Otat erittäin kuuman suihkun pitkään, kylpyhuoneen peili peittyy höyryllä. Jätät vesikattilan ikkunaan ja huomaat sitten, että vesi on kiehunut pois ja kattila on palanut. Saatat ajatella, että vesi haluaa muuttua kaasusta nesteeksi, sitten nesteestä kaasuksi. Mutta milloin se tapahtuu?
Ilmastoidussa tilassa vesi haihtuu vähitellen missä tahansa lämpötilassa. Mutta se kiehuu vain tietyissä olosuhteissa. Kiehumispiste riippuu nesteen yläpuolella olevasta paineesta. Normaalissa ilmanpaineessa kiehumispiste on 100 astetta. Korkeuden kasvaessa paine laskee samalla tavalla kuin kiehumispiste. Mont Blancin huipulla on 85 astetta, eikä maukasta teetä voi valmistaa! Mutta painekattilassa, kun pilli puhaltaa, veden lämpötila on jo 130 astetta ja paine on 4 kertaa korkeampi kuin ilmanpaine. Tässä lämpötilassa ruoka kypsyy nopeammin ja maut eivät karkaa kaverin mukana, koska venttiili on kiinni.
Muutos aineen aggregaatiotilassa lämpötilan muutoksilla.
Mikä tahansa neste voi muuttua kaasumaiseksi, jos sitä kuumennetaan tarpeeksi, ja mikä tahansa kaasu nestemäiseksi, jos se jäähdytetään. Siksi kaasuliesissä ja maalla käytettävä butaani varastoidaan suljetuissa sylintereissä. Se on nestemäistä ja paineen alaista, kuten painekattilassa. Ja ulkoilmassa hieman alle 0 asteen lämpötilassa metaani kiehuu ja haihtuu hyvin nopeasti. Nesteytetty metaani varastoidaan jättiläissäiliöihin - tankkeihin. Normaalissa ilmanpaineessa metaani kiehuu 160 asteen lämpötilassa. Jotta kaasu ei pääse karkaamaan kuljetuksen aikana, säiliöitä kosketetaan varovasti kuin termoseja.
Muutos aineen aggregaatiotilassa paineen muutoksella.
Aineen nestemäisen ja kaasumaisen olomuodon välillä on riippuvuus lämpötilasta ja paineesta. Koska nestemäisessä tilassa oleva aine on kylläisempi kuin kaasumaisessa tilassa, voidaan ajatella, että jos painetta nostetaan, kaasu muuttuu välittömästi nesteeksi. Mutta se ei ole. Jos kuitenkin alat puristaa ilmaa polkupyörän pumpulla, huomaat sen lämpenevän. Se kerää energiaa, jonka siirrät siihen painamalla mäntää. Kaasu voidaan muuttaa nesteeksi puristamalla vain, jos sitä samanaikaisesti jäähdytetään. Toisaalta nesteet tarvitsevat lämpöä muuttuakseen kaasuiksi. Siksi haihtuva alkoholi tai eetteri ottaa lämpöä pois kehostamme, luo kylmän tunteen iholle. Meriveden haihtuminen tuulen vaikutuksesta jäähdyttää veden pintaa ja hikoilu jäähdyttää kehoa.
yksivaiheiset järjestelmät, jotka koostuvat kahdesta tai useammasta komponentista. Aggregaatiotilansa mukaan liuokset voivat olla kiinteitä, nestemäisiä tai kaasumaisia. Siten ilma on kaasumainen liuos, homogeeninen kaasuseos; vodka- nestemäinen liuos, useiden aineiden seos, jotka muodostavat yhden nestefaasin; merivettä- nestemäinen liuos, kiinteiden (suola) ja nestemäisten (vesi) aineiden seos, joka muodostaa yhden nestefaasin; messinki- kiinteä liuos, kahden kiinteän aineen (kuparin ja sinkin) seos, jotka muodostavat yhden kiinteän faasin. Bensiinin ja veden seos ei ole ratkaisu, koska nämä nesteet eivät liukene toisiinsa vaan jäävät kahden nestefaasin muodossa, joissa on rajapinta. Liuosten komponentit säilyttävät ainutlaatuiset ominaisuutensa eivätkä joudu kemiallisiin reaktioihin keskenään muodostaen uusia yhdisteitä. Joten kun sekoitetaan kaksi tilavuutta vetyä yhteen tilavuuteen happea, saadaan kaasumainen liuos. Jos tämä kaasuseos sytytetään, muodostuu uusi aine- vettä, joka ei sinänsä ole ratkaisu. Liuoksessa suurempia määriä olevaa komponenttia kutsutaan liuottimeksi, jäljelle jääneitä komponentteja- liuenneet aineet.Joskus on kuitenkin vaikea vetää rajaa aineiden fysikaalisen sekoittumisen ja niiden kemiallisen vuorovaikutuksen välille. Esimerkiksi kun sekoitetaan kaasumaista kloorivetyä veteen
H2O H-ioneja muodostuu 3 O + ja Cl - . Ne houkuttelevat viereisiä vesimolekyylejä itseensä muodostaen hydraatteja. Siten alkuperäiset komponentit - HCl ja H 2 O - tapahtuu merkittäviä muutoksia sekoittamisen jälkeen. Siitä huolimatta ionisaatiota ja hydraatiota (yleensä solvataatiota) pidetään fysikaalisina prosesseina, jotka tapahtuvat liuosten muodostuksen aikana.Yksi tärkeimmistä homogeenista faasia edustavista seostyypeistä ovat kolloidiset liuokset: geelit, soolit, emulsiot ja aerosolit. Partikkelikoko kolloidisissa liuoksissa on 1-1000 nm, todellisissa liuoksissa
