Malty v stavebníctve: druhy, vlastnosti a použitie. Stavebné malty Čo je to malta
Roztoky sú homogénne (jednotné) zmesi pozostávajúce z dvoch alebo viacerých zložiek ( komponentov). Rozdiel medzi roztokom a inými zmesami je v tom, že molekuly látok sú v ňom rozložené rovnomerne a v akomkoľvek mikroobjeme takejto zmesi je jej zloženie rovnaké. V jazyku chemickej termodynamiky sa takáto zmes nazýva jednofázová. Rovnako ako jednotlivé (čisté) látky, aj roztoky môžu byť v kvapalnej, tuhej alebo plynnej fáze (pozri Fázy). Napríklad vzduch je roztok rôznych plynov - dusík, kyslík, vodík, oxid uhličitý, vodná para a pod. Zároveň prachové častice, kvapôčky kvapaliny (hmla) nie sú súčasťou roztoku plynu, keďže vo vnútri prachovej častice by sme našli len pevnú látku a vo vnútri kvapôčky hmly iba kvapalinu, vodu . Prach aj hmla sú teda pevné a kvapalné fázy rozptýlené (dispergované) v roztoku plynov. Rozdiel medzi roztokom a čistou látkou je v tom, že jednotlivá látka má určité fyzikálne konštanty, napríklad teploty topenia a varu, určité chemické zloženie, pričom fyzikálne konštanty a zloženie roztokov závisia od pomeru ich zložiek. Hustota soľného roztoku vo vode sa teda zvyšuje a bod tuhnutia klesá so zvyšujúcim sa obsahom soli.
Čisté látky, keď sa zmení ich fázový stav, nezmenia ich chemické zloženie a po návrate do počiatočného fázového stavu nadobúdajú pôvodné charakteristiky. Zložky riešení sa môžu oddeliť, keď sa zmení fázový stav systému. Teda vyparovanie vody z soľný roztok(operácia, ktorá sa dlho používa pri extrakcii soli) vedie na jednej strane k zvýšeniu obsahu (koncentrácie) soli v zostávajúcom roztoku a na druhej strane je skondenzovaná voda čistá látka. Ďalšie odparovanie vody povedie k vyzrážaniu tuhej fázy – kryštálov soli.
Proces tvorby roztoku – rozpúšťanie – spočíva v deštrukcii interakcie medzi molekulami jednotlivých látok a vzniku nových medzimolekulových väzieb medzi zložkami roztoku. Rozpustenie je možné len vtedy, keď je interakčná energia medzi zložkami roztoku väčšia ako súčet interakčných energií v pôvodných látkach.
Keď sa iónový kryštál kuchynskej soli rozpustí vo vode, molekuly polárneho rozpúšťadla pokryjú ióny vrstvou dipólov (elektrické náboje rovnakej veľkosti a opačného znamienka). Tento takzvaný solvatačný obal úplne oddeľuje ióny. Všeobecný názov pre túto interakciu s rozpúšťadlom je solvatácia. Solvácia vedie k vytvoreniu rôznych väzieb medzi molekulami v roztoku: ión-dipól, ktorý je popísaný vyššie, dipól-dipól (napríklad chloroformové dipóly interagujú s etanolovými dipólmi) alebo k tvorbe vodíkových väzieb (pozri Chemická väzba). Posledná interakcia je jedna z najsilnejších a hrá dôležitú úlohu pri rozpúšťaní organických a neorganických látok. organickej hmoty.
Rozpúšťanie organických látok v sebe je uľahčené podobnosťou ich štruktúr. Staroveké chemické pravidlo – ako sa rozpúšťa, ako – sa vysvetľuje tým, že v tomto prípade sú interakcie medzi rôznymi molekulami typovo podobné a energeticky blízke interakciám v pôvodných látkach. Vznik vodíkových väzieb medzi molekulami vody a alkoholu teda ľahko kompenzuje deštrukciu vodíkových väzieb vo východiskových látkach pri miešaní týchto kvapalín. Nepolárne molekuly uhľovodíkov sa nedokážu vložiť medzi molekuly vody spojené vodíkovými väzbami, čo bráni ich rozpusteniu. Rozpúšťanie často úplne nezničí medzimolekulové väzby v rámci jednotlivých látok a tie zostávajú čiastočne spojené (asociované). Napríklad organické kyseliny sú väčšinou prítomné v organických nepolárnych rozpúšťadlách ako diméry spojené vodíkovými väzbami. Takéto pridružené látky sa pri ďalšom riedení zničia. Keď je roztok koncentrovaný, asociácia sa stáva silnejšou a nie je dostatok molekúl rozpúšťadla na oddelenie molekúl rozpustenej látky alebo iónov. V tomto prípade sa vo vnútri roztoku vytvorí systém medzimolekulových väzieb pôvodnej jednotlivej látky, ktorá sa uvoľní do samostatnej fázy. Zvyšný roztok, ktorý je v rovnováhe s uvoľnenou zložkou, sa nazýva nasýtený. Zvýšením teploty je možné zničiť asociáciu a preniesť vyzrážanú zložku do roztoku. Nie vždy je to však možné.
