Αρχική Σελίδα > Η ΧΗΜΕΙΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΕΙ ΤΗΝ ΥΛΗ. 7ο μέρος : Διαμοριακές αλληλεπιδράσεις. Σχηματισμός διαλυμάτων ουσιών. Η διαλυτότητα χημικών ουσιών. Ενεργειακές επιδράσεις κατά τον σχηματισμό διαλυμάτων (περ)
Η ΧΗΜΕΙΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΕΙ ΤΗΝ ΥΛΗ. 7ο μέρος : Διαμοριακές αλληλεπιδράσεις. Σχηματισμός διαλυμάτων ουσιών. Η διαλυτότητα χημικών ουσιών. Ενεργειακές επιδράσεις κατά τον σχηματισμό διαλυμάτων (περ)
Δήμητρα Σπανού, χημικός, συνταξιούχος καθηγήτρια Μέσης Εκπαίδευσης από 30-6-2025
υπό κατασκευή
Σχηματισμός διαλυμάτων ουσιών
Η διαδικασία της διάλυσης ουσιών για τον σχηματισμό διαλυμάτων είναι μιαπολύπλοκη φυσικοχημική διαδικασία κατά την οποία σχηματίζεται ένα ομογενές θερμοδυναμικά σταθερό σύστημα που ονομάζεταιδιάλυμα
Υπάρχουν πολλών τύπων διαλύματα ανάλογα με την φάση των ουσιών σε δεδομένες συνθήκες, όπως διάλυμα υγρού σε υγρο, στερεού σε υγρό αερίου σε υγρό , στερεού σε στερεό, κ.α.
Παρόμοια έχουμε πολλών τύπων διαλύματαανάλογα με την φύση των στοιχειωδών σωματιδίων κάθε μιας ουσίας που συμμετέχει. Έχουμε διαλύματα ιοντικά, μοριακά, κολλοειδή, κ.λ.π.
Συνήθως την ουσία που βρίσκεται σε μεγαλύτερη αναλογία και σε φάση ίδια με του διαλύματος ονομάζουμε διαλύτη
Κορεσμός και διαλυτότητα
Η παρασκευή ενός διαλύματος απαιτεί την σταδιακή διάλυση της μιας ουσίας μέσα στην άλλη. Αυτή η διαδικασία είναι ανατρέψιμη και βέβαια φτάνει σε ισορροπία. Όπως συνήθως στις χημικές ισορροπίες έχουμε κι εδώ μια δυναμική κατάσταση της αδιάλυτης ουσίας και της εν διαλύσει όπου ο αριθμός των σωματιδίων που μεταφέρονται από την αδιάλυτη ουσία στο διάλυμα είναι ίσος με τον αριθμό των σωματιδίων που από την εν εν διαλύση κατάσταση μεταφέρονται στην αδιάλυτη ουσία.
Ένα τέτοιο διάλυμα στο οποίο υπάρχειαδιάλυτη ουσία σε ισορροπία με την εν διαλύσει ουσία ονομάζεται κορεσμένο διάλυμα
Ένα κορεσμένο διάλυμα είναι ένα χημικό διάλυμα που περιέχει την μέγιστη συγκέντρωση μιας διαλελυμένης ουσίας σε διαλύτη. Δεν διαλύεται επιπλέον ουσία στο διάλυμα αυτό
Τότε, η περιεκτικότητα της διαλυμένης ουσίας στο κορεσμένο διάλυμα που ταυτόχρονα αναφέρεται και σαν η
ικανότητα μιας ουσίας να διαλύεται σε έναν διαλύτη σε δεδομένη θερμοκρασία, καιονομάζεται διαλυτότητα
Ηδιαλυτότηταμετράται με τα γραμμάρια της εν διαλύσει ουσίας σε ορισμένη ποσότητα διαλύτη ( συνήθως gr ουσίας/ 100gr διαλύτη ή γραμμομόρια ουσίας σε ορισμένο όγκο διαλύτη moles ουσίας/lt διαλύτη κ.α) εξαρτάται από
την φύση των στοιχειωδών σωματιδίων ουσίας και διαλύτη
Ισχύει γενικά : Όμοιο διαλύει όμοιο.
