Hóa học là một môn khoa học thú vị và khá phức tạp. Các thuật ngữ và khái niệm của nó bắt gặp chúng ta trong cuộc sống hàng ngày, và không phải lúc nào cũng trực giác rõ ràng chúng có nghĩa là gì và ý nghĩa của chúng là gì. Một trong những khái niệm này là độ tan. Thuật ngữ này được sử dụng rộng rãi trong lý thuyết về các giải pháp, và trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta gặp phải việc sử dụng nó bởi vì chúng ta được bao quanh bởi các giải pháp tương tự. Nhưng việc sử dụng khái niệm này không quá quan trọng, mà là các hiện tượng vật lý mà nó biểu thị. Nhưng trước khi chuyển sang phần chính của câu chuyện, chúng ta hãy tua nhanh về thế kỷ 19, khi Svante Arrhenius và Wilhelm Ostwald đưa ra lý thuyết về sự phân ly điện ly.
Lịch sử
Việc nghiên cứu các dung dịch và độ hòa tan bắt đầu với lý thuyết vật lý về sự phân ly. Đây là cách dễ hiểu nhất, nhưng quá thô sơ và chỉ trùng hợp với thực tế trong một số thời điểm. Bản chất của lý thuyết này là chất tan khi đi vào dung dịch sẽ phân hủy thành các hạt mang điện được gọi là ion. Chính những hạt này quyết định các tính chất hóa học của dung dịch và một số đặc điểm vật lý của nó, bao gồm độ dẫn điện và điểm sôi, điểm nóng chảy và điểm kết tinh.
Nhưng còn nhiều hơn thếcác lý thuyết phức tạp coi dung dịch là một hệ thống trong đó các hạt tương tác với nhau và tạo thành cái gọi là solvat - các ion được bao quanh bởi các lưỡng cực. Nói chung, lưỡng cực là một phân tử trung hòa, các cực của chúng được tích điện trái dấu. Lưỡng cực thường là một phân tử dung môi. Khi đi vào dung dịch, chất hòa tan sẽ phân hủy thành các ion, và các lưỡng cực bị hút vào một ion bởi đầu mang điện trái dấu đối với chúng, và với các ion khác bởi đầu mang điện trái dấu tương ứng. Do đó, thu được solvat - các phân tử có lớp vỏ là các phân tử trung tính khác.
Bây giờ chúng ta hãy nói một chút về bản chất của các lý thuyết và xem xét kỹ hơn chúng.
Lý thuyết giải pháp
Sự hình thành các hạt như vậy có thể giải thích nhiều hiện tượng không thể mô tả bằng lý thuyết cổ điển về giải pháp. Ví dụ, hiệu ứng nhiệt của phản ứng hòa tan. Theo quan điểm của lý thuyết Arrhenius, rất khó để nói tại sao khi một chất bị hòa tan vào chất khác, nhiệt có thể được hấp thụ và giải phóng. Đúng, mạng tinh thể bị phá hủy, và do đó năng lượng được tiêu hao và dung dịch nguội đi hoặc được giải phóng trong quá trình phân rã do năng lượng dư thừa của các liên kết hóa học. Nhưng hóa ra là không thể giải thích điều này theo quan điểm của lý thuyết cổ điển, vì bản thân cơ chế hủy diệt vẫn không thể hiểu được. Và nếu chúng ta áp dụng lý thuyết hóa học về các dung dịch, rõ ràng là các phân tử dung môi, được chèn vào các khoảng trống của mạng tinh thể, phá hủy nó từ bên trong, như thể "bao bọc"các ion với nhau bởi một lớp vỏ solvat hóa.
Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ xem xét độ hòa tan là gì và mọi thứ liên quan đến đại lượng có vẻ đơn giản và trực quan này.
Khái niệm về độ hòa tan
Hoàn toàn trực quan rằng độ hòa tan cho biết mức độ hòa tan của một chất trong một dung môi cụ thể nhất định. Tuy nhiên, chúng ta thường biết rất ít về bản chất của sự hòa tan các chất. Ví dụ, tại sao phấn không tan trong nước và muối ăn - ngược lại? Đó là tất cả về độ bền của các liên kết trong phân tử. Nếu các liên kết mạnh, thì do đó, các hạt này không thể phân ly thành ion, do đó phá hủy tinh thể. Do đó, nó vẫn không hòa tan.
Độ hòa tan là một đặc trưng định lượng cho biết tỷ lệ của một chất tan ở dạng các hạt hòa tan. Giá trị của nó phụ thuộc vào bản chất của chất tan và dung môi. Độ tan trong nước của các chất khác nhau là khác nhau, phụ thuộc vào liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử. Chất có liên kết cộng hóa trị có độ hòa tan thấp nhất, trong khi chất có liên kết ion có độ hòa tan cao nhất.
Nhưng không phải lúc nào bạn cũng có thể hiểu được độ hòa tan nào là lớn và độ hòa tan nào là nhỏ. Do đó, trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ thảo luận về khả năng hòa tan của các chất khác nhau trong nước là gì.