Anorganické látky môžu tiež znižovať svoju schopnosť rozpúšťania (rozpustnosti) so zvyšujúcou sa teplotou. Rozpustnosť pevných látok v kvapaline je určená teplom roztoku, ktoré môže byť pozitívne (teplo sa uvoľňuje počas rozpúšťania a látka sa rozpúšťa horšie so zvyšujúcou sa teplotou) alebo negatívne (teplo rozpúšťania sa absorbuje a rozpustnosť sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou ). Keďže v plynoch neexistujú žiadne medzimolekulové interakcie, ich schopnosť vzájomného rozpúšťania je neobmedzená. Ich rozpustnosť v kvapalinách klesá so zvyšujúcou sa teplotou, pretože medzimolekulové interakcie molekúl plynu s rozpúšťadlom sú oslabené.
Pevné riešenia existujú aj v prírode. Ide najmä o zliatiny kovov. Fyzikálnym dôvodom takéhoto rozpúšťania je zavedenie atómov jedného kovu do kryštálovej mriežky iného kovu a konštrukcia spoločnej kryštálovej mriežky.
Spôsoby vyjadrenia zloženia roztokov
Zloženie roztokov sa väčšinou kvantitatívne vyjadruje prostredníctvom bezrozmerných relatívnych veličín - zlomkov (hmotnostné, objemové, molárne) a rozmerových veličín - koncentrácií. Koncentrácia ukazuje pomer hmotnosti alebo množstva rozpustenej látky k objemu roztoku.
Molárna koncentrácia je pomer množstva rozpustenej látky B k objemu roztoku:
Jednotkou molárnej koncentrácie je mol/m3 alebo mol/L (oveľa bežnejšie sa používa druhý). Na označenie jednotky molárnej koncentrácie sa zvyčajne používa symbol M, napr.: - jednomolárny roztok (mol/l); - centimolárny roztok (mol/l).
Sú morská voda, mlieko alebo oceľový drôt samostatné látky, alebo sa skladajú z viacerých zložiek? V našom článku sa zoznámime s vlastnosťami roztokov – najbežnejších fyzikálnych a chemických systémov s premenlivým zložením. Môžu obsahovať niekoľko komponentov. Mlieko je teda organický roztok obsahujúci vodu, kvapky tuku, molekuly bielkovín a minerálne soli. Čo je to riešenie a ako ho možno získať? Na túto a ďalšie otázky odpovieme v našom článku.
Použitie riešení a ich úloha v prírode
Metabolizmus v biogeocenózach sa uskutočňuje vo forme interakcie zlúčenín rozpustených vo vode. Napríklad absorpcia pôdneho roztoku koreňmi rastlín, akumulácia škrobu v dôsledku fotosyntézy v rastlinách, tráviace procesy zvierat a ľudí - to všetko sú reakcie, ktoré sa vyskytujú v chemických roztokoch. Nie je možné si predstaviť moderné priemyselné odvetvia: kozmickú a leteckú konštrukciu, vojenský priemysel, jadrovú energiu bez použitia zliatin - solídne riešenia s jedinečnými technické vlastnosti. Viaceré plyny môžu vytvárať aj zmesi, ktoré môžeme nazvať roztokmi. Napríklad vzduch je fyzikálno-chemický systém, ktorý obsahuje zložky ako dusík, kyslík, oxid uhličitý atď.
čo je riešenie?
Zmiešaním síranovej kyseliny a vody získame jej vodný roztok. Pozrime sa, z čoho pozostáva. Objavíme rozpúšťadlo – vodu, rozpustenú látku – kyselinu sírovú a produkty ich vzájomného pôsobenia. Patria sem katióny vodíka, hydrogensíran - a Zloženie fyzikálno-chemického systému pozostávajúceho z rozpúšťadla a zložiek bude závisieť nielen od toho, aká látka je rozpúšťadlom.
Najbežnejším a najdôležitejším rozpúšťadlom je voda. Povaha rozpustených zložiek je tiež veľmi dôležitá. Možno ich rozdeliť zhruba do troch skupín. Sú to prakticky nerozpustné zlúčeniny, málo rozpustné a vysoko rozpustné. Posledná skupina je najdôležitejšia. To zahŕňa väčšinu solí, kyselín, zásad, alkoholov a monosacharidov. Pomerne často sa v prírode vyskytujú aj málo rozpustné zlúčeniny. Sú to sadra, dusík, metán, kyslík. Kovy, vzácne plyny: argón, hélium atď., petrolej, oleje budú vo vode prakticky nerozpustné.
