Wärme freigesetzt oder aufgenommen. Prozesse mit Wärmeabgabe werden als exotherm, solche mit Absorption als endotherm bezeichnet.
Diejenigen Eigenschaften einer Lösung, die hauptsächlich von ihrer Konzentration (der Anzahl der Moleküle eines gelösten Stoffes pro Volumeneinheit oder Masse des Lösungsmittels) und nicht von der Art des gelösten Stoffes abhängen, werden als bezeichnet
kolligativ . Zum Beispiel beträgt der Siedepunkt von reinem Wasser bei normalem Atmosphärendruck 100° C, und der Siedepunkt einer Lösung, die 1 Mol einer gelösten (nicht dissoziierenden) Substanz in 1000 g Wasser enthält, beträgt bereits 100,52° C unabhängig von der Art dieser Substanz. Wenn die Substanz dissoziiert und Ionen bildet, steigt der Siedepunkt proportional zum Wachstum der Gesamtzahl der Teilchen des gelösten Stoffes, die aufgrund der Dissoziation die Anzahl der Moleküle der der Lösung zugesetzten Substanz übersteigt. Weitere wichtige kolligative Größen sind der Gefrierpunkt der Lösung, der osmotische Druck und der Partialdampfdruck des Lösungsmittels.Lösungskonzentration ist ein Wert, der die Anteile zwischen einem gelösten Stoff und einem Lösungsmittel widerspiegelt. Solche qualitativen Konzepte wie "verdünnt" und "konzentriert" sagen nur aus, dass die Lösung wenig oder viel gelösten Stoff enthält. Um die Konzentration von Lösungen zu quantifizieren, werden häufig Prozentsätze (Masse oder Volumen) und in der wissenschaftlichen Literatur die Anzahl der Mole oder chemischen Äquivalente verwendet (cm . ÄQUIVALENTES GEWICHT)gelöster Stoff pro Massen- oder Volumeneinheit des Lösungsmittels oder der Lösung. Konzentrationseinheiten sollten immer genau angegeben werden, um Verwechslungen zu vermeiden. Betrachten Sie das folgende Beispiel. Eine Lösung bestehend aus 90 g Wasser (sein Volumen beträgt 90 ml, da die Dichte von Wasser 1 g / ml beträgt) und 10 g Ethylalkohol (sein Volumen beträgt 12,6 ml, da die Dichte von Alkohol 0,794 g / ml beträgt) , hat eine Masse von 100 g , aber das Volumen dieser Lösung beträgt 101,6 ml (und würde 102,6 ml entsprechen, wenn beim Mischen von Wasser und Alkohol ihre Volumina einfach addiert würden). Die prozentuale Konzentration einer Lösung kann auf verschiedene Arten berechnet werden: oder
Die gebräuchlichste Einheit ist die Molarität, aber bei ihrer Berechnung müssen einige Unklarheiten berücksichtigt werden. Um beispielsweise eine 1 M Lösung einer bestimmten Substanz zu erhalten, muss ihr genaues Gewicht gleich dem Mol sein. Masse in Gramm und bringen Sie das Volumen der Lösung auf 1 Liter. Die zur Herstellung dieser Lösung benötigte Wassermenge kann je nach Temperatur und Druck leicht variieren. Daher haben zwei unter unterschiedlichen Bedingungen hergestellte einmolare Lösungen nicht genau die gleiche Konzentration. Die Molalität errechnet sich aus einer bestimmten Lösungsmittelmasse (1000 g), die unabhängig von Temperatur und Druck ist. In der Laborpraxis ist es viel bequemer, bestimmte Flüssigkeitsvolumina zu messen (dafür gibt es Büretten, Pipetten, Messkolben), als sie zu wiegen. Daher werden in der wissenschaftlichen Literatur Konzentrationen häufig in Mol und Molalität normalerweise ausgedrückt nur für sehr genaue Messungen verwendet.
Normalität wird verwendet, um Berechnungen zu vereinfachen. Wie wir bereits gesagt haben, interagieren Substanzen in Mengen, die ihren Äquivalenten entsprechen. Nachdem wir Lösungen verschiedener Substanzen mit der gleichen Normalität hergestellt und ihre gleichen Volumina genommen haben, können wir sicher sein, dass sie die gleiche Anzahl von Äquivalenten enthalten.