~ 0,1 nm (molekyylikoon luokkaa).Peruskonseptit. Kahta ainetta, jotka liukenevat toisiinsa missä tahansa suhteessa todellisten liuosten muodostuessa, kutsutaan täysin keskenään liukoisiksi. Tällaisia aineita ovat kaikki kaasut, monet nesteet (esimerkiksi etyylialkoholi- vesi, glyseriini - vesi, bentseeni - bensiini), jotkut kiinteät aineet (esimerkiksi hopea - kulta). Kiinteiden liuosten saamiseksi on ensin sulatettava lähtöaineet, sitten ne sekoitettava ja annetaan kiinteytyä. Niiden täydellinen keskinäinen liukoisuus muodostaa yhden kiinteän faasin; jos liukoisuus on osittainen, tuloksena olevaan kiinteään aineeseen jää jonkin alkukomponentin pieniä kiteitä.Jos kaksi komponenttia muodostavat yhden faasin sekoitettuna vain tietyissä suhteissa ja muissa tapauksissa esiintyy kaksi faasia, niitä kutsutaan osittain keskenään liukoisiksi. Tällaisia ovat esimerkiksi vesi ja bentseeni: niistä saadaan todellisia liuoksia vain lisäämällä pieni määrä vettä suureen määrään bentseeniä tai pieni määrä bentseeniä suureen määrään vettä. Jos sekoitat yhtä suuret määrät vettä ja bentseeniä, muodostuu kaksifaasinen nestejärjestelmä. Sen alempi kerros on vettä, jossa on pieni määrä bentseeniä, ja ylempi
- bentseeniä pienellä määrällä vettä. On myös aineita, jotka eivät liukene lainkaan toisiinsa, esimerkiksi vesi ja elohopea. Jos kaksi ainetta liukenevat vain osittain toisiinsa, niin tietyssä lämpötilassa ja paineessa on raja, jolla yhden aineen määrä voi muodostaa todellisen liuoksen toisen kanssa tasapainoolosuhteissa. Liuosta, jossa on liuenneen aineen pitoisuus rajoittava, kutsutaan kylläiseksi. Voit myös valmistaa ns. ylikyllästettyä liuosta, jossa liuenneen aineen pitoisuus on jopa suurempi kuin kyllästetyssä. Ylikyllästyt liuokset ovat kuitenkin epästabiileja, ja pienimmälläkin olosuhteiden muutoksilla, kuten sekoituksella, pölyhiukkasilla tai liuenneiden kiteiden lisäämisellä, ylimäärä liuennutta ainetta saostuu.Mikä tahansa neste alkaa kiehua lämpötilassa, jossa sen kylläisen höyryn paine saavuttaa ulkoisen paineen arvon. Esimerkiksi vesi, jonka paine on 101,3 kPa, kiehuu 100 asteessa
° C, koska tässä lämpötilassa vesihöyryn paine on tasan 101,3 kPa. Jos kuitenkin jokin haihtumaton aine liuotetaan veteen, sen höyrynpaine laskee. Saadaksesi saadun liuoksen höyrynpaineen arvoon 101,3 kPa, sinun on lämmitettävä liuos yli 100° C. Tästä seuraa, että liuoksen kiehumispiste on aina korkeampi kuin puhtaan liuottimen kiehumispiste. Liuosten jäätymispisteen lasku selitetään samalla tavalla.Raoultin laki. Vuonna 1887 ranskalainen fyysikko F. Raul, tutkiessaan erilaisten haihtumattomien nesteiden ja kiinteiden aineiden liuoksia, loi lain, joka koskee höyrynpaineen laskua laimennettujen ei-elektrolyyttien liuoksiin, joiden pitoisuus on: kylläisen höyryn paineen suhteellinen lasku liuottimen määrä liuokseen verrattuna on yhtä suuri kuin liuenneen aineen mooliosuus. Raoultin laista seuraa, että laimean liuoksen kiehumispisteen nousu tai jäätymispisteen lasku puhtaaseen liuottimeen verrattuna on verrannollinen liuenneen aineen moolipitoisuuteen (tai mooliosuuteen) ja sitä voidaan käyttää sen molekyylitason määrittämiseen. paino.Ratkaisua, jonka käyttäytyminen noudattaa Raoultin lakia, kutsutaan ideaaliksi. Lähimmät ideaaliset ratkaisut ovat polaarittomat kaasut ja nesteet (joiden molekyylit eivät muuta suuntausta sähkökentässä). Tällöin liukenemislämpö on nolla ja liuosten ominaisuudet voidaan suoraan ennustaa, kun tiedetään alkukomponenttien ominaisuudet ja niiden sekoitussuhteet. Todellisissa ratkaisuissa tällaista ennustetta ei voida tehdä. Todellisten liuosten muodostumisen aikana lämpöä yleensä vapautuu tai imeytyy. Prosesseja, joissa lämpöä vapautuu, kutsutaan eksotermisiksi, ja niitä, joissa on absorptiota, kutsutaan endotermisiksi.