Ako kvantifikovať rozpustnosť zlúčeniny
Najdôležitejšou hodnotou je koncentrácia nasýteného roztoku, ktorá sa vyjadruje hodnotou, ktorá sa číselne rovná hmotnosti zlúčeniny v 100 g roztoku. Napríklad lekársky dezinfekčný prostriedok salicylalkohol sa predáva v lekárňach vo forme 1% roztoku alkoholu. To znamená, že 100 g roztoku obsahuje 1 gram účinnej látky. Aká je najväčšia hmotnosť chloridu sodného, ktorú možno pri určitej teplote rozpustiť v 100 g rozpúšťadla? Odpoveď na túto otázku môžete nájsť pomocou špeciálnej tabuľky kriviek rozpustnosti pre tuhé zlúčeniny. Takže pri teplote 10 ⁰C môžete rozpustiť 38 g kuchynskej soli v 100 g vody, pri 80 ⁰C - 40 g látky. Ako urobiť roztok zriedený? Musíte do nej pridať určité množstvo vody. Koncentráciu fyzikálno-chemického systému možno zvýšiť odparením roztoku alebo pridaním určitej časti rozpustenej zlúčeniny.
Typy riešení
Pri určitej teplote môže byť systém v rovnováhe s rozpustnou zlúčeninou vo forme jej zrazeniny. V tomto prípade hovoríme o nasýtenom roztoku. Ako urobiť roztok nasýtený? Aby ste to dosiahli, musíte si pozrieť tabuľku rozpustnosti pevných látok. Napríklad stolová soľ s hmotnosťou 31 g sa pridáva do vody s teplotou 20 ° C a normálny tlak, potom dobre premiešajte. S dodatočným ohrevom a zavedením ďalšej časti soli jej prebytok zabezpečuje tvorbu presýteného roztoku. Chladenie systému povedie k procesu zrážania kryštálov chloridu sodného. Roztoky sa budú nazývať zriedené, v ktorých bude koncentrácia zlúčenín v porovnaní s objemom rozpúšťadla dostatočne malá. Napríklad, fyziologický roztok, ktorý je súčasťou krvnej plazmy a používa sa v medicíne po chirurgických zákrokoch, je 0,9% roztok chloridu sodného.
Mechanizmus rozpúšťania látok
Po zvážení otázky, čo je riešenie, určíme, aké procesy sú základom jeho formovania. V srdci fenoménu rozpúšťania látok vidíme interakciu fyzikálnych a chemických premien. Hlavná rola hrá sa s nimi fenomén deštrukcie chemických väzieb: polárnych kovalentných alebo iónových v molekulách rozpustenej zlúčeniny. Fyzikálnym aspektom lámania väzieb je absorpcia energie. K interakcii častíc rozpúšťadla s molekulami rozpustenej látky, nazývanej solvatácia, dochádza aj v prípade vodné roztoky- hydratácia. Sprevádza ho nielen vznik nových spojení, ale aj uvoľnenie energie.
V našom článku sme skúmali otázku, čo je riešenie, a tiež sme zistili mechanizmus tvorby riešení a ich význam.
Dispergované systémy
Čisté látky sú v prírode veľmi zriedkavé. Zmesi rôznych látok v rôznom stave agregácie môžu vytvárať heterogénne a homogénne systémy – disperzné systémy a roztoky.
Rozptýlené
sa nazývajú heterogénne systémy, v ktorých je jedna látka vo forme veľmi malých častíc rovnomerne rozložená v objeme druhej.
Látka, ktorá je prítomná v menšom množstve a rozložená v objeme inej, sa nazýva dispergovaná fáza
. Môže pozostávať z niekoľkých látok.
Látka prítomná v viac, v objeme ktorého je rozptýlená fáza rozložená, sa nazýva disperzné médium
. Medzi ním a časticami dispergovanej fázy je rozhranie, preto sa dispergované systémy nazývajú heterogénne (nehomogénne).
Ako disperzné médium, tak aj dispergovaná fáza môžu byť zastúpené látkami v rôznom stave agregácie – tuhá, kvapalná a plynná.
V závislosti od kombinácie agregovaného stavu disperzného média a dispergovanej fázy možno rozlíšiť 9 typov takýchto systémov.
Na základe veľkosti častíc látok, ktoré tvoria dispergovanú fázu, sa dispergované systémy delia na hrubo dispergované (suspenzie) s veľkosťou častíc väčšou ako 100 nm a jemne dispergované (koloidné roztoky alebo koloidné systémy) s veľkosťou častíc od 100 do 1 nm. Ak je látka fragmentovaná na molekuly alebo ióny s veľkosťou menšou ako 1 nm, vzniká homogénny systém - roztok. Je rovnomerný (homogénny), medzi časticami a médiom neexistuje rozhranie.
