ՀԱՅԱՍՏԱՆԻ ՀԱՆՐԱՊԵՏՈՒԹՅԱՆ ԿՐԹՈՒԹՅԱՆ ԵՎ

Երկու կամ ավելի նյութերից բաղկացած համակարգերը, որոնցում մեկ (կամ մի քանի) նյութը մանր մասնիկների ձևով բաշխված է մի այլ նյութի մեջ, կոչվում են դիսպերս համակարգեր (ըստ լատ. dispersus - ցրված): Այն նյութը, որը մանր մասնիկների ձևով բաշխված է մյուսի մեջ, կոչվում է դիսպերս ֆազ, իսկ այն նյութը, որում բաշխված է ֆազը, կոչվում է դիսպերս միջավայր:

Քանի որ նյութերի հիմնական ագրեգատային վիճակները երեքն են՝ պինդ (Պ), հեղուկ (Հ) և գազային (Գ), ապա հնարավոր դիսպերս համակարգերը ըստ ագրեգատային վիճակի կլինեն հետևյալ ինը տեսակի՝

որտեղ մեծատառերով նշված է միջավայրը, իսկ փոքրատառերով՝ ֆազը:

Ըստ դիսպերս ֆազի գծային չափերի դիսպերս համակարգերը դասակարգվում են՝ կոպիտ դիսպերսիաներ կամ կախույթներ, կոլոիդ լուծույթներ և իսկական կամ մոլեկուլային լուծույթներ:

Կախույթներում դիսպերս ֆազի մասնիկների չափերը՝ δ>100նմ: Դրանց բնորոշ առանձնահատկությունը անկայունությունն է: Ժամանակի ընթացքում դիսպերս ֆազի մասնիկները կամ նստում են, կամ բարձրանում միջավայրի մակերեսին, կախված ֆազի և միջավայրի խտությունների հարաբերությունից: Եթե կախույթում դիսպերս ֆազը կազմըված է պինդ նյութի մասնիկներից, իսկ դիսպերս միջավայրը հեղուկ է, ապա կախույթը կոչվում է սուսպենզիա. օրինակ կավճի փոշին ջրի մեջ: Եթե դիսպերս ֆազը ևս հեղուկ է, բաշխված մի այլ հեղուկի մեջ (հետերոգենության պահպանումով), ապա կախույթը կոչվում է էմուլսիա, օրինակ կաթը, որտեղ յուղի փոքր մասնիկները բաշխված են ջրում:

Իսկական կամ մոլեկուլային լուծույթներում դիսպերս ֆազը մանրացված է մինչև առանձին մոլեկուլներ« ատոմներ կամ իոններ: Մասնիկների չափերը այս դեպքում՝ δ<1նմ –ից, օրինակ շաքար, աղի ջրային լուծույթները:

Կոլոիդ լուծույթներում դիսպերս ֆազի մասնիկների չափերը` 1<δ<100նմ է: Սրանք միջանկյալ դիրք են գրավում կախույթների և իսկական լուծույթների միջև: Այդպիսիք են օրինակ սոսնձի, ժելատինի լուծույթները: Եթե դիսպերս միջավայրը գազ է, իսկ ֆազը հեղուկ, կամ պինդ, ապա կոլոիդ համակարգը կոչվում է աերոզոլ, օրինակ մառախուղը կամ ծուխը համապատասխանաբար:

Մենք կուսումնասիրենք հեղուկ դիսպերս համակարգերը, դրանցից իսկական լուծույթները, մասնավորապես, երբ հեղուկ միջավայրը ջուրն է:

6.2. Լուծույթների ընդհանուր բնութագիրը

Լուծույթները համասեռ համակարգեր են, կազմված երկու կամ ավելի բաղադրամասերից, որոնց բաղադրությունը կարելի է փոխել որոշակի տիրույթում առանց համասեռությունը խախտելու: Յուրաքանչյուր լուծույթ կազմված է երկու տեսակի բաղադրամասերից՝ լուծիչ և լուծվող նյութ (նյութեր):

Լուծիչ կոչվում է այն բաղադրամասը, որն առանձին վերցրած ունի նույն ագրեգատային վիճակը, ինչ որ լուծույթը: Օրինակ, եթե շաքարը և ջուրը խառնվեն այնպիսի հարաբերությամբ, որ ստացված լուծույթը լինի հեղուկ«ապա լուծիչը ջուրն է, իսկ եթե շաքարի կտորի վրա մեկ, երկու կաթիլ ջուր է ավելացված« ապա ջուրն է դիսպերսված շաքարի մեջ: Եթե երկու բաղադրիչներն էլ ունեն նույն ագրեգատային վիճակը, ապա լուծիչն այն է, որը քանակով ավելի շատ է:

Իրենց համասեռությամբ և լուծման պրոցեսում դիտվող ջերմային երևույթների առկայությամբ լուծույթները նման են քիմիական միացություններին: Սակայն լուծույթներն ունեն իրենց բաղադրիչ մասերի հատկությունները և դրանց բաղադրությունը կարելի է փոխել լայն միջակայքում: Այս հատկանիշներով լուծույթները նման են խառնուրդներին: Ուստի լուծույթները միջանկյալ դիրք են գրավում խառնուրդների և քիմիական միացությունների միջև:

6.3. Լուծույթների բաղադրության և կոնցենտրացիաների արտահայտման եղանակները

Լուծույթների բաղադրութունը քանակապես կարելի է արտահայտել չափողականություն չունեցող բաժիններով (զանգվածային կամ մոլային), ինչպես նաև չափողական մեծություններով՝ կոնցենտրացիաներով: Դրանցից յուրաքանչյուրն ունի իր կիրառման հարմար դեպքը: Լուծույթների բաղադրութունն արտահայտվում է հետևյալ եղանակներով:

1. Զանգվածային բաժին` արտահայտված տոկոսներով (w): Այն ցույց է տալիս, թե լուծված A նյութի զանգվածը (m_A) ամբողջ լուծույթի

Զանգվածի (m_լ) որ տոկոսն է կազմում՝

այսինքն` ցույց է տալիս 100գ լուծույթում լուծված նյութի գրամների քանակը:

2. Ծավալային բաժին` արտահայտված տոկոսներով (φ) : Ցույց է տալիս լուծված նյութի ծավալը (V_A ) ամբողջ լուծույթի ծավալի որ

տոկոսն է կազմում:

այսինքն 100 ծավալ լուծույթում լուծված նյութի ծավալը: Ծավալային բաժինը հատկապես օգտագործվում է գազերի կամ հեղուկների խառնուրդների բաղադրությունները որոշելիս:

3. Մոլային բաժին (N). Ցույց է տալիս լուծված նյութի մոլերի թվի (V_A) հարաբերությունը լուծույթում եղած բոլոր նյութերի՝ լուծիչի (V_լ-չ) և լուծված նյութերի մոլերի թվերի գումարին՝

Լուծույթի վիճակի հիմնական չափանիշը նրա կոնցենտրացիան է:

Լուծույթի կոնցենտրացիան լուծված նյութի քանակն է լուծույթի կամ լուծիչի որոշակի ծավալում կամ զանգվածում:

Որակապես կոնցենտրացիան արտահայտվում է երկու ձևով, խիտ լուծույթներ, երբ լուծված նյութի քանակը համեմատելի է լուծիչի քանակի հետ և նոսր՝ երբ լուծված նյութի քանակը զգալիորեն փոքր է լուծիչի քանակից:

Կան լուծույթների կոնցենտրացիաների արտահայտման բազմաթիվ քանակական եղանակներ:

1. Մոլային կոնցենտրացիա C_մ: Ցույց է տալիս լուծված նյութի (A) մոլերի թվի (V_A) հարաբերությունը լուծույթի ծավալին (V_լ), այսինքն 1լ լուծույթում լուծված նյութի մոլերի թիվը:

Քանի որ լուծված նյութի մոլերի թիվը` V_A = m_A / M_A, ապա

Մոլային կոնցենտրացիան օգտագործվում է այն դեպքերում, երբ անհրաժեշտ է իմանալ լուծույթի ցանկացած ծավալում լուծված նյութի մասնիկների (մոլերի) թիվը:

2. Նորմալ կոնցենտրացիա C_ն: Ցույց է տալիս լուծված նյութի համարժեքների թվի (V_A = m_A/э_А) հարաբերությունը լուծույթի ծավալին (V_լ), այսինքն 1լ լուծույթում:

Նորմալ կոնցենտրացիան հարմար է օգտագործել այն դեպքերում, երբ լուծված նյութերը պետք է փոխազդեն իրար հետ: Միատեսակ նորմալ կոնցենտրացիա ունեցող տարբեր լուծույթների հավասար ծավալներում կպարունակվեն հավասար համարժեքներ, իսկ նյութերը իրար հետ փոխազդում են իրենց համարժեքներին համեմատական քանակներով: Հետևաբար V₁C_ն1=V₂C_ն2, որտեղ V₁ և V₂ լուծույթների փոխազդած ծավալներն են:

3. Մոլալ կոնցենտրացիա C_m: Ցույց է տալիս 1000գ լուծիչում լուծված նյութի մոլերի թիվը:

Մոլալ կոնցենտրացիան օգտագործվում է այն դեպքերում, երբ չափվում են լուծույթի այնպիսի հատկություններ, որոնք ուղեկցվում են նրա ջերմաստիճանի փոփոխությամբ, քանի որ լուծույթի ծավալը ջերմաստիճանից կախված է, իսկ զանգվածը`ոչ:

6.4. Լուծման պրոցեսը

Լուծման պրոցեսը ընթանում է երկու փուլերով.

1. Լուծիչի մոլեկուլների ազդեցության տակ լուծվող նյութի բյուրեղային ցանցը կամ մոլեկուլների միջև կապերը քայքայվում են: Այդ պրոցեսը ընթանում է ջերմության կլանումով ΔH₁>0: Այդ քայքայումը հնարավոր է այն դեպքերում, երբ ձգողության ուժերը լուծվող նյութի և լուծիչի մասնիկների միջև համաչափելի են լուծվող նյութի մասնիկների միջև եղած ձգողության ուժերին: Այդ դեպքում տեղի է ունենում ֆազային անցում` ΔH₁=ΔH որտեղ ΔH_ֆ-ն ֆազային անցման ջերմությունն է:

2. Լուծվող նյութի մասնիկների փոխազդեցությունը լուծիչի մոլեկուլների հետ` սոլվատացում (ջրի դեպքում հիդրատացում) և այս դեպքում էներգիա անջատվում է ΔHս<0:

Oրինակ`

ընդհանուր լուծման ջերմությունը`

Ջերմության այն քանակությունը, որը կլանվում կամ անջատվում է 1 մոլ նյութ լուծելիս, կոչվում է լուծման ջերմություն:

Կախված այն բանից, թե լուծման ջերմության բաղադրիչներից որն է բացարձակ արժեքով ավելի մեծ, այն կարող է լինել ինչպես դրական, այնպես էլ բացասական:

Օրինակ ծծմբական թթվի լուծման դեպքում` ΔH_ս-ն շատ ավելի մեծ է ΔH_ֆ-ից, ուստի դիտվում է տաքացում`ΔH< 0, իսկ բյուրեղային նյու թերի, օրինակ NaCl–ի լուծման դեպքում, հակառակն է, բյուրեղային ցանցի քայքայման ΔH_ֆ< 0 և չնայած` ΔH_ս< 0, բայց ΔH_ֆ >> |ΔH_ս| և ΔH> 0, դիտվում է սառեցում:

Էնտրոպիայի փոփոխությունը լուծման պրոցեսում ևս հավասար է ֆազային անցման և սոլվատացման էնտրոպիաների փոփոխությունների գումարին`

Բյուրեղային նյութերի լուծման դեպքում բյուրեղի հանգույցներում կանոնավոր դասավորված մասնիկները լուծման հետևանքով անցնում են խիստ անկարգավորված վիճակի: ՈՒստի էնտրոպիան խիստ մեծանում է` ΔS >> 0: Այդ պատճառով, չնայած պինդ բյուրեղային նյութերի մեծ մասի լուծման դեպքում ΔH> 0, TΔS շատ մեծ է ΔH-ից և ΔG-ն (ΔG = ΔH - TΔS) ստացվում է փոքր զրոյից, ուստի լուծման պրոցեսը ընթանում է ինքնաբերաբար:

Գազերի լուծման դեպքում ΔH< 0` լուծման պրոցեսը ընթանում է ջերմության անջատումով, դիտվում նաև է ծավալի կրճատում և ΔS< 0:

Լուծումը ինքնաբերաբար ընթացող պրոցես է (ΔG < 0): Լուծման զուգահեռ ընթանում է նաև հակառակ պրոցեսը` և համակարգը հասնում է հավասարակշռության` ΔG = 0: Լուծույթը դառնում է հագեցած:

Հագեցած կոչվում են այն լուծույթները, որոնք շարժուն հավասարակըշռության մեջ են գտնվում լուծվող նյութի ավելցուկի հետ:

6.5.Լուծելիություն

Նյութի` այս կամ այն լուծիչի մեջ լուծվելու ընդունակությունը կոչվում է լուծելիություն:

Նյութի լուծելիության չափանիշը տվյալ պայմաններում նրա հագեցած լուծույթի կոնցենտրացիան է: Լուծելիությունը կարելի է արտահայտել նույն եղանակներով, ինչ լուծույթի բաղադրությունը:

Մեծ մասամբ լուծելիությունը արտահայտում են լուծելիության գործակցով, դա տվյալ պայմաններում 100գ լուծիչում հագեցած վիճակում լուծված նյութի գրամների քանակն է հագեցած վիճակում:

Լուծելիությունը կախված է լուծվող նյութի և լուծիչի բնույթից, ջերմաստիճանից, իսկ գազերի լուծման դեպքում նաև ճնշումից և կարող է փոխվել լայն միջակայքում:

Պինդ նյութերի լուծելիությունը կախված է ջերմաստիճանից: Դրանց մեծ մասի լուծելիությունը ջերմաստիճանի բարձրացումից մեծանում է: Լուծելիության կախումը ջերմաստիճանից հարմար է արտահայտել լուծելիության կորերով (նկ. 6.1):

Քանի որ լուծման պրոցեսը դարձելի է և հասնում է հավասարակշռությանը, ապա համաձայն Լե Շատելյեի սկզբունքի, այն նյութերի, որոնց լուծման պրոցեսը ջերմակլանիչ է` ΔH>0, ջերմաստիճանի բարձրացումից հավասարակշռությունը տեղաշարժվում է դեպի ջերմակլանիչ կողմը, և լուծելիությունը մեծանում է, օրինակ KNO₃–ի լուծման դեպքում (նկ. 6.1): Ջերմաստիճանի բարձրացումից NaCl-ի լուծելիությունը քիչ է մեծանում, որովհետև նրա լուծման ջերմությունը (ΔH>0) մեծ չէ: Կալցիումի քրոմատի լուծելիությունը ջերմաստիճանի բարձրացումից փոքրանում է, քանի որ նրա լուծման պրոցեսը ջերմանջատիչ է` ΔH< 0:

Տարբեր նյութերի լուծելիությունը փոփոխվում է լայն տիրույթում: Եթե 100գ ջրում լուծվում է 10գ-ից ավել նյութ, ապա այդպիսի նյութը կոչվում է լավ լուծվող, եթե 0.01-ից մինչև 1գ նյութ` քիչ լուծվող, իսկ 0.01գ-ից պակաս դեպքում` գործնականորեն անլուծելի:

Աղյուսակ 6.1-ում բերված են որոշ նյութերի լուծելիությունը 20⁰C-ում:

Քանի որ պինդ նյութերի մեծ մասի լուծելիությունը ջերմաստիճանի իջեցումից փոքրանում է, ապա հագեցած լուծույթը սառեցնելիս լուծված նյութի մի մասը անջատվում է բյուրեղների ձևով: Այդ երևույթը կոչվում է բյուրեղացում: Սակայն եթե սառեցումը կատարենք դանդաղ և զգուշորեն, լուծված նյութի ավելցուկը չի բյուրեղանա, և կառաջանա լուծույթ, որը կպարունակի ավելի շատ լուծված նյութ, քան այդ ջերմաստիճանում հագեցած լուծույթը: Այսպիսի լուծույթը կոչվում է գերհագեցած:

Պայմանների անփոփոխության դեպքում (ներառյալ հանգիստ վիճակը) գերհագեցած լուծույթները կարող են մնալ կայուն շատ երկար ժամանակ, բայց լուծված նյութի բյուրեղ ավելացնելիս, այն դառնում է բյուրեղացման կենտրոն, և լուծված նյութի ավելցուկը բյուրեղանում է: Լուծույթը նորից դառնում է հագեցած:

Առայժմ գոյություն չունի ամբողջական տեսություն, ըստ որի հնարավոր լիներ կանխատեսել նյութի լուծելիությունը: Սակայն ակնհայտ է, որ «նմանը լուծվում է նմանի մեջե, այսինքն բևեռային և իոնական նյութերը լավ լուծվում են բևեռային լուծիչներում (օրինակ H₂O, սպիրտներ), իսկ ոչ բևեռային նյութերը` ոչ բևեռային լուծիչներում (օրինակ C₆H₆, CS₂): Ջրի մեջ բենզոլը չի լուծվում, որովհետև ձգողական ուժերը ջրի մասնիկների մեջ ավելի ուժեղ են, քան ջրի և բենզոլի մասնիկների միջև:

Պինդ նյութերի լուծելիությունը ճնշումից գործնականում կախված չէ, քանի որ դրանց լուծման պրոցեսում ծավալի փոփոխություն գործնականորեն չի դիտվում:

Գազերի լուծելիությունը հեղուկներում համարյա միշտ ուղեկցվում է ջերմության անջատումով, շնորհիվ դրանց սոլվատացման` ΔH = ΔH_ֆ + ΔH_ս: ΔH_ֆ = 0, իսկ ΔH_ս< 0, ուստի ΔH < 0: Այդ պատճառով, ըստ Լե Շատելյեի սկզբունքի, ջերմաստիճանի բարձրացումից գազերի լուծելիությունը փոքրանում է (նկ. 6.2):

Հեղուկում գազի լուծման ժամանակ գազի ծավալը խիստ փոքրանում է` ΔV< 0, ուստի ճնշումը մեծացնելիս գազերի լուծելիությունը մեծանում է: Այս կախումը քիչ լուծվող գազերի համար արտահայտվում է Հենրիի օրենքով:

Հաստատուն ջերմաստիճանում գազի լուծելիությունը ուղիղ համեմատական է նրա ճնշմանը:

որտեղ C-ն գազի լուծելիությունն է, P-ն գազի ճնշումն է լուծույթի վրա, K համեմատության գործակիցը կոչվում է Հենրիի հաստատուն:

Բևեռային լուծիչներում բևեռային մոլեկուլներ ունեցող գազերը լավ են լուծվում, իսկ ոչ բևեռային մոլեկուլներ ունեցողները` վատ: Օրինակ` 1մթ ճնշման տակ սենյակի ջերմաստիճանում 1լ ջրում լուծվում է 500 մլ քլորաջրածին (բևեռային) և 0.03լ թթվածին (ոչ բևեռային): Լուծվող գազի ծավալը ճնշումից կախված չէ:

Հեղուկների փոխադարձ լուծելիությունը լինում է երեք տեսակի`

1. Անսահմանափակ լուծելիություն, երբ հեղուկները լուծվում են իրար մեջ բոլոր հարաբերություններով, օրինակ ջուրը և էթիլ սպիրտը

2. Սահմանափակ լուծելիություն, եթե հեղուկները իրար մեջ լուծվում են որոշակի հարաբերությամբ, օրինակ անիլինը և ջուրը:

3. Գործնականորեն անլուծելի, երբ հեղուկները գործնականորեն իրար մեջ չեն լուծվում, օրինակ բենզոլը և ջուրը:

Ջերմաստիճանի բարձրացումից հեղուկների փոխադարձ լուծելիությունը մեծ մասամբ աճում է, քանի որ այդ պրոցեսը հիմնականում ջերմակլանիչ է: Այդ պատճառով ջերմաստիճանի բարձրացումից հեղուկների փոխադարձ լուծելիությունը մեծանում է, և որոշ ջերմաստիճանից բարձր սահմանափակ լուծելիությունը վեր է ածվում անսահմանափակի: Հեղուկների սահմանափակ լուծելիություն նկատվում է, օրինակ ջրի և անիլինի խառնման ժամանակ (նկ. 6.3): Նկարում բերված կորը բաժանում է համակարգի համասեռ և անհամասեռ մասերը: Նրբագծված մասը հեղուկների շերտավորման մարսն է:

Գծագրից երևում է, որ 160⁰C-ում անիլինի 50%-անոց ջրային լուծույթը շերտավորվում է երկու փոխադարձաբար հագեցած լուծույթների (C և D)` անիլինը ջրում և ջուրը անիլինում: K կետին համապատասխանում է կրիտիկական ջերմաստիճանը, որից բարձր երկու հեղուկներն ունեն անսահմանափակ լուծելիություն: Փոխադարձ լուծելիության մեծացումը ջերմաստիճանի բարձրացումից տվյալ դեպքում հետևանք է այն բանի, որ պրոցեսը ջերմակլանիչ է:

6.6. Ջրի վիճակի դիագրամը

Կախված ջերմաստիճանից և ճնշումից` ջուրը կարող է գտնվել տարբեր ագրեգատային վիճակներում: Այդ կախումն արտահայտվում է ջրի վիճակի դիագրամի միջոցով (նկ. 6.4):