Niitä liuoksen ominaisuuksia, jotka riippuvat pääasiassa sen pitoisuudesta (liuenneen aineen molekyylien määrä liuottimen tilavuus- tai massayksikköä kohti), eivätkä liuenneen aineen luonteesta, kutsutaan ns.
kolligatiivinen . Esimerkiksi puhtaan veden kiehumispiste normaalissa ilmanpaineessa on 100° C, ja liuoksen, joka sisältää 1 moolia liuennutta (ei-dissosioituvaa) ainetta 1000 g:ssa vettä, kiehumispiste on jo 100,52° C riippumatta tämän aineen luonteesta. Jos aine dissosioituu muodostaen ioneja, kiehumispiste nousee suhteessa liuenneen aineen hiukkasten kokonaismäärän kasvuun, joka dissosiaatiosta johtuen ylittää liuokseen lisätyn aineen molekyylien määrän. Muita tärkeitä kolligatiivisia suureita ovat liuoksen jäätymispiste, osmoottinen paine ja liuottimen osahöyrynpaine.Liuoksen pitoisuus on arvo, joka kuvastaa liuenneen aineen ja liuottimen välisiä suhteita. Sellaiset kvalitatiiviset käsitteet kuten "laimennettu" ja "väkevöity" sanovat vain, että liuos sisältää vähän tai paljon liuennutta ainetta. Liuoskonsentraation kvantifiointiin käytetään usein prosentteja (massa tai tilavuus) ja tieteellisessä kirjallisuudessa - moolimäärää tai kemiallisia ekvivalentteja. (cm . VASTAAVA PAINO)liuennutta ainetta liuottimen tai liuoksen massa- tai tilavuusyksikköä kohti. Pitoisuusyksiköt tulee aina määrittää tarkasti sekaannusten välttämiseksi. Harkitse seuraavaa esimerkkiä. Liuos, joka koostuu 90 g:sta vettä (sen tilavuus on 90 ml, koska veden tiheys on 1 g / ml) ja 10 g:sta etyylialkoholia (sen tilavuus on 12,6 ml, koska alkoholin tiheys on 0,794 g / ml) , jonka massa on 100 g, mutta tämän liuoksen tilavuus on 101,6 ml (ja vastaisi 102,6 ml:a, jos vettä ja alkoholia sekoitettaessa niiden tilavuudet yksinkertaisesti lasketaan yhteen). Liuoksen prosentuaalinen pitoisuus voidaan laskea eri tavoilla: tai
Yleisin yksikkö on molaarisuus, mutta joitain epäselvyyksiä on otettava huomioon sitä laskettaessa. Esimerkiksi tietyn aineen 1 M liuoksen saamiseksi sen tarkka paino on yhtä suuri kuin mol. massa grammoina ja lisää liuoksen tilavuus 1 litraan. Tämän liuoksen valmistamiseen tarvittava vesimäärä voi vaihdella hieman lämpötilan ja paineen mukaan. Siksi kahdella eri olosuhteissa valmistetulla yksimolaarisella liuoksella ei itse asiassa ole täsmälleen samaa pitoisuutta. Molaalisuus lasketaan tietystä liuottimen massasta (1000 g), joka on riippumaton lämpötilasta ja paineesta. Laboratoriokäytännössä on paljon kätevämpää mitata tiettyjä nesteiden tilavuuksia (tätä varten on byrettejä, pipettejä, mittapulloja) kuin punnita niitä, joten tieteellisessä kirjallisuudessa pitoisuudet ilmaistaan usein mooliina ja molaalisuus on yleensä käytetään vain erittäin tarkkoihin mittauksiin.
Normaalia käytetään yksinkertaistamaan laskelmia. Kuten olemme jo sanoneet, aineet ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa vastaavia määriä vastaavissa määrin. Valmistettuamme eri aineiden liuokset, joilla on sama normaalisuus ja otettu niiden samat tilavuudet, voimme olla varmoja, että ne sisältävät saman määrän ekvivalentteja.
Kun liuottimen ja liuenneen aineen erottaminen on vaikeaa (tai ei välttämätöntä), pitoisuus mitataan mooliosuuksina. Moolifraktiot, kuten molaliteetti, eivät riipu lämpötilasta ja paineesta.
Kun tiedetään liuenneen aineen ja liuoksen tiheydet, yksi pitoisuus voidaan muuntaa toiseksi: molaarisuus molaaliseksi, mooliosuus ja päinvastoin. Tietyn liuenneen aineen ja liuottimen laimeille liuoksille nämä kolme määrää ovat verrannollisia toisiinsa.