Už rýchle zoznámenie sa s rozptýlenými systémami a riešeniami ukazuje, aké dôležité sú v každodennom živote a v prírode.
Posúďte sami: bez nílskeho bahna by nevznikla veľká civilizácia starovekého Egypta; bez vody, vzduchu, skaly a nerasty by vôbec neexistovali, živá planéta – náš spoločný domov – Zem; bez buniek by nebolo živých organizmov atď.
Klasifikácia rozptýlené systémy a riešenia
Pozastaviť
Pozastaviť
- ide o disperzné systémy, v ktorých je veľkosť fázových častíc väčšia ako 100 nm. Ide o nepriehľadné systémy, ktorých jednotlivé častice sú viditeľné voľným okom. Dispergovaná fáza a disperzné médium sa ľahko oddelia usadzovaním. Takéto systémy sa delia na:
1) emulzie
(médium aj fáza sú navzájom nerozpustné kvapaliny). Ide o známe mliečne, lymfatické, vodouriediteľné farby atď.;
2) pozastavenia
(médium je kvapalina a fáza je v nej nerozpustná pevná látka). Ide o konštrukčné riešenia (napríklad „vápenné mlieko“ na bielenie), riečny a morský kal suspendovaný vo vode, živú suspenziu mikroskopických živých organizmov v morskej vode - planktón, ktorým sa živia obrie veľryby atď.;
3) aerosólov
- suspenzie malých častíc kvapalín alebo pevných látok v plyne (napríklad vo vzduchu). Rozlišujte medzi prachom, dymom a hmlou. Prvé dva typy aerosólov sú suspenzie pevných častíc v plyne (väčšie častice v prachu), druhý je suspenzia malých kvapiek kvapaliny v plyne. Napríklad prírodné aerosóly: hmla, búrky - suspenzia kvapiek vody vo vzduchu, dym - malé pevné častice. A smog visiaci nad najväčšími mestami sveta je tiež aerosól s tuhou a kvapalnou rozptýlenou fázou. Obyvatelia osady v blízkosti cementární trpia najjemnejším cementovým prachom vždy visiacim vo vzduchu, ktorý vzniká pri mletí cementárskych surovín a produktu jeho výpalu – slinku. Podobné škodlivé aerosóly – prach – sú prítomné aj v mestách s hutníckou výrobou. Dym z továrenských komínov, smog, drobné kvapôčky slín vylietavajúce z úst chorého na chrípku a tiež škodlivé aerosóly.
Aerosóly hrajú dôležitá úloha v prírode, každodennom živote a ľudských výrobných činnostiach. Nahromadenie mrakov, chemické ošetrenie polí, nanášanie farieb v spreji, rozprašovanie paliva, výroba sušeného mlieka a ošetrenie dýchacích ciest (inhalácia) sú príklady javov a procesov, pri ktorých aerosóly prinášajú výhody. Aerosóly sú hmly nad morským príbojom, v blízkosti vodopádov a fontán, dúha, ktorá sa v nich objavuje, dáva človeku radosť a estetické potešenie.
Pre chémiu majú najväčší význam disperzné systémy, v ktorých je médiom voda a kvapalné roztoky.
Prírodná voda vždy obsahuje rozpustené látky. Prírodné vodné roztoky sa podieľajú na procesoch tvorby pôdy a zásobujú rastliny živinami. V roztokoch sa vyskytujú aj zložité životné procesy vyskytujúce sa v ľudskom a zvieracom tele. Mnoho technologických procesov v chemickom a inom priemysle, napríklad výroba kyselín, kovov, papiera, sódy, hnojív, prebieha v roztokoch.
Koloidné systémy
Koloidné systémy
- ide o disperzné systémy, v ktorých je veľkosť fázových častíc od 100 do 1 nm. Tieto častice nie sú viditeľné voľným okom a dispergovaná fáza a disperzné médium v takýchto systémoch sa ťažko separujú usadzovaním.
Delia sa na sóly (koloidné roztoky) a gély (želé).
1.
Koloidné roztoky alebo sóly.
Ide o väčšinu tekutín živej bunky (cytoplazma, jadrová šťava - karyoplazma, obsah organel a vakuol) a živého organizmu ako celku (krv, lymfa, tkanivový mok, tráviace šťavy, humorálne tekutiny a pod.). Takéto systémy tvoria lepidlá, škrob, proteíny a niektoré polyméry.
Koloidné roztoky možno získať ako výsledok chemických reakcií; napríklad, keď roztoky kremičitanov draselných alebo sodných (“rozpustné sklo”) reagujú s roztokmi kyselín, vzniká koloidný roztok kyseliny kremičitej. Sól sa tvorí aj počas hydrolýzy chloridu železitého (III) v horúcej vode. Koloidné roztoky majú podobný vzhľad ako skutočné roztoky. Odlišujú sa od nich „svetelnou dráhou“, ktorá sa vytvára - kužeľom, keď cez ne prechádza lúč svetla.