Ουσίες πολικες ή ουσίες που διασπώνται σε ιόντα (ηλεκτροχημική διάλυση) διαλύονται ευκολότερα σε πολικούς διαλύτες και το αντίθετο
τις θερμοδυναμικές παραμέτρους του συστήματος Θερμοκρασία και Πίεση
Η διάλυση επιρρεάζεται από την κινητική ενέργεια των μορίων των υπό διάλυση ουσιών. Σε εξώθερμες αντιδράσεις διάλυσης η διαλυτότητα μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας ενώ σε ενδόθερμες αυξάνεται. (αρχή Le Chatelier- Brown)
Με την αύξηση της πίεσης όταν πρόκειται για αέριες ουσίες η διαλυτότητα αυξάνεται (Νόμος του Henry)
τους μηχανικοί παράγοντες που επικρατούν
Παρδείγματα: Στην ανακρυστάλλωση ευνοείται από ακινησία του διαλύματος, πολλές φορές η διάλυση επιρρεάζεται από μηχανικούς παράγοντες όπως κραδασμοί, υπέρηχοι κ.λ.π., )
καθώς και την παρουσία άλλων ουσιών στο διάλυμα
Καμπύλες κορεσμού και καμπύλες διαλυτότητας
Η διαλυτότητα για διάφορες ουσίες δίνεται από τις καμπύλες διαλυτότητας που είναι μια γραφική βάση δεδομένων που συγκρίνει την ποσότητα της διαλυμένης ουσίας που διαλύεται σε κάποια ποσότητα διαλύτησε ορισμένη θερμοκρασία
Συνήθως σχεδιάζονται για την ποσότητα διαλυμένης ουσίας που διαλύεται (στερεά, υγρά, αέρια) σε ποσότητα διαλύτη 100 γραμμαρίων
Στις καμπύλες κορεσμού υποδεικνύεται το σημείο κορεσμού που είναι η συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας σε 100γρ διαλύτη. Αν η συγκέντρωση σε μια ουσία σε κάποια θερμοκρασία βρίσκεται κάτω από την καμπύλη το διάλυμα θεωρείται ακόρεστο και υπάρχουν περιθώρια να διαλυθεί επι πλέον ουσία.
Για περιοχές πάνω από την κάθε καμπύλη, το διάλυμα θεωρείται υπέρκορο, δηλαδή η ουσία που υπάρχει σε 100 γρ. διαλύτη είναι μεγαλύτερη από αυτήν που κανονικά θα διαλυόταν σε αυτόν τον διαλύτη σύμφωνα με τις καμπύλες κορεσμού. πάρχουν ειδικές τεχνικές για να παίρνουμε υπέρκορα διαλύματα.
Υπέρκορα διαλύματα
Ένα διάλυμα έχει την δυνατότητα να περιέχει μια συγκεκριμένη ποσότητα διαλυμένης ουσίας σε ορισμένη ποσότητα διαλύτη. Όμως σε κάποιες περιπτώσεις μπορεί να δημιουργηθεί ένα διάλυμα το οποίο να περιέχει μεγαλύτερη ποσότητα διαλυμένης ουσίας από όση απαιτείται για κορεσμό σε δεσμένες συνθήκες. Αυτό το διάλυμα είναι υπέρκορο. Μια τεχνική για να πάρουμε ένα υπέρκορο διάλυμα: Να χρησιμοποιήσουμε αρχικά ένα κορεσμένο διάλυμα και να το ψύχουμε σταδιακά. Συνήθως με την ψύξη η διαλυτότητά του μειώνεται, οπότε φυσιολογικά πρέπει να αποβληθεί η επιπλέον ουσία ώστε να συμφωνεί η διαλυμένη ποσότητα με τις νέες συνθήκες. Όμως εάν αυτό γίνει με κάποιον ορισμένο τρόπο όπως με συνεχή ανάδευση και τον αποκλεισμό της εισόδου ξένων ουσιών η επιπλέον ουσία είναι δυνατόν να παραμείνει εν διαλύσει. Τότε έχουμε ένα υπέρκορο διάλυμα.
Εάν σε αυτό το διάλυμα εισαχθεί έστω και ένας κρύσταλλος από την διαλυμένη ουσία, τότε όλη η περίσσεια της διαλυμένης ουσίας του υπέρκορου, αποβάλλεται και κρυσταλλώνεται, αφού άλλοι παρόμοιοι κρύσταλλοι αρχίζουν να αναπτύσσονται γύρω από αυτό που εισήχθη.
Συνηθισμένα διαλύματα που γίνονται υπέρκορα είναι τα διαλύματα βόρακα, θειοθειϊκού νατρίου κ.α.