Liukoisuus Tietyn aineen kyky muodostaa liuoksia muiden aineiden kanssa. Kvantitatiivisesti kaasun, nesteen tai kiinteän aineen liukoisuus mitataan niiden tyydyttyneen liuoksen pitoisuudella tietyssä lämpötilassa. Tämä on tärkeä aineen ominaisuus, joka auttaa ymmärtämään sen luonnetta sekä vaikuttamaan reaktioiden kulkuun, joihin tämä aine osallistuu.Kaasut. Kemiallisen vuorovaikutuksen puuttuessa kaasut sekoittuvat keskenään missä tahansa suhteessa, ja tässä tapauksessa ei ole järkevää puhua kyllästymisestä. Kuitenkin, kun kaasu liukenee nesteeseen, on olemassa tietty rajapitoisuus, joka riippuu paineesta ja lämpötilasta. Kaasujen liukoisuus joihinkin nesteisiin korreloi niiden kyvyn kanssa nesteytyä. Helposti nesteytetyt kaasut, kuten NH 3, HCl, SO 2 , ovat liukoisempia kuin vaikeasti nesteytettävät kaasut, kuten O 2, H2 ja hän. Kemiallisen vuorovaikutuksen läsnä ollessa liuottimen ja kaasun välillä (esimerkiksi veden ja NH:n välillä 3 tai HCl) liukoisuus kasvaa. Tietyn kaasun liukoisuus vaihtelee liuottimen luonteen mukaan, mutta kaasujen järjestys liukoisuuden kasvun mukaan pysyy suunnilleen samana eri liuottimilla.Liukenemisprosessi noudattaa Le Chatelier'n (1884) periaatetta: jos tasapainossa olevaan järjestelmään kohdistuu jokin vaikutus, niin siinä tapahtuvien prosessien seurauksena tasapaino siirtyy siihen suuntaan, että vaikutus pienenee. Kaasujen liukenemiseen nesteisiin liittyy yleensä lämmön vapautumista. Tässä tapauksessa Le Chatelierin periaatteen mukaisesti kaasujen liukoisuus laskee. Tämä väheneminen on sitä enemmän havaittavissa, mitä korkeampi on kaasujen liukoisuus: tällaisilla kaasuilla on ja b
korkeampi liuoksen lämpö. Keitetyn tai tislatun veden "pehmeä" maku johtuu siitä, että siinä ei ole ilmaa, koska sen liukoisuus korkeissa lämpötiloissa on hyvin pieni.Paineen kasvaessa kaasujen liukoisuus kasvaa. Henryn lain (1803) mukaan kaasun massa, joka voi liueta tiettyyn tilavuuteen nestettä vakiolämpötilassa, on verrannollinen sen paineeseen. Tätä ominaisuutta käytetään hiilihapollisten juomien valmistukseen. Hiilidioksidi liukenee nesteeseen 3-4 atm:n paineessa; näissä olosuhteissa 3-4 kertaa enemmän kaasua (massan mukaan) voi liueta tiettyyn tilavuuteen kuin 1 atm. Kun tällaista nestettä sisältävä säiliö avataan, paine siinä laskee ja osa liuenneesta kaasusta vapautuu kuplien muodossa. Samanlainen vaikutus havaitaan avattaessa samppanjapulloa tai kun maanalainen vesi, joka on kyllästetty syvällä hiilidioksidilla, tulee pintaan.
Kun kaasuseos liuotetaan yhteen nesteeseen, jokaisen niiden liukoisuus pysyy samana kuin muiden komponenttien puuttuessa samassa paineessa kuin seoksen tapauksessa (Daltonin laki).
Nesteet. Kahden nesteen keskinäinen liukoisuus määräytyy sen mukaan, kuinka samanlainen niiden molekyylien rakenne on ("kuten liukenee kuten"). Ei-polaarisille nesteille, kuten hiilivedyille, on ominaista heikko molekyylien välinen vuorovaikutus, joten yhden nesteen molekyylit tunkeutuvat helposti toisen molekyylien väliin, ts. nesteet sekoitetaan hyvin. Sitä vastoin polaariset ja ei-polaariset nesteet, kuten vesi ja hiilivedyt, eivät sekoitu hyvin keskenään. Jokaisen vesimolekyylin on ensin poistuttava muiden samankaltaisten molekyylien ympäristöstä, jotka vetävät sitä voimakkaasti puoleensa, ja tunkeuduttava hiilivetymolekyylien väliin, jotka vetävät sitä heikosti puoleensa. Sitä vastoin hiilivetymolekyylien on liukeneessaan veteen puristauduttava vesimolekyylien väliin, voittamalla niiden vahva keskinäinen vetovoima, ja tämä vaatii energiaa. Lämpötilan noustessa molekyylien kineettinen energia kasvaa, molekyylien välinen vuorovaikutus heikkenee ja veden ja hiilivetyjen liukoisuus kasvaa. Merkittävällä lämpötilan nousulla voidaan saavuttaa niiden täydellinen keskinäinen liukoisuus. Tätä lämpötilaa kutsutaan ylemmaksi kriittiseksi liuoslämpötilaksi (UCST).Joissakin tapauksissa kahden osittain sekoittuvan nesteen keskinäinen liukoisuus kasvaa lämpötilan laskeessa. Tämä vaikutus havaitaan, kun lämpöä vapautuu sekoituksen aikana, yleensä kemiallisen reaktion seurauksena. Lämpötilan merkittävällä laskulla, mutta ei jäätymispisteen alapuolella, on mahdollista saavuttaa alempi kriittinen liukenemislämpötila (LCST). Voidaan olettaa, että kaikissa järjestelmissä, joissa on LCTS, on myös UCTS (päinvastoin ei ole välttämätöntä). Useimmissa tapauksissa yksi sekoittuvista nesteistä kiehuu kuitenkin VCTR:n alapuolella. Nikotiini-vesijärjestelmän LCTR on 61
° C, ja VCTR on 208° C. Välillä 61-208° C nämä nesteet ovat rajoitetusti liukenevia, ja tämän aikavälin ulkopuolella niillä on täydellinen keskinäinen liukoisuus.Kiinteät aineet. Kaikilla kiinteillä aineilla on rajoitettu liukoisuus nesteisiin. Niiden kyllästetyillä liuoksilla on tietty koostumus tietyssä lämpötilassa, joka riippuu liuenneen aineen ja liuottimen luonteesta. Joten natriumkloridin liukoisuus veteen on useita miljoonia kertoja suurempi kuin naftaleenin liukoisuus veteen, ja kun ne liuotetaan bentseeniin, havaitaan päinvastainen kuva. Tämä esimerkki havainnollistaa yleissääntöä, jonka mukaan kiinteä aine liukenee helposti nesteeseen, jolla on samanlaiset kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet kuin sillä, mutta ei liukene nesteeseen, jolla on vastakkaiset ominaisuudet.Suolat liukenevat yleensä helposti veteen ja huonommin muihin polaarisiin liuottimiin, kuten alkoholiin ja nestemäiseen ammoniakkiin. Kuitenkin myös suolojen liukoisuus vaihtelee huomattavasti: esimerkiksi ammoniumnitraatilla on miljoonia kertoja parempi vesiliukoisuus kuin hopeakloridilla.