Դիագրամը բաղկացած է երեք կորերից: OA կորը բաժանում է հեղուկ և գոլորշի մարզերը:

Եթե վերցնենք ջրով լցված մի անոթ և միացնենք մանոմետրին (նկ. 6.5), ապա գոլորշիացման հետևանքով հեղուկի վրա կառաջանան գոլորշիներ, որոնց ճընշումը ցույց կտա մանոմետրը: Գոլորշիները կարող են վերադառնալ նաև հեղուկի մեջ (կոնդենսացում) և կհաստատվի հավասարակշռություն: Գոլորշիացումը ջերմակլանիչ պրոցես է, իսկ կոնդենսացումը` ջերմանջատիչ:

Հավասարակշռության պահին հեղուկի վրա եղած գոլորշիները կոչվում են հագեցած գոլորշիներ, իսկ նրանց առաջացրած ճնշումը` հագեցած գոլորշիների ճնշում:

Ջերմաստիճանը բարձրացնելիս ըստ Լե Շատելյեի սկզբունքի հավասարակշռությունը կտեղաշարժվի գոլորշիացման կողմը և գոլորշիների ճնշումը կմեծանա: Դա արտահայվում է OA կորով, հետևաբար OA-ն արտահայտում է հավասարակշռությունը հեղուկ և գոլորշի ֆազերի միջև և կոչվում է եռման կոր: OB կորը բաժանում է սառույց և գոլորշի մարզերը, և ցույց է տալիս սառույցի վրա հագեցած գոլորշիների ճնշման կախումը ջերմաստիճանից և կոչվում է սուբլիմացման կոր: OC կորը ցույց է տալիս հավասարակշռությունը սառույց և հեղուկ ֆազերի միջև և կոչվում է հալման կոր: O կետը կոչվում է եռակի կետ: Այդ պայմաններում` 0.0098⁰C և 4.6մմ.ս.ս. երեք ագրեգատային վիճակներն էլ միաժամանակ առկա են: Հեղուկի եռման ջերմաստիճան կոչվում է այն ջերմաստիճանը, որի դեպքում նրա վրա հագեցած գոլորշիների ճնշումը հավասարվում է արտաքին ճնշմանը: E կետը հեղուկի եռման կետն է 1մթ ճնշման դեպքում` 100⁰C: Երևանում ճնշումը 680մմ.ս.ս. է, եռման ջերմաստիճանը 97⁰C:

Հեղուկի կարծրացման ջերմաստիճան կոչվում է այն ջերմաստիճանը, որի դեպքում նրա վրա հագեցած գոլորշիների ճնշումը հավասարվում է կարծր ֆազի վրա եղած գոլորշիների ճնշմանը: F կետում ունենք սառույց P = 760մմ.ս.ս. դեպքում: OC կորի թեքությունից երևում է, որ ջրի հալման ջերմաստիճանը նվազում է ճնշման մեծացման դեպքում: Դա ջրի առանձնահատկություններից մեկն է: Ընդհանրապես մնացած համարա բոլոր նյութերի դեպքում OC կորը գտնվում է ավելի վեր և աջ:

6.7. Ոչ էլեկտրոլիտների նոսր լուծույթների կոլիգատիվ հատկությունները

Լուծույթների կոլիգատիվ հատկություններ կոչվում են այն հատկությունները, որոնք կախված են միայն լուծված նյութի մասնիկների թվից և կախված չեն լուծվող նյութի բաղադրությունից կամ տեսակից: Այդ հատկությունները ավելի պարզ են արտահայտվում և քանակապես ավելի պարզ հավասարումներով են բնութագրվում նոսր լուծույթների համար, որովհետև այդպիսի լուծույթներում լուծված նյութի մասնիկները գտնվում են իրարից մեծ հեռավորության վրա, նրանց փոխադարձ ազդեցությունը կարելի է բացառել, և լուծիչը գործնականորեն չի փոխում իր հատկությունները: Կդիտարկենք այնպիսի լուծույթները, որոնցից ջերմաստիճանի փոփոխման դեպքում անջատվում է (գոլորշիանում կամ բյուրեղանում) միայն լուծիչը:

Լուծույթների կոլիգատիվ հատկություններն են` 1) լուծույթի վրա լուծիչի հագեցած գոլորշիների ճնշման անկումը, 2) եռման ջերմաստիճանի բարձրացումը, 3) կարծրացման ջերմաստիճանի իջեցումը, 4) օսմոտիկ ճնշումը:

1. Լուծույթի վրա լուծիչի հագեցած գոլորշիների ճնշումը: Ենթադրենք որոշակի ջերմաստիճանում հեղուկը հավասարակշռության մեջ է գտնվում իր գոլորշիների հետ: Եթե հեղուկում լուծենք չցնդող նյութ (օրինակ ջրում շաքար) լուծույթում լուծիչի կոնցենտրացիան կպակասի:

Հավասարակշռությունը ըստ Լե Շատելյեի սկզբունքի կխախտվի և կտեղաշարժվի դեպի գոլորշու կոնդենսացման կողմը և գոլորշիների ճնշումը կփոքրանա: Դա տեղի կունենա ցանկացած ջերմաստիճանում: Այսպիսով լուծույթի վրա գոլորշիների P₁ ճնշումը ավելի փոքր է, քան մաքուր լուծիչի վրա P₀ճնշումը (նկ. 6.6): Որքան մեծ լինի լուծույթի կոնցենտրացիան գոլորշիների ճնշման անկումը կլինի այնքան մեծ: Գոլորշիների ճնշման բացարձակ անկումը` ΔP = P₀ - P₁: ΔP/P₀-կլինի գոլորշիների ճնշման հարաբերական անկումը: Այդ անկումը հավասար է լուծված նյութի մոլային բաժնին: Այս օրինաչափությունը կոչվում է Ռաուլի օրենք (1886 թ): Օրենքը ճիշտ է նոսր լուծույթների դեպքում:

Լուծույթի վրա լուծիչի հագեցած գոլորշիների ճնշման հարաբերական անկումը հավասար է լուծված նյութի մոլային բաժնին:

Ռաուլի օրենքից ստացվում են երկու հետևություններ.

I հետևություն: Ինչպես արդեն ասվել է, լուծույթը եռում է այն ջերմաստիճանում, երբ հագեցած գոլորշիների ճնշումը հավասարվում է արտաքին ճնշմանը: Քանի որ լուծույթի վրա հագեցած գոլորշիների ճնշումը ավելի փոքր է, քան լուծիչի վրա, լուծիչի եռման ջերմաստիճանում լուծույթը չի եռա: Այն պետք է ավելի տաքացնել, որպեսզի գոլորշիների ճնշումը հասնի արտաքին ճնշմանը (նկ.6.7), ընդ որում, որքան մեծ լինի լուծույթի կոնցենտրացիան, այնքան եռման ջերմաստիճանի այս բարձրացումը կլինի ավելի մեծ:

Հետևաբար`

Լուծույթը եռում է ավելի բարձր ջերմաստիճանում, քան լուծիչը: Եռման ջերմաստիճանի բարձրացումը ուղիղ համեմատական է լուծույթի կոնցենտրացիային:

Այսինքն`

Այս օրինաչափությունը ճիշտ է նոսր լուծույթների դեպքում:

Համեմատականության K_էբ հաստատունը կոչվում է էբուլիոսկոպիկ հաստատուն (ebullire` եռում): Այս դեպքում կոնցենտրացիան արտահայտվում է մոլալությամբ, քանի որ մոլալ կոնցենտրացիան արտահայտում է լուծված նյութի մոլերի թիվը 1000գ լուծիչում, իսկ լուծիչի զանգվածը ջերմաստիճանից կախված չէ: Բանաձևից երևում է, որ եթե C_m = 1, ապա K_էբ = Δt_եռ: Հետևաբար, որոշակի մոտավորությամբ կարելի է ասել, որ`

Էբուլիոսկոպիկ հաստատունը հավասար է այնպիսի լուծույթի եռման ջերմաստիճանի բարձրացմանը, որի 1000գ լուծիչում լուծված է 1 մոլ նյութ:

II հետևություն: Նկ.6.7-ից երևում է, որ եթե ջուրը 1մթն. ճնշման տակ կարծրանում է մոտ 0⁰C–ում (կետ B),ապա լուծույթը կկարծրանա ավելի ցածր ջերմաստիճանում (կետ B¢):

Հետևաբար.

Լուծույթը կարծրանում է ավելի ցածր ջերմաստիճանում, քան լուծիչը: Կարծրացման ջերմաստիճանի այդ իջեցումը ուղիղ համեմատական է լուծույթի կոնցենտրացիային:

Որոշակի մոտավորությամբ `

Համեմատականության K_կր հաստատունը հավասար է այնպիսի լուծույթի կարծրացման ջերմաստիճանի իջեցմանը, որի 1000գ լուծիչում լուծված է 1 մոլ նյութ:

Ջրի համար K_կր = 1.86⁰C, բենզոլի համար` 5.12⁰C/մոլ:

Եթե m_Bգրամ լուծիչում լուծված է m_A գրամ նյութ, ապա (1) և (2) բանաձևերում տեղադրելով C-ի արժեքը`

կստացվի ընդհանուր տեսքով

վերահաշվելով 1000գ լուծիչի համար կստացվի որ եռման ջերմաստիճանի բարձրացման դեպքում

իսկ կարծրացման ջերմաստիճանի իջեցման դեպքում`

Այս բանաձևերից ելնելով լուծույթների եռման և կարծրացման ջերմաստիճանների չափման հիման վրա կարելի է հաշվել լուծված նյութի մոլեկուլային զանգվածը (MA): Այս մեթոդները համապատասխանաբար կոչվում են էբուլիոսկոպիկ և կրիոսկոպիկ եղանակներ:

2. Օսմոտիկ Ճնշում

Եթե շաքարի կոնցենտրիկ լուծույթի վրա զգուշորեն անոթի պատի վրայով ավելացվի ջուր, ապա ժամանակի ընթացքում ջրի մոլեկուլները կթափանցեն շաքարի լուծույթի մեջ, իսկ շաքարի մոլեկուլները ջրի մեջ, և այդ երկկողմանի դիֆուզիայի շնորհիվ որոշ ժամանակ հետո կոնցենտրացիաները կհավասարվեն: Եթե ջուրը և լուծույթը իրարից բաժանվեն կիսաթափանցիկ թաղանթով` դրանք միջնորմներ են, որոնք բաց են թողնում միայն ջրի (լուծիչի) մոլեկուլները (կենդանական թաղանթներ, խեցիներ) ապա տեղի է ունենում միակողմանի դիֆուզիա:

Նկ.6.8 –ում գլանի մեջ լցված է շաքարի C₁ կոնցենտրացիայի լուծույթ, հատակը փակված է կիսաթափանցիկ թաղանթով և իջեցվում է ջրով լի անոթի մեջ: Ջրի և լուծույթի սկզբնական մակարդակները հավասար են: Քանի որ ջրի կոնցենտրացիան շաքարի լուծույթում ավելի փոքր է, քան մաքուր ջրում, ջրի մոլեկուլները անոթից կիսաթափանցիկ թաղանթի միջով կանցնեն լուծույթի մեջ: Լուծույթում եղած ջրի մոլեկուլները ևս կարող են դուրս գալ թաղանթի միջով, սակայն դրանց թիվը փոքր կլինի լուծույթի մեջ մտնող մոլեկուլների թվից: Դրա հետևանքով գլանի մեջ լուծույթի ծավալը կմեծանա, և մակարդակը կբարձրանա:

Թաղանթի վրա կառաջանա դեպի ներքև ուղղված ավելցուկային ճնշում (h), որը կմեծացնի դուրս եկող և կփոքրացնի ներս մտնող ջրի մոլեկուլների թիվը: h-ի որոշակի արժեքի դեպքում դրանք կհավասարվեն, և կհաստատվի հավասարակշռություն: Այսպիսի միակողմանի այդ դիֆուզիան կիսաթափանցիկ թաղանթի միջով կոչվում է օսմոս, իսկ առաջացած ավելցուկային ճնշումը, որը օսմոսը բերում է հավասարակշռությանը` օսմոտիկ ճնշում:

Օսմոտիկ շնշման մեծությունը կախված է լուծույթի կոնցենտրացիայից և նրա ջերմաստիճանից: Այն կախված չէ ոչ լուծված նյութի, և ոչ էլ լուծիչի բնույթից: Փորձերը ցույց են տվել (Վանթ-Հոֆֆ, 1886), որ օսմոտիկ ճնշումը արտահայտվում է

որտեղ C–ն` մոլային կոնցենտրացիան է, R-ը` ունիվերսալ գազային հաստատունը, T-ն` բացարձակ ջերմաստիճանը: Քանի որ C = v / V, իսկ v = m_A/ M_A, ապա

Ստացված հավասարումը նման է իդեալական գազերի վիճակի հավասարմանը: Այստեղից եզրակացվել է, որ

Օսմոտիկ ճնշումը հավասար է այն ճնշմանը, որը կառաջացներ լուծված նյութը, եթե այն գտնվեր գազային վիճակում և նույն ջերմաստիճանում գրավեր լուծույթի ծավալին հավասար ծավալ:

Եթե երկու լուծույթներն ունեն նույն օսմոտիկ ճնշումը, դրանք կոչվում են իզոտոնիկ լուծույթներ, ցածր օսմոտիկ ճնշում ունեցողին` հիպոտոնիկ, բարձրին` հիպերտոնիկ լուծույթներ:

Օգտվելով oսմոտիկ ճնշման բանաձևից` կարելի է չափելով օսմոտիկ ճնշումը, հաշվել լուծված նյութի մոլային (մոլեկուլային) զանգվածը կամ նրա կոնցենտրացիան:

Օսմոսի երևույթը կարևոր նշանակություն ունի բնության մեջ: Բույսերի բջջաթաղանթները կիսաթափանցիկ են, և առաջացած օսմոտիկ ճնշման շնորհիվ է, որ ջուրը բարձրանում է բույսերի ցողունների միջով ու սնուցում: Կիսաթափանցիկ են նաև կենդանական թաղանթները: Տեխնիկայում օգտագործում են հակադարձ օսմոսի երևույթը: Այդ դեպքում լուծույթի վրա ազդում են իր օսմոտիկ ճնշումից ավելի բարձր ճնշումով, որի հետևանքով կիսաթափանցիկ թաղանթի միջող արտամղվում է լուծիչը: Այս եղանակը օգտագործում են կեղտաջրերը մաքրելու համար:

Ամփոփում: Լուծույթները համասեռ համակարգեր են կազմված լուծիչից և լուծվող նյութից: Դրանց հարաբերական քանակները լուծույթում կարող են արտահայտվել որակապես (նոսր և կոնցենտրիկ լուծույթներ) և քանակապես (զանգվածային տոկոսներ, մոլյարությամբ, նորմալությամբ, մոլային բաժնով, մոլալությամբ): Նյութի լուծումը տվյալ լուծիչում որոշվում է լուծվող նյութ լուծվող նյութ, լուծիչ լուծիչ, լուծվող նյութ լուծիչ փոխազդեցության ուժերով: Պինդ նյութերի մեծ մասի լուծելիությունը ջերմաստիճանի բարձրացումից մեծանում, իսկ գազերի լուծելիությունը` հիմնականում փոքրանում է: Լուծվող նյութի ներկայությունը լուծիչում իջեցնում է լուծիչի գոլորշիների ճնշումը, կարծրացման ջերմաստիճանը և բարձրացնում եռման ջերմաստիճանը:

Լուծույթի օսմոտիկ ճնշումը այն ճնշումն է, որը պետք է ազդել լուծույթի վրա, հավասարակշռության հասցնելու լուծիչի մոլեկուլների անցումը լուծիչից լուծույթի մեջ կիսաթափանցիկ թաղանթի միջով: Այս հատկությունները կոչվում են կոլիգատիվ հատկություններ: Դրանց միջոցով կարելի է որոշել չցնդող ոչ էլեկտրոլիտների մոլեկուլային կշիռները:

Սովորելու նպատակը: Այս բաժինը սովորելուց հետո դուք պետք է կարողանաք.