Wo es schwierig (oder nicht notwendig) ist, zwischen Lösungsmittel und gelöstem Stoff zu unterscheiden, wird die Konzentration in Molenbrüchen gemessen. Molenbrüche hängen wie die Molalität nicht von Temperatur und Druck ab.
Wenn man die Dichten eines gelösten Stoffes und einer Lösung kennt, kann man eine Konzentration in eine andere umrechnen: Molarität in Molalität, Molenbruch und umgekehrt. Für verdünnte Lösungen eines gegebenen gelösten Stoffes und Lösungsmittels sind diese drei Mengen proportional zueinander.
Löslichkeit eines bestimmten Stoffes ist seine Fähigkeit, Lösungen mit anderen Stoffen zu bilden. Quantitativ wird die Löslichkeit eines Gases, einer Flüssigkeit oder eines Feststoffs durch die Konzentration ihrer gesättigten Lösung bei einer bestimmten Temperatur gemessen. Dies ist eine wichtige Eigenschaft einer Substanz, die hilft, ihre Natur zu verstehen und den Ablauf von Reaktionen zu beeinflussen, an denen diese Substanz beteiligt ist.Gase. Ohne chemische Wechselwirkung vermischen sich Gase in beliebigen Anteilen, und in diesem Fall macht es keinen Sinn, von Sättigung zu sprechen. Wenn sich jedoch ein Gas in einer Flüssigkeit löst, gibt es eine bestimmte Grenzkonzentration, die von Druck und Temperatur abhängt. Die Löslichkeit von Gasen in einigen Flüssigkeiten korreliert mit ihrer Fähigkeit, sich zu verflüssigen. Am leichtesten verflüssigte Gase wie NH 3 , HCl, SO 2 , sind besser löslich als schwer verflüssigbare Gase wie O 2, H2 und er. Bei einer chemischen Wechselwirkung zwischen dem Lösungsmittel und dem Gas (z. B. zwischen Wasser und NH 3 oder HCl) steigt die Löslichkeit. Die Löslichkeit eines bestimmten Gases variiert mit der Art des Lösungsmittels, aber die Reihenfolge, in der die Gase gemäß der Zunahme ihrer Löslichkeit angeordnet sind, bleibt für verschiedene Lösungsmittel ungefähr gleich.Der Auflösungsprozess gehorcht dem Prinzip von Le Chatelier (1884): Wird ein im Gleichgewicht befindliches System durch etwas beeinflusst, dann verschiebt sich das Gleichgewicht durch die darin ablaufenden Prozesse in eine Richtung, in der die Auswirkungen abnehmen. Das Auflösen von Gasen in Flüssigkeiten geht in der Regel mit Wärmefreisetzung einher. Dabei nimmt nach dem Prinzip von Le Chatelier die Löslichkeit von Gasen ab. Diese Abnahme ist umso deutlicher, je höher die Löslichkeit von Gasen ist: solche Gase haben und b
höhere Lösungswärme. Der „weiche“ Geschmack von gekochtem oder destilliertem Wasser ist auf das Fehlen von Luft zurückzuführen, da seine Löslichkeit bei hohen Temperaturen sehr gering ist.Mit steigendem Druck nimmt die Löslichkeit von Gasen zu. Nach dem Gesetz von Henry (1803) ist die Masse eines Gases, die sich in einem bestimmten Flüssigkeitsvolumen bei konstanter Temperatur lösen kann, proportional zu seinem Druck. Diese Eigenschaft wird für die Zubereitung von kohlensäurehaltigen Getränken genutzt. Kohlendioxid wird in einer Flüssigkeit bei einem Druck von 3-4 atm gelöst; Unter diesen Bedingungen kann sich 3-4 mal mehr Gas (nach Masse) in einem bestimmten Volumen lösen als bei 1 atm. Wenn ein Behälter mit einer solchen Flüssigkeit geöffnet wird, fällt der Druck darin ab und ein Teil des gelösten Gases wird in Form von Blasen freigesetzt. Ein ähnlicher Effekt wird beobachtet, wenn eine Flasche Champagner geöffnet wird oder wenn unterirdisches Wasser, das in großen Tiefen mit Kohlendioxid gesättigt ist, an die Oberfläche tritt.