So sánh
Có rất nhiều dung môi lỏng trong tự nhiên. Thậm chí có nhiều chất thay thế hơn có thể đóng vai trò là chất cuối cùng khi đạt được một số điều kiện nhất định, ví dụ, mộttrạng thái tổng hợp. Rõ ràng là nếu bạn thu thập dữ liệu về độ hòa tan trong nhau của từng cặp "chất tan - dung môi", thì sẽ không đủ cho sự vĩnh cửu, bởi vì sự kết hợp là rất lớn. Vì vậy, nó đã xảy ra rằng trên hành tinh của chúng ta, nước là dung môi và tiêu chuẩn chung. Họ đã làm điều này bởi vì nó là phổ biến nhất trên Trái đất.
Vì vậy, một bảng tính tan trong nước được tổng hợp cho hàng trăm và hàng nghìn chất. Tất cả chúng ta đã thấy nó, nhưng trong một phiên bản ngắn hơn và dễ hiểu hơn. Các ô của bảng chứa các chữ cái biểu thị một chất hòa tan, không hòa tan hoặc ít hòa tan. Nhưng có nhiều bảng chuyên biệt hơn dành cho những người thành thạo về hóa học. Nó cho biết giá trị số chính xác của độ tan tính bằng gam trên lít dung dịch.
Bây giờ chúng ta hãy chuyển sang lý thuyết về một thứ như độ hòa tan.
Hóa học Hòa tan
Quá trình giải thể diễn ra như thế nào, chúng ta đã phân tích ở các phần trước. Nhưng làm thế nào, chẳng hạn, làm thế nào để viết tất cả ra dưới dạng một phản ứng? Mọi thứ không đơn giản như vậy ở đây. Ví dụ, khi một axit bị hòa tan, một ion hydro phản ứng với nước để tạo thành ion hydronium H3O+. Do đó, đối với HCl, phương trình phản ứng sẽ như sau:
HCl + H2O =H3O++ Cl-
Độ hòa tan của muối, tùy thuộc vào cấu trúc của chúng, cũng được xác định bởi phản ứng hóa học của nó. Loại sau này phụ thuộc vào cấu trúc của muối vàliên kết trong các phân tử của nó.
Chúng tôi đã tìm ra cách ghi lại bằng đồ thị độ hòa tan của muối trong nước. Bây giờ đã đến lúc ứng dụng thực tế.
Đơn
Nếu bạn liệt kê những trường hợp cần đến giá trị này, thì cả thế kỷ cũng không đủ. Một cách gián tiếp, sử dụng nó, bạn có thể tính toán các đại lượng khác rất quan trọng cho việc nghiên cứu bất kỳ giải pháp nào. Nếu không có nó, chúng tôi sẽ không thể biết chính xác nồng độ của chất, hoạt tính của nó, chúng tôi sẽ không thể đánh giá liệu thuốc sẽ chữa bệnh cho một người hay giết người (xét cho cùng, ngay cả nước cũng đe dọa tính mạng với số lượng lớn).
Ngoài các mục đích công nghiệp hóa học và khoa học, việc hiểu bản chất của sự hòa tan cũng rất cần thiết trong cuộc sống hàng ngày. Thật vậy, đôi khi cần phải chuẩn bị một dung dịch quá bão hòa của một chất. Ví dụ, điều này là cần thiết để thu được các tinh thể muối cho bài tập về nhà của trẻ. Biết được độ tan của muối trong nước, chúng ta có thể dễ dàng xác định lượng muối cần đổ vào bình để nó bắt đầu kết tủa và tạo thành tinh thể từ một lượng dư.
Trước khi chúng ta kết thúc chuyến du ngoạn ngắn ngủi của mình vào hóa học, hãy nói về một vài khái niệm liên quan đến độ hòa tan.
Còn gì hấp dẫn nữa không?
Theo chúng tôi, nếu bạn đã xem đến phần này, bạn có thể đã hiểu rằng độ tan không chỉ là một đại lượng hóa học lạ. Nó là cơ sở cho các đại lượng khác. Và trong số đó: nồng độ, hoạt độ, hằng số phân ly, pH. Và đây không phải là một danh sách đầy đủ. Bạn chắc hẳn đã nghe ít nhất mộttừ những từ này. Nếu không có kiến thức này về bản chất của các dung dịch, việc nghiên cứu chúng bắt đầu với sự hòa tan, chúng ta không thể hình dung được hóa học và vật lý hiện đại nữa. Vật lý ở đây là gì? Đôi khi các nhà vật lý cũng xử lý các dung dịch, đo độ dẫn điện của chúng và sử dụng các đặc tính khác của chúng cho nhu cầu riêng của họ.
Kết
Trong bài viết này, chúng ta đã làm quen với một khái niệm hóa học như độ hòa tan. Đây có lẽ là thông tin khá hữu ích, vì hầu hết chúng ta hầu như không hiểu được bản chất sâu xa của lý thuyết về các giải pháp mà không có mong muốn đi sâu vào nghiên cứu nó một cách chi tiết. Trong mọi trường hợp, sẽ rất hữu ích để rèn luyện trí não của bạn bằng cách học một điều gì đó mới. Suy cho cùng, một người phải "học, học và học lại" cả đời.