Kiinteiden aineiden liukenemiseen nesteisiin liittyy yleensä lämmön absorptio, ja Le Chatelier'n periaatteen mukaan niiden liukoisuuden tulisi kasvaa kuumentamalla. Tätä vaikutusta voidaan käyttää aineiden puhdistamiseen uudelleenkiteyttämällä. Tätä varten niitä liuotetaan korkeassa lämpötilassa, kunnes saadaan kylläinen liuos, sitten liuos jäähdytetään ja liuenneen aineen saostumisen jälkeen suodatetaan. On aineita (esim. kalsiumhydroksidi, sulfaatti ja asetaatti), joiden liukoisuus veteen laskee lämpötilan noustessa.
Kiinteät aineet, kuten nesteet, voivat myös liueta täysin toisiinsa muodostaen homogeenisen seoksen - todellisen kiinteän liuoksen, joka on samanlainen kuin nestemäinen liuos. Toisiinsa osittain liukenevat aineet muodostavat kaksi tasapainokonjugoitua kiinteää liuosta, joiden koostumukset muuttuvat lämpötilan mukaan.
Jakaumakerroin. Jos aineen liuos lisätään kahden sekoittumattoman tai osittain sekoittumattoman nesteen tasapainojärjestelmään, se jakautuu nesteiden kesken tietyssä suhteessa aineen kokonaismäärästä riippumatta, ellei järjestelmässä ole kemiallisia vuorovaikutuksia. . Tätä sääntöä kutsutaan jakautumislaiksi ja liuenneen aineen pitoisuuksien suhdetta nesteisiin kutsutaan jakautumiskertoimeksi. Jakautumiskerroin on suunnilleen yhtä suuri kuin tietyn aineen liukoisuuden suhde kahteen nesteeseen, ts. aine jakautuu nesteiden kesken sen liukoisuuden mukaan. Tätä ominaisuutta käytetään tietyn aineen uuttamiseen sen liuoksesta yhdessä liuottimessa käyttämällä toista liuotinta. Toinen esimerkki sen käytöstä on hopean uuttaminen malmeista, johon se usein sisällytetään yhdessä lyijyn kanssa. Tätä varten sulaan malmiin lisätään sinkkiä, joka ei sekoitu lyijyn kanssa. Hopea jakautuu sulan lyijyn ja sinkin välillä, pääasiassa viimeksi mainitun ylemmässä kerroksessa. Tämä kerros kerätään ja hopea erotetaan sinkkitislaamalla.Liukoisuustuote (JNE ). Kiintoaineen ylimäärän (saostumisen) välillä M x B y ja sen kyllästetty liuos saa aikaan yhtälön kuvaaman dynaamisen tasapainonTämän reaktion tasapainovakio on
ja sitä kutsutaan liukoisuustuotteeksi. Se on vakio tietyssä lämpötilassa ja paineessa ja on arvo, josta sakan liukoisuus lasketaan ja sitä muutetaan. Jos liuokseen lisätään yhdistettä, joka dissosioituu samannimisiksi ioneiksi kuin niukkaliukoisen suolan ionit, niin suolan liukoisuus laskee PR:n lausekkeen mukaisesti. Kun lisätään yhdistettä, joka reagoi jonkin ionin kanssa, se päinvastoin kasvaa.Joistakin ioniyhdisteiden liuosten ominaisuuksista Katso myös ELEKTROLYYTIT.
KIRJALLISUUS Shakhparonov M.I. Johdatus liuosten molekyyliteoriaan
. M., 1956 Remy I. Epäorgaanisen kemian kurssi , tt. 1-2. M., 1963, 1966
Tähän mennessä tiedetään olevan olemassa yli 3 miljoonaa erilaista ainetta. Ja tämä luku kasvaa joka vuosi, koska synteettiset kemistit ja muut tutkijat tekevät jatkuvasti kokeita saadakseen uusia yhdisteitä, joilla on joitain hyödyllisiä ominaisuuksia.
Jotkut aineista ovat luonnollisia asukkaita, jotka muodostuvat luonnollisesti. Toinen puoli on keinotekoista ja synteettistä. Sekä ensimmäisessä että toisessa tapauksessa merkittävä osa koostuu kuitenkin kaasumaisista aineista, joiden esimerkkejä ja ominaisuuksia tarkastelemme tässä artikkelissa.
Aineiden aggregaatit
1600-luvulta lähtien on yleisesti hyväksytty, että kaikki tunnetut yhdisteet voivat esiintyä kolmessa aggregaatiotilassa: kiinteät, nestemäiset, kaasumaiset aineet. Viime vuosikymmenien huolellinen tutkimus tähtitieteen, fysiikan, kemian, avaruusbiologian ja muiden tieteiden alalla on kuitenkin osoittanut, että on olemassa toinen muoto. Tämä on plasmaa.
Mitä hän edustaa? Tämä on osittain tai kokonaan Ja käy ilmi, että suurin osa tällaisista aineista universumissa. Joten plasmatilassa on:
- tähtienvälinen aine;
- avaruusaine;
- ilmakehän ylemmät kerrokset;
- sumut;
- monien planeettojen koostumus;
- tähdet.