Častice dispergovanej fázy koloidných roztokov sa často neusadzujú ani pri dlhodobom skladovaní v dôsledku kontinuálnych zrážok s molekulami rozpúšťadla v dôsledku tepelného pohybu. Pri približovaní sa k sebe nelepia kvôli prítomnosti rovnomenných elektrických nábojov na ich povrchu. Ale za určitých podmienok môže dôjsť ku koagulačnému procesu.
Koagulácia - jav zlepovania a zrážania koloidných častíc - pozorujeme, keď sa náboj týchto častíc neutralizuje, keď sa do koloidného roztoku pridá elektrolyt. V tomto prípade sa roztok zmení na suspenziu alebo gél. Niektoré organické koloidy sa pri zahrievaní zrážajú (lepidlo, vaječný bielok) alebo pri zmene acidobázického prostredia roztoku.
2.
Gély
, alebo želé, čo sú želatínové usadeniny vznikajúce pri koagulácii sólov. Patrí medzi ne veľké množstvo polymérových gélov, ktoré sú vám tak dobre známe cukrárske, kozmetické a lekárske (želatína, želé, želé, marmeláda, torta z vtáčieho mlieka) a samozrejme nekonečné množstvo prírodných gélov: minerály (opál), medúzy telieska, chrupavky, šľachy, vlasy, svalové a nervové tkanivo atď. Dejiny vývoja života na Zemi možno súčasne považovať za históriu evolúcie koloidného stavu hmoty. Časom sa štruktúra gélov naruší a uvoľní sa z nich voda. Tento jav sa nazýva syneréza
.
Riešenia
Volá sa riešenie
homogénny systém pozostávajúci z dvoch alebo viacerých látok.
Roztoky sú vždy jednofázové, to znamená, že ide o homogénny plyn, kvapalinu alebo tuhú látku. Je to spôsobené tým, že jedna z látok je rozložená v hmote druhej vo forme molekúl, atómov alebo iónov (veľkosť častíc menšia ako 1 nm).
Riešenia sú tzv pravda
, ak chcete zdôrazniť ich odlišnosť od koloidných roztokov.
Za rozpúšťadlo sa považuje látka, ktorej stav agregácie sa pri tvorbe roztoku nemení. Napríklad voda vo vodných roztokoch kuchynskej soli, cukru, oxidu uhličitého. Ak roztok vznikol zmiešaním plynu s plynom, kvapaliny s kvapalinou a pevnej látky s pevnou látkou, rozpúšťadlo sa považuje za zložku, ktorá je v roztoku zastúpená vo väčšej miere. Vzduch je teda roztok kyslíka, vzácnych plynov, oxidu uhličitého v dusíku (rozpúšťadle). Stolový ocot, ktorý obsahuje od 5 do 9% kyseliny octovej, je roztok tejto kyseliny vo vode (rozpúšťadlom je voda). Ale v octovej podstate zohráva úlohu rozpúšťadla kyselina octová, pretože jej hmotnostný podiel je 70 - 80%, preto je to roztok vody v octová kyselina.
Pri kryštalizácii tekutej zliatiny striebra a zlata možno získať tuhé roztoky rôzneho zloženia.
Riešenia sa delia na:
molekulárne - sú to vodné roztoky neelektrolytov - organických látok (alkohol, glukóza, sacharóza atď.);
molekulárny ión- ide o roztoky slabých elektrolytov (dusík, sulfidové kyseliny atď.);
iónové - sú to roztoky silných elektrolytov (zásady, soli, kyseliny - NaOH, K 2 S0 4, HN0 3, HC1O 4).
Predtým existovali dva pohľady na povahu rozpúšťania a roztokov: fyzikálny a chemický. Podľa prvého boli roztoky považované za mechanické zmesi, podľa druhého - ako nestabilné chemické zlúčeniny častíc rozpustenej látky s vodou alebo iným rozpúšťadlom. Posledná teória bola vyjadrená v roku 1887 D.I. Mendelejevom, ktorý sa viac ako 40 rokov venoval štúdiu riešení. Moderná chémia považuje rozpúšťanie za fyzikálno-chemický proces a roztoky za fyzikálno-chemické systémy.
Viac presná definícia riesenie je:
Riešenie
- homogénna (homogénna) sústava pozostávajúca z častíc rozpustenej látky, rozpúšťadla a produktov ich vzájomného pôsobenia.
Správanie a vlastnosti roztokov elektrolytov, ako dobre viete, vysvetľuje ďalšia dôležitá teória chémie - teória elektrolytickej disociácie, ktorú vypracoval S. Arrhenius, rozpracovali a doplnili ju žiaci D. I. Mendelejeva a predovšetkým I. A. Kablukov.