Wenn ein Gasgemisch in einer Flüssigkeit gelöst wird, bleibt die Löslichkeit von jedem von ihnen dieselbe wie in Abwesenheit anderer Komponenten bei demselben Druck wie im Fall eines Gemischs (Daltonsches Gesetz).
Flüssigkeiten. Die gegenseitige Löslichkeit zweier Flüssigkeiten wird dadurch bestimmt, wie ähnlich die Struktur ihrer Moleküle ist („Gleiches löst Gleiches“). Unpolare Flüssigkeiten wie Kohlenwasserstoffe sind durch schwache intermolekulare Wechselwirkungen gekennzeichnet, daher dringen die Moleküle einer Flüssigkeit leicht zwischen die Moleküle einer anderen ein, d.h. Flüssigkeiten mischen sich gut. Im Gegensatz dazu mischen sich polare und unpolare Flüssigkeiten wie Wasser und Kohlenwasserstoffe nicht gut miteinander. Jedes Wassermolekül muss zuerst aus der Umgebung anderer ähnlicher Moleküle, die es stark anziehen, entkommen und zwischen die Kohlenwasserstoffmoleküle eindringen, die es schwach anziehen. Umgekehrt müssen sich Kohlenwasserstoffmoleküle, um sich in Wasser aufzulösen, zwischen Wassermoleküle quetschen und ihre starke gegenseitige Anziehung überwinden, und dies erfordert Energie. Mit steigender Temperatur nimmt die kinetische Energie der Moleküle zu, die zwischenmolekulare Wechselwirkung wird schwächer und die Löslichkeit von Wasser und Kohlenwasserstoffen nimmt zu. Bei einer deutlichen Temperaturerhöhung kann ihre vollständige gegenseitige Löslichkeit erreicht werden. Diese Temperatur wird als obere kritische Lösungstemperatur (UCST) bezeichnet.In einigen Fällen nimmt die gegenseitige Löslichkeit zweier teilweise mischbarer Flüssigkeiten mit abnehmender Temperatur zu. Dieser Effekt wird beobachtet, wenn beim Mischen Wärme freigesetzt wird, normalerweise als Ergebnis einer chemischen Reaktion. Bei einer deutlichen Temperaturabsenkung, jedoch nicht unter den Gefrierpunkt, ist es möglich, die untere kritische Auflösungstemperatur (LCST) zu erreichen. Es kann davon ausgegangen werden, dass alle Systeme, die LCTS haben, auch UCTS haben (umgekehrt ist nicht notwendig). In den meisten Fällen siedet jedoch eine der mischbaren Flüssigkeiten unterhalb des VCTR. Das Nikotin-Wasser-System hat eine LCTR von 61
° C, und der VCTR ist 208° C. Zwischen 61-208° C Diese Flüssigkeiten sind begrenzt löslich, und außerhalb dieses Intervalls haben sie eine vollständige gegenseitige Löslichkeit.Feststoffe. Alle Feststoffe weisen eine begrenzte Löslichkeit in Flüssigkeiten auf. Ihre gesättigten Lösungen haben bei einer bestimmten Temperatur eine bestimmte Zusammensetzung, die von der Art des gelösten Stoffes und des Lösungsmittels abhängt. Die Löslichkeit von Natriumchlorid in Wasser ist also mehrere Millionen Mal höher als die Löslichkeit von Naphthalin in Wasser, und wenn sie in Benzol gelöst werden, wird das entgegengesetzte Bild beobachtet. Dieses Beispiel veranschaulicht die allgemeine Regel, dass sich ein Feststoff leicht in einer Flüssigkeit mit ähnlichen chemischen und physikalischen Eigenschaften auflöst, aber nicht in einer Flüssigkeit mit entgegengesetzten Eigenschaften.Salze sind normalerweise leicht in Wasser löslich und schlechter in anderen polaren Lösungsmitteln wie Alkohol und flüssigem Ammoniak. Allerdings ist auch die Löslichkeit von Salzen sehr unterschiedlich: Beispielsweise ist Ammoniumnitrat in Wasser millionenfach besser löslich als Silberchlorid.