Siksi nykyään he sanovat, että on olemassa kiinteitä, nestemäisiä, kaasumaisia aineita ja plasmaa. Muuten, jokainen kaasu voidaan siirtää keinotekoisesti sellaiseen tilaan, jos se ionisoidaan, eli pakotetaan muuttumaan ioneiksi.
Kaasumaiset aineet: esimerkkejä
Käsiteltävänä olevista aineista on monia esimerkkejä. Kaasuthan ovat olleet tiedossa 1600-luvulta lähtien, jolloin luonnontieteilijä van Helmont sai ensimmäisen kerran hiilidioksidia ja alkoi tutkia sen ominaisuuksia. Muuten, hän antoi myös nimen tälle yhdisteryhmälle, koska hänen mielestään kaasut ovat jotain sekavaa, kaoottista, henkiin liittyvää ja jotain näkymätöntä, mutta konkreettista. Tämä nimi on juurtunut Venäjälle.
Kaikki kaasumaiset aineet voidaan luokitella, niin on helpompi antaa esimerkkejä. Loppujen lopuksi on vaikea kattaa kaikkea monimuotoisuutta.
Koostumus erottuu:
- yksinkertainen,
- monimutkaisia molekyylejä.
Ensimmäiseen ryhmään kuuluvat ne, jotka koostuvat samoista atomeista missä tahansa lukumäärässä. Esimerkki: happi - O 2, otsoni - O 3, vety - H 2, kloori - CL 2, fluori - F 2, typpi - N 2 ja muut.
- rikkivety - H2S;
- kloorivety - HCL;
- metaani - CH4;
- rikkidioksidi - S02;
- ruskea kaasu - NO 2;
- freoni - CF 2 CL 2;
- ammoniakki - NH 3 ja muut.
Luokittelu aineiden luonteen mukaan
Voit myös luokitella kaasumaisten aineiden tyypit orgaaniseen ja epäorgaaniseen maailmaan kuulumisen mukaan. Eli atomien luonteesta johtuen. Orgaaniset kaasut ovat:
- viisi ensimmäistä edustajaa (metaani, etaani, propaani, butaani, pentaani). Yleinen kaava CnH2n+2;
- eteeni - C2H4;
- asetyleeni tai etyyni - C2H2;
- metyyliamiini - CH3NH2 ja muut.
Toinen luokittelu, joka voidaan kohdistaa kyseessä oleville yhdisteille, on jako koostumuksen muodostavien hiukkasten perusteella. Kaikki kaasumaiset aineet eivät koostu atomeista. Esimerkit rakenteista, joissa on ioneja, molekyylejä, fotoneja, elektroneja, Brownin hiukkasia, plasmaa, viittaavat myös sellaisiin yhdisteisiin, jotka ovat aggregoituneita.
Kaasujen ominaisuudet
Tarkasteltavassa tilassa olevien aineiden ominaisuudet eroavat kiinteiden tai nestemäisten yhdisteiden ominaisuuksista. Asia on, että kaasumaisten aineiden ominaisuudet ovat erityisiä. Niiden hiukkaset ovat helposti ja nopeasti liikkuvia, aine kokonaisuudessaan on isotrooppinen, eli ominaisuuksia ei määrätä rakenneosien liikesuunnassa.
On mahdollista nimetä kaasumaisten aineiden tärkeimmät fysikaaliset ominaisuudet, jotka erottavat ne kaikista muista aineen olemassaolon muodoista.
- Nämä ovat yhteyksiä, joita ei voi nähdä ja hallita, tuntea tavallisilla inhimillisillä tavoilla. Ymmärtääkseen ominaisuudet ja tunnistaakseen tietyn kaasun ne luottavat neljään parametriin, jotka kuvaavat niitä kaikkia: paine, lämpötila, aineen määrä (mol), tilavuus.
- Toisin kuin nesteet, kaasut pystyvät miehittämään koko tilan ilman jälkiä, ja sitä rajoittaa vain astian tai huoneen koko.
- Kaikki kaasut sekoittuvat helposti keskenään, kun taas näillä yhdisteillä ei ole rajapintaa.
- On kevyempiä ja raskaampia edustajia, joten painovoiman ja ajan vaikutuksesta on mahdollista nähdä niiden erottelu.
- Diffuusio on yksi näiden yhdisteiden tärkeimmistä ominaisuuksista. Kyky tunkeutua muihin aineisiin ja kyllästää ne sisältäpäin, samalla kun se tekee rakenteessa täysin häiriintyneitä liikkeitä.
- Todelliset kaasut eivät voi johtaa sähkövirtaa, mutta jos puhumme harvinaisista ja ionisoiduista aineista, johtavuus kasvaa dramaattisesti.
- Kaasujen lämpökapasiteetti ja lämmönjohtavuus ovat alhaisia ja vaihtelevat lajeittain.
- Viskositeetti kasvaa paineen ja lämpötilan noustessa.
- Vaiheiden väliselle siirtymälle on kaksi vaihtoehtoa: haihdutus - neste muuttuu höyryksi, sublimaatio - kiinteä aine, ohittaen nesteen, muuttuu kaasumaiseksi.
Todellisista kaasuista peräisin olevien höyryjen erottuva piirre on, että ensimmäiset voivat tietyissä olosuhteissa siirtyä nestemäiseen tai kiinteään faasiin, kun taas jälkimmäiset eivät. On myös huomioitava tarkasteltavien yhdisteiden kyky vastustaa muodonmuutosta ja olla juoksevaa.