Otázky na konsolidáciu:
1. Čo sú disperzné systémy?
2. Pri poškodení kože (rane) sa pozoruje zrážanie krvi - koagulácia solu. Čo je podstatou tohto procesu? Prečo tento jav plní ochrannú funkciu tela? Ako sa nazýva ochorenie, pri ktorom je zrážanie krvi ťažké alebo nie je pozorované?
3. Povedzte nám o význame rôznych disperzných systémov v každodennom živote.
4. Sledujte vývoj koloidných systémov počas vývoja života na Zemi.
) jednej látky sú rovnomerne rozdelené medzi molekuly inej látky.
1. Všeobecná charakteristika
Roztok je jednofázový, homogénny, viaczložkový systém s premenlivým chemickým zložením. Takmer všetky kvapaliny nachádzajúce sa v prírode sú roztoky. Okrem roztoku existujú plynové (plynové) roztoky - zvyčajne sa nazývajú zmesi plynov (napríklad vzduch) a tuhé roztoky (napríklad niektoré zliatiny). Roztokom sa spravidla rozumie kvapalný molekulárne dispergovaný systém (takzvané pravé roztoky, angl. pravdivé riešenie). Rozpúšťadlo je zložka, ktorej koncentrácia je výrazne väčšia ako koncentrácia ostatných zložiek. Rozpúšťadlo vo svojej čistej forme má rovnaký stav agregácie ako roztok. Proces tvorby roztoku spočíva v deštrukcii väzieb medzi molekulami (iónmi) pôvodnej látky a vytváraní nových väzieb medzi molekulami (iónmi) rozpustenej látky a rozpúšťadla. Na základe koncentrácie rozpustenej látky sa roztoky delia na nasýtené, nenasýtené a presýtené. Na základe prítomnosti alebo neprítomnosti elektrolytickej disociácie rozpustenej látky na ióny sa rozlišujú roztoky elektrolytov a roztoky neelektrolytov. Okrem toho sú izolované polymérne roztoky, ktorých hlavnou črtou je, že sú veľmi veľký rozdiel vo veľkostiach molekúl rozpúšťadla a rozpustenej látky.
Mnoho prírodných a priemyselných procesov prebieha v riešeniach. Sú spojené so vznikom ložísk množstva nerastov, ich ťažbou a spracovaním, separáciou látok, hĺbkovým čistením atď.
Z hľadiska svojich vlastností zaujímajú roztoky medziľahlé miesto medzi mechanickými zmesami a chemickými zlúčeninami. Od mechanických zmesí sa líšia najmä svojou homogenitou a uvoľňovaním alebo absorpciou tepla pri tvorbe a od chemické zlúčeniny skutočnosť, že ich zloženie je stabilné a môže sa meniť v pomerne širokých medziach.
2. Vlastnosti
Roztoky sa tiež vyznačujú množstvom špecifických vlastností, ktoré sa líšia od vlastností ich jednotlivých častí. Od svojich základných častí sa líšia najmä hustotou, bodmi tuhnutia a varu a ďalšími vlastnosťami. Roztoky môžu byť v kvapalnom, pevnom a plynnom skupenstve. Príkladom prvých sú roztoky cukru, soli a alkoholu vo vode. Pevné riešenia sú rôzne zliatiny kovov: meď alebo striebro na zlato, nikel na meď atď. Plynné roztoky sú zmesi rôznych plynov, ako je vzduch.
3. Rozpúšťadlo a rozpustená látka
Rozpúšťadlo je zložka roztoku, ktorej stav agregácie sa pri tvorbe roztoku nemení, alebo ktorej obsah prevažuje nad obsahom ostatných zložiek. Zložkami roztoku sú: rozpúšťadlo a rozpúšťacia látka.
Rozpúšťadlo a rozpustená látka. Každý roztok pozostáva z rozpúšťadla a rozpustenej látky. Rozpúšťadlo je zvyčajne látka, ktorá slúži ako médium pre rozpustenú látku a vo svojej čistej forme je v rovnakom stave agregácie ako vytvorený roztok. Niekedy je však ťažké určiť, ktorá látka je rozpúšťadlo a ktorá rozpustená, najmä ak sú obe látky navzájom rozpustné v neobmedzenom množstve (ako alkohol a voda). V takýchto prípadoch je rozpúšťadlom látka, ktorá je v roztoku viac zastúpená.
Najbežnejším a prakticky najdôležitejším rozpúšťadlom je voda. Voda morí a oceánov je prírodným roztokom, ktorý má slanú a horkú chuť. V priemere 1 kg morská voda obsahuje 35 g rozpustených látok - priemerná slanosť morskej vody je 35?. Zloženie morskej vody zahŕňa viac ako sto látok vytvorených z takmer všetkých chemických prvkov známych v prírode. Ako rozpúšťadlá sa používajú aj iné látky: acetón, benzín, alkohol atď., Ale oveľa menej často.