Ενεργειακές επιδράσεις κατά τον σχηματισμό διαλυμάτων
Η διαδικασία της διάλυσης και της δημιουργίας διαλυμάτων, συνοδεύεται, όπως είναι φυσικό και με ενεργειακές μεταβολές.
Οι αυθόρμητες διεργασίες στην Φύση πορεύονται προς την μείωση της συνολικής ενέργειας Gibbs των Συστημάτων
κατά την σχέση ΔG= ΔΗ - ΤΔS < 0
Η διάλυση είναι ένα σύνολο διεργασιών που περιλαμβάνει τρία στάδια:
1. Καταστροφή ενδομοριακών και διαμοριακών αλληλεπιδράσεων των ουσιών που διαλύονται.
Η διαδικασία αυτή ως επί το πλείστον είναι ενδόθερμη γιατί απαιτείται ενέργεια για να σπάσουν όλες οι ενεργειακές χημικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των σωματιδίων της υπό διάλυση ουσίας (διαμοριακές, ενδομοριακές, δεσμών κ.λ.π.) Εδώ απαιτείται κατανάλωση ενέργειας και έχουμε ΔΗ > 0
2. Αλληλεπίδραση μορίων διαλύτη και διαλυμένων σωματιδίων για τον σχηματισμό διαλυμάτων
3. Την αυθόρμητη ανάμειξη του διαλύματος των διαλυμένων ουσιών στον διαλύτη
Όταν τα στερεά διαλύονται σε υγρά, λαμβάνουν χώρα οι ακόλουθες διεργασίες:
Καταστροφή του κρυσταλλικού πλέγματος μιας στερεής ουσίας. Απαιτείται ενέργεια για την καταστροφή του κρυσταλλικού πλέγματος μιας στερεής ουσίας. Αυτή η διαδικασία είναι ενδοθερμική, για την εφαρμογή της απαιτείται εισροή θερμότητας από το εξωτερικό.
Διάχυση υγρών μορίων και στερεών μορίων. Ο ρυθμός διάχυσης καθορίζεται από την ταχύτητα κίνησης των μορίων, δηλαδή ο ρυθμός διάχυσης εξαρτάται άμεσα από τη θερμοκρασία. Όσο υψηλότερο είναι, τόσο πιο γρήγορα προχωρά αυτό το στάδιο [5]:
Η διάλυση είναι η διαδικασία αλληλεπίδρασης μεταξύ υγρών μορίων και στερεών μορίων (εάν ο διαλύτης είναι νερό, αυτή η διαδικασία ονομάζεται ενυδάτωση).
Η διαδικασία επίλυσης μπορεί να είναι τόσο ενδοθερμική όσο και εξώθερμη. Δηλαδή, όταν τα μόρια ενός διαλύτη και ενός στερεού αλληλεπιδρούν, η θερμότητα μπορεί να απελευθερωθεί και να απορροφηθεί. Κατά συνέπεια, η αύξηση της θερμοκρασίας μπορεί τόσο να επιβραδύνει όσο και να επιταχύνει αυτό το στάδιο. Σε αυτή την περίπτωση, όλα εξαρτώνται μόνο από τη φύση των μορίων διαλύτη και της διαλελυμένης ουσίας.
c = kp, ή c ~ p , όπου
c είναι η μοριακή συγκέντρωση του διαλελυμένου αερίου στον όγκο του διαλύματος (mol/λίτρο)· p είναι η πίεση του αερίου πάνω από το υγρό (Pa). k είναι η σταθερά διαλυτότητας του αερίου. Αυτή η σταθερά μπορεί να εξαρτάται από άλλους παράγοντες, όπως η θερμοκρασία, αλλά είναι ανεξάρτητη από την πίεση του αερίου πάνω από το διάλυμα, τον όγκο του διαλύματος και την ποσότητα της ουσίας διαλυμένου ή διαλυμένου αερίου.