Das Auflösen von Feststoffen in Flüssigkeiten geht üblicherweise mit Wärmeaufnahme einher, und nach dem Prinzip von Le Chatelier sollte ihre Löslichkeit beim Erhitzen zunehmen. Dieser Effekt kann genutzt werden, um Substanzen durch Umkristallisation zu reinigen. Dazu werden sie bei hoher Temperatur gelöst, bis eine gesättigte Lösung erhalten wird, dann wird die Lösung abgekühlt und nach dem Ausfällen des gelösten Stoffes filtriert. Es gibt Substanzen (z. B. Calciumhydroxid, -sulfat und -acetat), deren Löslichkeit in Wasser mit steigender Temperatur abnimmt.
Feststoffe können sich wie Flüssigkeiten auch vollständig ineinander auflösen und ein homogenes Gemisch bilden - eine echte feste Lösung, ähnlich einer flüssigen Lösung. Ineinander teilweise lösliche Substanzen bilden zwei im Gleichgewicht befindliche konjugierte feste Lösungen, deren Zusammensetzung sich mit der Temperatur ändert.
Verteilungskoeffizient. Wird eine Lösung eines Stoffes einem Gleichgewichtssystem zweier nicht oder teilweise mischbarer Flüssigkeiten zugesetzt, so verteilt sie sich unabhängig von der Gesamtmenge des Stoffes in einem bestimmten Verhältnis zwischen den Flüssigkeiten, wenn keine chemischen Wechselwirkungen im System vorliegen . Diese Regel wird als Verteilungsgesetz bezeichnet, und das Verhältnis der Konzentrationen eines gelösten Stoffes in Flüssigkeiten wird als Verteilungskoeffizient bezeichnet. Der Verteilungskoeffizient ist ungefähr gleich dem Verhältnis der Löslichkeit einer gegebenen Substanz in zwei Flüssigkeiten, d.h. Die Substanz wird entsprechend ihrer Löslichkeit auf Flüssigkeiten verteilt. Diese Eigenschaft wird verwendet, um eine bestimmte Substanz aus ihrer Lösung in einem Lösungsmittel mit einem anderen Lösungsmittel zu extrahieren. Ein weiteres Beispiel für seine Verwendung ist der Prozess der Silbergewinnung aus Erzen, bei denen es oft zusammen mit Blei enthalten ist. Dazu wird dem geschmolzenen Erz Zink zugesetzt, das sich nicht mit Blei vermischt. Silber wird zwischen geschmolzenem Blei und Zink verteilt, hauptsächlich in der oberen Schicht des letzteren. Diese Schicht wird gesammelt und das Silber durch Zinkdestillation abgetrennt.Löslichkeitsprodukt (ETC ). Zwischenüberschuss (Ausfällung) von Feststoff M x B j und seine gesättigte Lösung stellt ein dynamisches Gleichgewicht her, das durch die Gleichung beschrieben wirdDie Gleichgewichtskonstante dieser Reaktion ist
und wird Löslichkeitsprodukt genannt. Sie ist bei gegebener Temperatur und gegebenem Druck konstant und ist der Wert, aus dem die Löslichkeit des Niederschlags berechnet und verändert wird. Wird der Lösung eine Verbindung zugesetzt, die in gleichnamige Ionen wie die Ionen eines schwerlöslichen Salzes zerfällt, so nimmt entsprechend dem Ausdruck für PR die Löslichkeit des Salzes ab. Wenn eine Verbindung hinzugefügt wird, die mit einem der Ionen reagiert, wird es im Gegenteil zunehmen.Über einige Eigenschaften von Lösungen ionischer Verbindungen siehe auch ELEKTROLYTE.
LITERATUR Shakhparonov M.I. Einführung in die Molekulartheorie der Lösungen
. M, 1956 Remi I. Kurs der Anorganischen Chemie , tt. 1-2. M, 1963, 1966
Bis heute sind mehr als 3 Millionen verschiedene Substanzen bekannt. Und diese Zahl wächst jedes Jahr, da Synthesechemiker und andere Wissenschaftler ständig Experimente durchführen, um neue Verbindungen mit nützlichen Eigenschaften zu erhalten.
Einige der Substanzen sind natürliche Bewohner, die sich natürlich bilden. Die andere Hälfte sind künstlich und synthetisch. Sowohl im ersten als auch im zweiten Fall besteht jedoch ein erheblicher Teil aus gasförmigen Substanzen, Beispiele und Eigenschaften, auf die wir in diesem Artikel eingehen werden.