4. Význam riešení
Vodné roztoky zohrávajú obrovskú úlohu v prírode a praktickej ľudskej činnosti. Stačí povedať, že rastliny berú z pôdy všetky živiny potrebné pre svoj rast len vo forme vodných roztokov. Včasná dodávka vody do pôdy má preto veľký význam pre normálny vývoj rastlín a zabezpečenie vysokého výnosu poľnohospodárskych plodín. Procesy trávenia a asimilácie potravy ľuďmi a všetkými zvieratami sú tiež spojené s prenosom živín do roztoku.
Riešenia zohrávajú v technológii obrovskú úlohu. Väčšina chemických procesov v priemysle sa uskutočňuje v roztokoch. Technologické oblasti ako výroba kože a papiera, výroba cukru, minerálnych hnojív, liečivých látok a mnohé ďalšie sú neoddeliteľne spojené s rozšíreným používaním vodných roztokov.
5. Sýtosť roztokov
5.1. Nasýtený roztok
V určitom množstve vody pri danej teplote sa môže rozpustiť len určité množstvo látky a jej prebytok zostáva nerozpustný. Roztok, v ktorom sa látka pri danej teplote už nerozpúšťa, sa nazýva nasýtený.
Pri príprave nasýteného roztoku sa do rozpúšťadla zvyčajne pridáva také množstvo rozpustenej látky, aby časť zostala nerozpustná, nech sa roztok mieša a pretrepáva akokoľvek. V praxi však väčšinou používajú nenasýtené roztoky, teda také, v ktorých sa pri danej teplote môže látka ešte rozpustiť (ešte pred vznikom nasýteného roztoku).
5.2. Nasýtený roztok
Okrem nasýtených a nenasýtených roztokov sú známe aj takzvané presýtené roztoky, v ktorých je v rozpustenom stave viac rozpustených látok, ako je potrebné na získanie nasýteného roztoku. Presýtené roztoky sú však pomerne zriedkavé a tvoria len niektoré látky, napríklad dekahydrát síranu sodného - Na 2 SO 4? 10H 2 O, pentahydrát sodný tiosíran - Na 2 S 2 O 3? 5H 2 O atď.. Nasýtené roztoky sú veľmi nestabilné a pomerne ľahko sa rozkladajú s uvoľňovaním prebytočnej látky a vytváraním nasýteného roztoku.
5.3. Koncentrované a zriedené roztoky
Pojmy nasýtené a nenasýtené roztoky by sa nemali zamieňať s pojmami koncentrovaný a zriedený. Názvy koncentrované a zriedené označujú iba stupeň rozpustenia látky obsiahnutej v danom množstve rozpúšťadla a nehovoria nič o stupni jej nasýtenia.
Koncentrovaný roztok môže byť nasýtený alebo nenasýtený. Napríklad, ak v 100 g vody pri 100? C rozpustite 200 g dusičnanu draselného KNO 3, potom bude takýto roztok dosť koncentrovaný, ale nenasýtený, pretože na získanie nasýteného roztoku za týchto podmienok je potrebné rozpustiť nie 200, ale 245 g tejto soli. Druhý príklad: ak sa v jednom prípade rozpustí 0,10 g Ca (OH) 2 v 100 g vody pri bežnej teplote a v druhom 0,16 g, potom budú oba roztoky veľmi zriedené a zároveň prvý z nich bude byť nenasýtené a druhé nasýtené.
Chlorid sodný, cukor, etanol a voda sú čisté látky. Každá z týchto látok sa vyznačuje určitými vlastnosťami, napríklad tlakom pár, teplotou topenia, teplotou varu, hustotou. Predpokladajme, že zmiešame niektoré z týchto látok. Rozpustí sa v nej chlorid sodný pridaný do vody. Pevná látka zmizne a prejde do kvapalnej fázy. Cukor sa rozpúšťa vo vode rovnakým spôsobom. Ak do vody pridáte etylalkohol, obe čisté látky sa zmiešajú a vytvoria kvapalinu, podľa vzhľad podobne ako voda a alkohol. Zmesi soľ - voda, cukor - voda, etylalkohol - voda sa nazývajú roztoky. Roztoky sa líšia od čistých látok tým, že ich vlastnosti sa líšia v závislosti od relatívneho množstva rozpúšťadla a rozpustenej látky. Roztoky sa pri fázových prechodoch správajú úplne inak ako čisté látky. To umožňuje prísne rozlišovať medzi roztokmi a čistými látkami a slúži ako základ pre rozhodnutie, či je daná látka čistá látka alebo roztok.