Kaasumaisten aineiden samanlaiset ominaisuudet mahdollistavat niiden laajan käytön tieteen ja teknologian eri aloilla, teollisuudessa ja kansantaloudessa. Lisäksi kunkin edustajan erityisominaisuudet ovat ehdottomasti yksilöllisiä. Olemme tarkastelleet vain kaikille todellisille rakenteille yhteisiä piirteitä.
Kokoonpuristuvuus
Eri lämpötiloissa sekä paineen vaikutuksesta kaasut voivat puristaa kokoon, mikä lisää niiden pitoisuutta ja vähentää käytettyä tilavuutta. Korkeissa lämpötiloissa ne laajenevat, matalissa lämpötiloissa ne kutistuvat.
Myös paine muuttuu. Kaasumaisten aineiden tiheys kasvaa ja kriittisen pisteen saavuttaessa, joka on erilainen kullekin edustajalle, voi tapahtua siirtyminen toiseen aggregaatiotilaan.
Tärkeimmät tutkijat, jotka osallistuivat kaasudoktriinin kehittämiseen
Tällaisia ihmisiä on monia, koska kaasujen tutkiminen on työläs ja historiallisesti pitkä prosessi. Pysähdytään kuuluisimpiin henkilöihin, jotka onnistuivat tekemään merkittävimmät löydöt.
- teki löydön vuonna 1811. Ei ole väliä mitkä kaasut, pääasia on, että samoissa olosuhteissa niitä sisältyy yhteen tilavuuteen yhtä suurena määränä molekyylien lukumäärällä. On laskettu arvo, joka on nimetty tiedemiehen nimen mukaan. Se vastaa 6,03 * 10 23 molekyyliä yhtä moolia kohden mitä tahansa kaasua.
- Fermi - loi opin ihanteellisesta kvanttikaasusta.
- Gay-Lussac, Boyle-Marriott - niiden tutkijoiden nimet, jotka loivat kineettiset perusyhtälöt laskelmia varten.
- Robert Boyle.
- John Dalton.
- Jacques Charles ja monet muut tiedemiehet.
Kaasumaisten aineiden rakenne
Tärkein piirre tarkasteltavien aineiden kidehilan rakentamisessa on, että sen solmukohdissa on joko atomeja tai molekyylejä, jotka ovat yhteydessä toisiinsa heikoilla kovalenttisilla sidoksilla. On myös van der Waalsin voimia, kun kyse on ioneista, elektroneista ja muista kvanttijärjestelmistä.
Siksi kaasujen hilarakenteiden päätyypit ovat:
- atomi;
- molekyylinen.
Sisällä olevat sidokset katkeavat helposti, joten näillä yhdisteillä ei ole pysyvää muotoa, vaan ne täyttävät koko tilatilan. Tämä selittää myös sähkönjohtavuuden puutteen ja huonon lämmönjohtavuuden. Mutta kaasujen lämmöneristys on hyvä, koska diffuusion ansiosta ne pystyvät tunkeutumaan kiintoaineisiin ja viemään vapaita klusteritiloja niiden sisällä. Samaan aikaan ilmaa ei kuljeta, lämpö säilyy. Tämä on perusta kaasujen ja kiinteiden aineiden yhdistelmäkäytölle rakennustarkoituksiin.
Yksinkertaiset aineet kaasujen joukossa
Mitkä kaasut kuuluvat tähän luokkaan rakenteen ja rakenteen suhteen, olemme jo käsitelleet edellä. Nämä ovat niitä, jotka koostuvat samoista atomeista. Esimerkkejä on monia, koska merkittävä osa ei-metalleista koko jaksollisesta järjestelmästä normaaleissa olosuhteissa on tässä aggregaatiotilassa. Esimerkiksi:
- valkoinen fosfori - yksi tästä elementistä;
- typpi;
- happi;
- fluori;
- kloori;
- helium;
- neon;
- argon;
- krypton;
- xenon.
Näiden kaasujen molekyylit voivat olla sekä yksiatomisia (jalokaasuja) että moniatomisia (otsoni - O 3). Sidostyyppi on kovalenttinen ei-polaarinen, useimmissa tapauksissa se on melko heikko, mutta ei kaikissa. Molekyylityyppinen kidehila, jonka avulla nämä aineet voivat siirtyä helposti aggregaatiotilasta toiseen. Joten esimerkiksi jodi normaaleissa olosuhteissa - tumman violetit kiteet, joilla on metallinen kiilto. Kuumennettaessa ne kuitenkin sublimoituvat kirkkaan violetiksi kaasukerroksiksi - I 2.
Muuten, mikä tahansa aine, mukaan lukien metallit, voi tietyissä olosuhteissa esiintyä kaasumaisessa tilassa.
Monimutkaiset kaasumaiset yhdisteet
Tällaisia kaasuja on tietysti suurin osa. Erilaiset atomien yhdistelmät molekyyleissä, joita yhdistävät kovalenttiset sidokset ja van der Waalsin vuorovaikutukset, mahdollistavat satojen erilaisten edustajien muodostumisen tarkasteltavana olevasta aggregaattitilasta.
Esimerkkejä täsmälleen monimutkaisista aineista kaasujen joukossa voivat olla kaikki yhdisteet, jotka koostuvat kahdesta tai useammasta eri alkuaineesta. Tämä voi sisältää:
- propaani;
- butaani;
- asetyleeni;
- ammoniakki;
- silaani;
- fosfiini;
- metaani;
- hiilidisulfidi;
- rikkidioksidi;
- ruskea kaasu;
- freoni;
- eteeni ja muut.