Aggregatzustände von Stoffen
Seit dem 17. Jahrhundert ist allgemein anerkannt, dass alle bekannten Verbindungen in drei Aggregatzuständen vorliegen können: feste, flüssige, gasförmige Stoffe. Sorgfältige Forschung in den letzten Jahrzehnten auf dem Gebiet der Astronomie, Physik, Chemie, Weltraumbiologie und anderer Wissenschaften hat jedoch bewiesen, dass es eine andere Form gibt. Das ist Plasma.
Was stellt sie dar? Dies ist teilweise oder vollständig und es stellt sich heraus, dass die überwiegende Mehrheit solcher Substanzen im Universum. Im Plasmazustand gibt es also:
- interstellare Materie;
- Weltraummaterie;
- die oberen Schichten der Atmosphäre;
- Nebel;
- Zusammensetzung vieler Planeten;
- Sterne.
Daher sagt man heute, dass es feste, flüssige, gasförmige Substanzen und Plasma gibt. Übrigens kann jedes Gas künstlich in einen solchen Zustand versetzt werden, wenn es einer Ionisierung unterzogen wird, dh gezwungen wird, sich in Ionen zu verwandeln.
Gasförmige Stoffe: Beispiele
Es gibt viele Beispiele für Stoffe, die in Betracht gezogen werden. Gase sind schließlich seit dem 17. Jahrhundert bekannt, als van Helmont, ein Naturforscher, erstmals Kohlendioxid gewann und begann, seine Eigenschaften zu untersuchen. Übrigens hat er dieser Gruppe von Verbindungen auch den Namen gegeben, da Gase seiner Meinung nach etwas Ungeordnetes, Chaotisches, Geistiges und Unsichtbares, aber Greifbares sind. Dieser Name hat in Russland Wurzeln geschlagen.
Es ist möglich, alle gasförmigen Stoffe zu klassifizieren, dann wird es einfacher sein, Beispiele zu nennen. Schließlich ist es schwierig, die ganze Vielfalt abzudecken.
Die Zusammensetzung unterscheidet sich:
- einfach,
- komplexe Moleküle.
Zur ersten Gruppe gehören solche, die aus gleichen Atomen in beliebiger Anzahl bestehen. Beispiel: Sauerstoff - O 2, Ozon - O 3, Wasserstoff - H 2, Chlor - CL 2, Fluor - F 2, Stickstoff - N 2 und andere.
- Schwefelwasserstoff - H 2 S;
- Chlorwasserstoff - HCl;
- Methan - CH 4;
- Schwefeldioxid - SO 2;
- braunes Gas - NO 2;
- Freon - CF 2 CL 2;
- Ammoniak - NH 3 und andere.
Klassifizierung nach Art der Stoffe
Sie können die Arten gasförmiger Substanzen auch nach ihrer Zugehörigkeit zur organischen und anorganischen Welt klassifizieren. Das heißt, durch die Natur der konstituierenden Atome. Organische Gase sind:
- die ersten fünf Vertreter (Methan, Ethan, Propan, Butan, Pentan). Allgemeine Formel C n H 2n+2 ;
- Ethylen - C 2 H 4;
- Acetylen oder Ethin - C 2 H 2;
- Methylamin - CH 3 NH 2 und andere.
Eine andere Klassifizierung, der die fraglichen Verbindungen unterzogen werden können, ist die Unterteilung basierend auf den Partikeln, aus denen die Zusammensetzung besteht. Nicht alle gasförmigen Substanzen bestehen aus Atomen. Beispiele für Strukturen, in denen Ionen, Moleküle, Photonen, Elektronen, Brownsche Teilchen, Plasma vorhanden sind, beziehen sich auch auf Verbindungen in einem solchen Aggregatzustand.
Eigenschaften von Gasen
Die Eigenschaften von Stoffen im betrachteten Zustand unterscheiden sich von denen fester oder flüssiger Verbindungen. Die Sache ist, dass die Eigenschaften von gasförmigen Stoffen besonders sind. Ihre Teilchen sind leicht und schnell beweglich, der Stoff als Ganzes ist isotrop, das heißt, die Eigenschaften werden nicht durch die Bewegungsrichtung der konstituierenden Strukturen bestimmt.
Es ist möglich, die wichtigsten physikalischen Eigenschaften gasförmiger Substanzen zu benennen, die sie von allen anderen Formen der Existenz von Materie unterscheiden.