Σε διαφορική μορφή, η εξίσωση του νόμου του Henry μοιάζει με αυτό:
DC = KDP
Συντελεστής θερμοκρασίας. Για τα περισσότερα στερεά, η διαλυτότητα αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Μια εξαίρεση μπορεί να είναι μερικοί ένυδροι κρύσταλλοι, καθώς η διάλυση των ίδιων των υδριτών κρυστάλλων συνοδεύεται από την απορρόφηση θερμότητας (ενδοθερμική διαδικασία), αλλά μετά την "απελευθέρωση" μορίων άλατος από μόρια νερού στον ένυδρο κρύσταλλο, τα άνυδρα μόρια κατά τη διάρκεια της ενυδάτωσης (διάλυση) μπορούν τα ίδια να απελευθερώσουν θερμότητα (εξώθερμη διαδικασία), επομένως η θέρμανση μπορεί να αναστείλει τη διαδικασία διάλυσης. Ένα εντυπωσιακό παράδειγμα αυτού είναι η διαδικασία διάλυσης του αλατιού Na του Glauber στο νερό2ΈΤΣΙ4·10 ώρες2Α. Υπάρχουν και άλλες εξαιρέσεις σε αυτόν τον κανόνα. Στόχος μας είναι να συμπεράνουμε αυτή τη σχέση περιγράφοντάς την μαθηματικά.
Η διαλυτότητα των αερίων στο νερό επηρεάζεται αρνητικά από την αύξηση της θερμοκρασίας. Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, η διαλυτότητα του αερίου πέφτει απότομα. Όταν βράζει, όλο το αέριο βγαίνει από το νερό.
Αξίζει επίσης να σημειωθεί ότι σύμφωνα με τις εργασίες [3], η διάλυση προσθέτων σε πολυαιθυλένιο επηρεάζεται από την παρουσία άλλων προσθέτων - προϊόντων οξείδωσης πολυαιθυλενίου. Δηλαδή, η διαλυτότητα της ουσίας στον διαλύτη μπορεί επίσης να επηρεαστεί από άλλες ακαθαρσίες. Αξίζει να σημειωθεί ότι το πολυαιθυλένιο δεν είναι υγρό και όχι στερεή κρυσταλλική ουσία, αλλά άμορφη. Επομένως, η λύση του σε αυτή την περίπτωση δύσκολα μπορεί να ονομαστεί υγρή ή στερεά.
Θα πρέπει επίσης να σημειωθεί εδώ ότι αν μιλάμε για ένα κολλοειδές διάλυμα και όχι για μια πραγματική λύση, τότε η προσθήκη ειδικών ακαθαρσιών - πηκτικών οδηγεί στην καθίζηση της διασκορπισμένης φάσης από το διασκορπισμένο μέσο - τη διαδικασία πήξης [1]. Έτσι, οι ακαθαρσίες μπορούν να επηρεάσουν τη διαλυτότητα τόσο θετικά όσο και αρνητικά.
Η ποσότητα διαλελυμένης ουσίας που μπορεί να διαλυθεί σε διαλύτη για να σχηματίσει ένα κορεσμένο διάλυμα εξαρτάται από πολλούς παράγοντες. Οι σημαντικότεροι παράγοντες είναι:
. Σε αντίθεση με ένα κορεσμένο διάλυμα, σε ένα ακόρεστο διάλυμα, η συγκέντρωση είναι χαμηλότερη από τη διαλυτότητα και είναι δυνατή η περαιτέρω διάλυση. Και το υπερκορεσμένο διάλυμα περιέχει περισσότερη διαλυμένη ουσία από ό, τι είναι δυνατόν υπό αυτές τις συνθήκες. Το ποσοτικό χαρακτηριστικό ενός κορεσμένου διαλύματος είναι η διαλυτότητά του - η μέγιστη δυνατή συγκέντρωση μιας διαλελυμένης ουσίας. Μπορεί να είναι είτε πολύ υψηλό είτε πολύ χαμηλό. - Читайте подробнее на FB.ru: https://fb.ru/article/550147/2023-nasyischennyiy-rastvor-svoystva-primenenie-poluchenie
Εξαγωγή της (των) εξίσωσης(-εων) για την εξάρτηση της διαλυτότητας των στερεών σε υγρούς διαλύτες από τη θερμοκρασία.
Έτσι, ας συμπεράνουμε την εξάρτηση ή τις εξαρτήσεις της διαλυτότητας των στερεών στη θερμοκρασία. Γνωρίζουμε ήδη ότι η διαλυτότητα των στερεών στα υγρά επηρεάζεται από τη θερμοκρασία. Ας εξετάσουμε το γράφημα από το σχολικό βιβλίο [4].
Συνήθως σχεδιάζονται για την ποσότητα διαλυμένης ουσίας που διαλύεται (στερεά, υγρά, αέρια) σε ποσότητα διαλύτη 100 γραμμαρίων