1. Տարբերել լուծույթների բաղադրության և կոնցենտրացիաների արտահայտման զանգվածային բաժին, մոլային բաժին, մոլայնություն, նորմալություն, մոլալություն եղանակները, հաշվել լուծույթների կոնցենտրացիան այս եղանակներով և վերահաշվել մեկը մյուսին:

2. Տալ նոսր, կոնցենտրիկ, հագեցած, չհագեցած, գերհագեցած լուծույթներ որակական հասկացությունների ձևակերպումները:

3. Իմանալ լուծույթների բաղադրության և կոնցենտրացիաների արտահայտման քանակական եղանակները, դրանց հաշվումը:

4. Նկարագրել լուծման պրոցեսի մեխանիզմը:

5. Բացատրել լուծման պրոցեսում տեղի ունեցող էներգետիկ երևույթները:

6. Բացատրել անկարգավորվածության մեծացման նշանակությունը լուծման պրոցեսում:

7. Նկարագրել նյութերի լուծելիությունը տարբեր լուծիչներում` կախված նրանց մոլեկուլային կառուցվածքից և միջմոլեկուլային ուժերից:

8. Քննարկել ճնշման և ջերմաստիճանի ազդեցությունը գազերի լուծելիության վրա:

9. Բացատրել լուծույթի կոնցենտրացիայի ազդեցությունը լուծիչի գոլորշիների վրա և Ռաուլի օրենքը:

10. Բացատրել լուծույթների կոլիգատիվ հատկությունները` եռման ջերմաստիճանի բարձրացումը, կարծրացման ջերմաստիճանի իջեցումը, օսմոտիկ ճնշումը:

11. Որոշել լուծված նյութի մոլեկուլային զանգվածը` օգտվելով կոլիգատիվ հատկություններից:

Հիմնական հասկացությունները:

Լուծիչ կոչվում է այն նյութը, որն առանձին վերցրած ունի նույն ագրեգատային վիճակը, ինչ որ լուծույթը:

Զանգվածային բաժին տոկոսներով. ցույց է տալիս 100 գ լուծույթում լուծված նյութի գրամների քանակը:

Մոլային կոնցենտրացիա. ցույց է տալիս 1 լիտր լուծույթում լուծված նյութի մոլերի թիվը:

Նորմալ կոնցենտրացիա. ցույց է տալիս 1 լիտր լուծույթում լուծված նյութի համարժեքների թիվը:

Սոլվատացում. լուծված մասնիկների փոխազդեցությունն է լուծիչի մոլեկուլների հետ: Երբ լուծիչը ջուրն է, այն կոչվում է հիդրատացում:

Հագեցած լուծույթ կոչվում է այն լուծույթը, որը շարժուն հավասարակըշռության մեջ է գտնվում լուծված նյութի ավելցուկի հետ: Այն լուծույթները, որոնք պարունակում են ավելի քիչ լուծված նյութ, քան հագեցած վիճակում, կոչվում են չհագեցած: Հագեցածից ավելի շատ լուծված նյութ պարունակողները կոչվում են գերհագեցած:

Ռաուլի օրենք նոսր լուծույթի վրա լուծիչի գոլորշիների ճնշման հարաբերական իջեցումը (ΔP/P) hավասար է լուծված նյութի մոլային բաժնին`

I հետևություն օրենքից: Լուծույթը եռում է ավելի բարձր ջերմաստիճանում, քան լուծիչը: Եռման ջերմաստիճանի բարձրացումը ուղիղ համեմատական է նոսր լուծույթի կոնցենտրացիային, Δt_եռ= K_էբ· C_m:

II հետևություն օրենքից: Լուծույթը կարծրանում է ավելի ցածր ջերմաստիճանում, քան լուծիչը: Կարծրացման ջերմաստիճանի իջեցումը ուղիղ համեմատական է նոսր լուծույթի կոնցենտրացիային, Δt_կրծ= K_կր· C_m:

Օսմոս - միակողմանի դիֆուզիա կիսաթափանցիկ թաղանթի միջով:

Օսմոտիկ ճնշում կոչվում է այն ավելցուկային ճնշումը, որը օսմոսը բերում է հավասարակշռային վիճակի P = 1000CRT: Հավասարակշռային է այն ճնշումը, որն առաջացնում է լուծված նյութը, եթե գտնվի գազային վիճակում և գրավի լուծույթի ծավալին հավասար ծավալ:

Գրականություն

1. М.Х.Карапетянц, С.И. Даркин // Общая и неорганическая химия. Москва, Химия,1981.

2. Ն.Ա.Գլինկա // Ընդհանուր քիմիա Երևան, Լույս, 1979:

3. М.Фриментл // Химия в действии, м. 12, Москва, Мир, 1961.

4. Խմբ. Գ.Ա.Դիմիտրևի //Քիմիայի դասընթաց, հատ.1, 2 Երևան, Լույս, 1979:

5. L.Pauling // General Chemistry, W.H. Freeman and Company San Francisco, 1972.

6. T.L.Brown, H.E.LeMay // Chemistry , Englewood Cliffs , New Gersey, 1977.

Ֆրիդրիխ Գրիգորյան

Արմեն Գրիգորյան

Լուծույթներ, լուծույթների հատկություններ

Ուսումնական ձեռնարկ

Խմբագիր Ն.Խաչատրյան