- Dies sind Verbindungen, die nicht gesehen und kontrolliert werden können, die auf gewöhnliche menschliche Weise gefühlt werden können. Um die Eigenschaften zu verstehen und ein bestimmtes Gas zu identifizieren, stützen sie sich auf vier Parameter, die sie alle beschreiben: Druck, Temperatur, Stoffmenge (Mol), Volumen.
- Im Gegensatz zu Flüssigkeiten können Gase den gesamten Raum spurlos einnehmen, begrenzt nur durch die Größe des Behälters oder Raums.
- Alle Gase lassen sich leicht miteinander mischen, wobei diese Verbindungen keine Grenzfläche aufweisen.
- Es gibt leichtere und schwerere Vertreter, daher ist es unter dem Einfluss von Schwerkraft und Zeit möglich, ihre Trennung zu sehen.
- Diffusion ist eine der wichtigsten Eigenschaften dieser Verbindungen. Die Fähigkeit, andere Substanzen zu durchdringen und sie von innen zu sättigen, während sie innerhalb ihrer Struktur völlig ungeordnete Bewegungen ausführt.
- Echte Gase können keinen elektrischen Strom leiten, aber wenn wir von verdünnten und ionisierten Stoffen sprechen, dann steigt die Leitfähigkeit dramatisch an.
- Die Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit von Gasen ist gering und variiert von Spezies zu Spezies.
- Die Viskosität steigt mit zunehmendem Druck und steigender Temperatur.
- Für den Übergang zwischen den Phasen gibt es zwei Möglichkeiten: Verdampfung - die Flüssigkeit wird zu Dampf, Sublimation - der Feststoff wird unter Umgehung der Flüssigkeit gasförmig.
Eine Besonderheit von Dämpfen aus echten Gasen besteht darin, dass erstere unter bestimmten Bedingungen in eine flüssige oder feste Phase übergehen können, während letztere dies nicht können. Es sollte auch die Fähigkeit der betrachteten Verbindungen beachtet werden, einer Verformung zu widerstehen und flüssig zu sein.
Ähnliche Eigenschaften gasförmiger Substanzen ermöglichen deren breiten Einsatz in verschiedenen Bereichen von Wissenschaft und Technik, Industrie und Volkswirtschaft. Darüber hinaus sind spezifische Merkmale für jeden Vertreter streng individuell. Wir haben nur Merkmale berücksichtigt, die allen realen Strukturen gemeinsam sind.
Komprimierbarkeit
Bei unterschiedlichen Temperaturen sowie unter dem Einfluss von Druck können sich Gase komprimieren, ihre Konzentration erhöhen und das eingenommene Volumen verringern. Bei erhöhten Temperaturen dehnen sie sich aus, bei niedrigen Temperaturen schrumpfen sie.
Auch der Druck ändert sich. Die Dichte gasförmiger Stoffe nimmt zu und bei Erreichen eines kritischen Punktes, der für jeden Vertreter unterschiedlich ist, kann es zu einem Übergang in einen anderen Aggregatzustand kommen.
Die wichtigsten Wissenschaftler, die zur Entwicklung der Gaslehre beigetragen haben
Es gibt viele solcher Leute, weil das Studium von Gasen ein mühsamer und historisch langer Prozess ist. Lassen Sie uns auf die berühmtesten Persönlichkeiten eingehen, die es geschafft haben, die bedeutendsten Entdeckungen zu machen.
- 1811 eine Entdeckung gemacht. Es spielt keine Rolle, welche Gase, Hauptsache, sie sind unter den gleichen Bedingungen in einem Volumen von ihnen in gleicher Menge durch die Anzahl der Moleküle enthalten. Es gibt einen berechneten Wert, der nach dem Namen des Wissenschaftlers benannt ist. Es entspricht 6,03 * 10 23 Molekülen für 1 Mol eines beliebigen Gases.
- Fermi - schuf die Doktrin eines idealen Quantengases.
- Gay-Lussac, Boyle-Marriott - die Namen von Wissenschaftlern, die die grundlegenden kinetischen Gleichungen für Berechnungen erstellt haben.
- Robert Boyle.
- John Dalton.
- Jacques Charles und viele andere Wissenschaftler.
Die Struktur gasförmiger Substanzen
Das wichtigste Merkmal beim Aufbau des Kristallgitters der betrachteten Substanzen ist, dass sich an seinen Knoten entweder Atome oder Moleküle befinden, die durch schwache kovalente Bindungen miteinander verbunden sind. Es gibt auch Van-der-Waals-Kräfte, wenn es um Ionen, Elektronen und andere Quantensysteme geht.