Molekyylityyppinen kidehila. Monet edustajat liukenevat helposti veteen muodostaen vastaavat hapot. Suurin osa näistä yhdisteistä on tärkeä osa teollisuuden kemiallisia synteesejä.
Metaani ja sen homologit
Joskus yleinen käsite "kaasu" tarkoittaa luonnollista mineraalia, joka on koko seos kaasumaisia, pääasiassa orgaanisia tuotteita. Se sisältää aineita, kuten:
- metaani;
- etaani;
- propaani;
- butaani;
- eteeni;
- asetyleeni;
- pentaani ja jotkut muut.
Teollisuudessa ne ovat erittäin tärkeitä, koska juuri propaani-butaaniseos on kotitalouskaasu, jolla ihmiset valmistavat ruokaa ja jota käytetään energian ja lämmön lähteenä.
Monia niistä käytetään alkoholien, aldehydien, happojen ja muiden orgaanisten aineiden synteesiin. Maakaasun vuosikulutuksen arvioidaan olevan biljoonia kuutiometrejä, ja tämä on täysin perusteltua.
Happi ja hiilidioksidi
Mitä kaasumaisia aineita voidaan kutsua yleisimmiksi ja tunnetuiksi jopa ekaluokkalaisille? Vastaus on ilmeinen - happi ja hiilidioksidi. Loppujen lopuksi he ovat suoria osallistujia kaasunvaihdossa, joka tapahtuu kaikissa planeetan elävissä olennoissa.
Tiedetään, että hapen ansiosta elämä on mahdollista, koska ilman sitä voi esiintyä vain tietyntyyppisiä anaerobisia bakteereja. Ja hiilidioksidi on välttämätön "ravintotuote" kaikille kasveille, jotka imevät sitä fotosynteesiprosessin suorittamiseksi.
Kemiallisesta näkökulmasta sekä happi että hiilidioksidi ovat tärkeitä aineita yhdisteiden syntetisoinnissa. Ensimmäinen on voimakas hapetin, toinen on useammin pelkistävä aine.
Halogeenit
Tämä on sellainen yhdisteryhmä, jossa atomit ovat kaasumaisen aineen hiukkasia, jotka on kytketty pareittain toisiinsa kovalenttisen ei-polaarisen sidoksen ansiosta. Kaikki halogeenit eivät kuitenkaan ole kaasuja. Bromi on nestemäinen tavallisissa olosuhteissa, kun taas jodi on erittäin sublimoituva kiinteä aine. Fluori ja kloori ovat elävien olentojen terveydelle vaarallisia myrkyllisiä aineita, jotka ovat voimakkaimpia hapettavia aineita ja joita käytetään laajasti synteesissä.
Muistan kuinka meille selitettiin aineen aggregoidun olomuodon määritelmä jo peruskoulussa. Opettaja antoi hyvän esimerkin tinasotilasta ja sitten kaikki selvisi kaikille. Alla yritän virkistää muistojani.
Määritä aineen tila
No, kaikki on täällä yksinkertaista: jos aine otetaan käteen, se tuntuu ja kun painat sitä, se säilyttää tilavuutensa ja muotonsa - tämä on kiinteä tila. Nestemäisessä tilassa aine ei säilytä muotoaan, mutta säilyttää tilavuutensa. Esimerkiksi lasissa on vettä, tällä hetkellä se on lasin muotoinen. Ja jos se kaadetaan kuppiin, se on kupin muotoinen, mutta itse veden määrä ei muutu. Tämä tarkoittaa, että nestemäisessä tilassa oleva aine voi muuttaa muotoaan, mutta ei tilavuutta. Kaasumaisessa tilassa aineen muoto tai tilavuus ei säily, vaan se yrittää täyttää kaiken käytettävissä olevan tilan.
Ja pöydän suhteen on syytä mainita, että sokeri ja suola voivat tuntua nestemäisiltä aineilta, mutta itse asiassa ne ovat irtonaisia aineita, joiden koko tilavuus koostuu pienistä kiinteistä kiteistä.
Aineet: nestemäinen, kiinteä, kaasumainen
Kaikki aineet maailmassa ovat tietyssä tilassa: kiinteitä, nestemäisiä tai kaasuja. Ja mikä tahansa aine voi siirtyä tilasta toiseen. Yllättäen jopa tinasotilas voi olla nestemäinen. Mutta tätä varten on tarpeen luoda tietyt olosuhteet, nimittäin sijoittaa se erittäin, erittäin kuumaan huoneeseen, jossa tina sulaa ja muuttuu nestemäiseksi metalliksi.
Mutta helpoin tapa tarkastella aggregaatiotilaa veden esimerkissä.
- Jos nestemäinen vesi jäätyy, se muuttuu jääksi - tämä on sen kiinteä tila.
- Jos nestemäistä vettä kuumennetaan voimakkaasti, se alkaa haihtua - tämä on sen kaasumainen tila.
- Ja jos lämmität jäätä, se alkaa sulaa ja muuttuu jälleen vedeksi - tätä kutsutaan nestetilaksi.
Erityisesti on syytä korostaa kondensaatioprosessia: jos tiivistät ja jäähdytät haihtunutta vettä, kaasumainen tila muuttuu kiinteäksi - tätä kutsutaan kondensaatioksi, ja näin lunta muodostuu ilmakehään.