Rozdiely medzi čistými látkami a roztokmi
Zemská kôra pozostáva z mnohých častí, ktoré sa navzájom líšia – je heterogénna, čiže heterogénna. Niektoré jeho časti sú jednotné alebo homogénne. Známymi príkladmi heterogénnych látok sú žula, pozostávajúca zo zmesi rôznych minerálov, šalátový dresing pozostávajúci z kvapiek oleja suspendovaných vo vodnej kyseline octovej a čierny dym, pozostávajúci zo suspenzie častíc sadzí vo vzduchu. Príkladmi homogénnych látok sú diamant, čistá voda, slaná voda a čistý vzduch. Heterogénne látky sa dosť ťažko opisujú a: klasifikujú. Homogénne látky sa dajú celkom presne opísať.
Čisté látky aj roztoky sú homogénne. Homogénna látka pozostávajúca iba z jednej látky sa nazýva čistá látka. Roztok je homogénna látka pozostávajúca z dvoch alebo viacerých látok.
Používame pojmy plynná fáza, kvapalná fáza, tuhá fáza. Fáza je homogénna časť systému, ktorá sa vyznačuje rovnakými vlastnosťami a zložením. Systém je zase oblasť a podstata v nej, o ktorej uvažujeme. Systém môže pozostávať z jednej alebo viacerých fáz.
Porovnajme napríklad dve kvapalné vzorky – čistú vodu a slanú vodu. Obidve vzorky sú homogénne systémy pozostávajúce z jednej fázy. Prvá kvapalina je však čistá látka a druhá je roztok. Len na základe vzhľadu nevieme povedať, ktorá z týchto čírych kvapalín je čistá látka a ktorá je roztok. Pravda, je medzi nimi rozdiel – napríklad slaná voda má väčší špecifická hmotnosť, než čistá, ale táto vlastnosť neudáva, ktorá zo vzoriek je čistá látka.
Porovnajme správanie týchto dvoch systémov počas fázového prechodu. Najprv sa pozrime, čo sa stane s vodou, keď zamrzne alebo sa vyparí. Čistá voda zamrzne pri určitej teplote, rovnajúcej sa 0° C. Zmrazme polovicu vody, výsledný ľad umiestnime do inej nádoby, roztopíme a porovnajme výsledné vzorky vody. Ukazuje sa, že ich nemožno rozlíšiť. Ďalej, ak polovicu vody odparíme, vzniknutú paru skondenzujeme v inej nádobe a porovnáme vzorky vody, uvidíme, že sa tiež nedajú od seba odlíšiť. Toto správanie počas vyparovania (a kondenzácie), ako aj počas mrazenia (a topenia) charakterizuje čisté látky. Riešenia sa správajú úplne inak.
Predpokladajme, že odparíme časť slanej vody. Teplota kvapaliny stúpa, kým nezačne vrieť. Bod varu slanej vody je vyšší ako u čistej vody. Teplota varu čistej vody zostáva konštantná, zatiaľ čo teplota varu slanej vody sa zvyšuje. So zvyšujúcim sa bodom varu sa zvyšuje koncentrácia soli vo vode. Ak zoberieme paru vzniknutú varom slanej vody a skondenzujeme ju v samostatnej nádobe, zistíme, že táto kvapalina svojimi vlastnosťami pripomína čistú vodu, a nie roztok, z ktorého bola získaná. Po odparení všetkej vody zostane tuhá soľ. Čiže destiláciou, teda odparením a následnou kondenzáciou v inej nádobe možno oddeliť čistú kvapalinu z roztoku a kryštalizáciou, teda tvorbou kryštalickej pevnej látky, možno z roztoku získať čistú tuhú látku. Chemici nazývajú čistú kvapalinu získanú destiláciou roztoku a čistú pevnú látku získanú kryštalizáciou zložky roztoku.
Čistý chlorid sodný, podobný čistá voda, má pri danom tlaku určitú teplotu topenia (bod tuhnutia). Separačné operácie, ako je destilácia alebo mrazenie, neoddeľujú zložky soli. Zloženie soli, vyjadrené ako pomer počtu atómov sodíka a chlóru alebo pomer hmotností týchto atómov, je konštantné a zodpovedá vzorcu NaCl. Chlorid sodný je rovnako ako voda čistá látka.
Na druhej strane operácie ako destilácia alebo mrazenie zvyčajne vedú k oddeleniu čistých látok, ktoré boli v roztoku, od roztoku. Čím bližšie sú komponenty vlastnosťami, tým ťažšie je oddeliť ich od roztoku. Ale aj v zložitých prípadoch možno separáciu zvyčajne dosiahnuť pomocou rôznych metód. V prírode sa roztoky nachádzajú oveľa častejšie ako čisté látky a heterogénne systémy sú bežnejšie ako roztoky. Čisté látky sa často musia získať z roztokov pomocou vhodných fázových prechodov.