Daher sind die Haupttypen von Gitterstrukturen für Gase:
- atomar;
- molekular.
Die Bindungen im Inneren brechen leicht, sodass diese Verbindungen keine feste Form haben, sondern das gesamte Raumvolumen ausfüllen. Dies erklärt auch die fehlende elektrische Leitfähigkeit und die schlechte Wärmeleitfähigkeit. Aber die Wärmedämmung von Gasen ist gut, weil sie dank Diffusion in Festkörper eindringen und in ihnen freie Clusterräume besetzen können. Gleichzeitig wird keine Luft durchgelassen, Wärme wird zurückgehalten. Dies ist die Grundlage für die kombinierte Nutzung von Gasen und Feststoffen für Bauzwecke.
Einfache Substanzen unter Gasen
Welche Gase in Bezug auf Struktur und Struktur zu dieser Kategorie gehören, haben wir oben bereits besprochen. Das sind diejenigen, die aus den gleichen Atomen bestehen. Beispiele gibt es viele, denn ein erheblicher Teil der Nichtmetalle aus dem gesamten Periodensystem liegt unter normalen Bedingungen in genau einem solchen Aggregatzustand vor. Zum Beispiel:
- weißer Phosphor - eines dieser Elemente;
- Stickstoff;
- Sauerstoff;
- Fluor;
- Chlor;
- Helium;
- Neon;
- Argon;
- Krypton;
- Xenon.
Die Moleküle dieser Gase können sowohl einatomig (Edelgase) als auch mehratomig (Ozon - O 3) sein. Die Art der Bindung ist kovalent unpolar, in den meisten Fällen eher schwach, aber nicht in allen. Das Kristallgitter des molekularen Typs, das es diesen Substanzen ermöglicht, sich leicht von einem Aggregatzustand in einen anderen zu bewegen. So zum Beispiel Jod unter normalen Bedingungen - dunkelviolette Kristalle mit metallischem Glanz. Wenn sie jedoch erhitzt werden, sublimieren sie in Clubs aus hellviolettem Gas - I 2.
Übrigens kann jede Substanz, einschließlich Metalle, unter bestimmten Bedingungen in einem gasförmigen Zustand existieren.
Komplexe Verbindungen gasförmiger Natur
Solche Gase sind natürlich die Mehrheit. Verschiedene Kombinationen von Atomen in Molekülen, verbunden durch kovalente Bindungen und Van-der-Waals-Wechselwirkungen, ermöglichen die Bildung hunderter verschiedener Vertreter des betrachteten Aggregatzustands.
Beispiele für hochkomplexe Stoffe unter den Gasen können alle Verbindungen sein, die aus zwei oder mehr verschiedenen Elementen bestehen. Dies kann beinhalten:
- Propan;
- Butan;
- Acetylen;
- Ammoniak;
- Silan;
- Phosphin;
- Methan;
- Schwefelkohlenstoff;
- Schwefeldioxid;
- braunes Gas;
- Freon;
- Ethylen und andere.
Kristallgitter des molekularen Typs. Viele der Vertreter lösen sich leicht in Wasser und bilden die entsprechenden Säuren. Die meisten dieser Verbindungen sind ein wichtiger Bestandteil chemischer Synthesen, die in der Industrie durchgeführt werden.
Methan und seine Homologen
Manchmal bezeichnet der allgemeine Begriff "Gas" ein natürliches Mineral, das eine ganze Mischung gasförmiger Produkte überwiegend organischer Natur ist. Es enthält Substanzen wie:
- Methan;
- Ethan;
- Propan;
- Butan;
- Ethylen;
- Acetylen;
- Pentan und einige andere.
In der Industrie sind sie sehr wichtig, denn es ist das Propan-Butan-Gemisch, das Haushaltsgas, mit dem gekocht wird, das als Energie- und Wärmequelle genutzt wird.
Viele von ihnen werden für die Synthese von Alkoholen, Aldehyden, Säuren und anderen organischen Substanzen verwendet. Der jährliche Erdgasverbrauch wird auf Billionen Kubikmeter geschätzt, und das ist durchaus gerechtfertigt.
Sauerstoff und Kohlendioxid
Welche gasförmigen Substanzen können als die am weitesten verbreiteten und sogar den Erstklässlern bekannten bezeichnet werden? Die Antwort liegt auf der Hand - Sauerstoff und Kohlendioxid. Schließlich sind sie die direkten Teilnehmer am Gasaustausch, der in allen Lebewesen auf dem Planeten stattfindet.
Es ist bekannt, dass Leben dank Sauerstoff möglich ist, da ohne ihn nur bestimmte Arten von anaeroben Bakterien existieren können. Und Kohlendioxid ist ein notwendiges "Ernährungsprodukt" für alle Pflanzen, die es aufnehmen, um den Prozess der Photosynthese durchzuführen.
Aus chemischer Sicht sind sowohl Sauerstoff als auch Kohlendioxid wichtige Substanzen für die Synthese von Verbindungen. Das erste ist ein starkes Oxidationsmittel, das zweite ist häufiger ein Reduktionsmittel.
Halogene
Dies ist eine solche Gruppe von Verbindungen, bei denen Atome Teilchen einer gasförmigen Substanz sind, die aufgrund einer kovalenten unpolaren Bindung paarweise miteinander verbunden sind. Allerdings sind nicht alle Halogene Gase. Brom ist unter normalen Bedingungen eine Flüssigkeit, während Jod ein stark sublimierbarer Feststoff ist. Fluor und Chlor sind für Lebewesen gesundheitsschädliche Giftstoffe, die stärksten Oxidationsmittel und in der Synthese weit verbreitet.
Ich erinnere mich, wie uns die Definition des Aggregatzustands der Materie schon in der Grundschule erklärt wurde. Der Lehrer gab ein gutes Beispiel über den Zinnsoldaten und dann wurde allen alles klar. Im Folgenden werde ich versuchen, meine Erinnerungen aufzufrischen.
Bestimmen Sie den Aggregatzustand
Nun, hier ist alles einfach: Nimmt man den Stoff in die Hand, ist er zu spüren und beim Drücken behält er sein Volumen und seine Form – das ist ein fester Zustand. Im flüssigen Zustand behält ein Stoff nicht seine Form, aber sein Volumen. Da ist zum Beispiel Wasser in einem Glas, im Moment hat es die Form eines Glases. Und wenn es in eine Tasse gegossen wird, nimmt es die Form einer Tasse an, aber die Wassermenge selbst ändert sich nicht. Das bedeutet, dass ein Stoff im flüssigen Zustand seine Form ändern kann, aber nicht sein Volumen. Im gasförmigen Zustand bleibt weder die Form noch das Volumen der Substanz erhalten, sondern sie versucht, den gesamten verfügbaren Raum auszufüllen.
Und in Bezug auf die Tabelle ist es erwähnenswert, dass Zucker und Salz wie flüssige Substanzen erscheinen mögen, aber tatsächlich sind sie lose Substanzen, ihr gesamtes Volumen besteht aus kleinen festen Kristallen.
Aggregatzustände: flüssig, fest, gasförmig
Alle Stoffe auf der Welt befinden sich in einem bestimmten Zustand: fest, flüssig oder gasförmig. Und jede Substanz kann von einem Zustand in einen anderen übergehen. Überraschenderweise kann sogar ein Zinnsoldat flüssig sein. Dafür müssen jedoch bestimmte Bedingungen geschaffen werden, nämlich in einem sehr, sehr heißen Raum aufgestellt zu werden, in dem das Zinn schmilzt und sich in flüssiges Metall verwandelt.
Aber am einfachsten betrachtet man den Aggregatzustand am Beispiel von Wasser.
- Wenn flüssiges Wasser gefroren ist, wird es zu Eis – das ist sein fester Zustand.
- Wenn flüssiges Wasser stark erhitzt wird, beginnt es zu verdampfen - dies ist sein gasförmiger Zustand.
- Und wenn Sie das Eis erhitzen, beginnt es zu schmelzen und verwandelt sich wieder in Wasser - dies wird als flüssiger Zustand bezeichnet.
Besonders hervorzuheben ist der Kondensationsprozess: Wenn Sie das verdunstete Wasser konzentrieren und abkühlen, wird der gasförmige Zustand zu einem festen - dies wird als Kondensation bezeichnet, und so bildet sich Schnee in der Atmosphäre.
