Rozwiązania chemiczne: rodzaje, przygotowanie i przykłady

Roztwory chemiczne są znane jako chemie jednorodne. Są to stabilne mieszaniny dwóch lub więcej substancji, w których jedna substancja (zwana substancją rozpuszczoną) rozpuszcza się w innej (zwanej rozpuszczalnikiem). Roztwory przyjmują fazę rozpuszczalnika w mieszaninie i mogą występować w fazie stałej, ciekłej i gazowej.

W naturze występują dwa rodzaje mieszanin: mieszaniny heterogeniczne i mieszaniny jednorodne. Mieszaniny heterogeniczne to takie, w których nie ma jednorodności w ich składzie, a proporcje ich składników zmieniają się w zależności od próbek.

Natomiast mieszanki jednorodne (roztwory chemiczne) są mieszaninami ciał stałych, cieczy lub gazów - oprócz możliwych połączeń między składnikami, które znajdują się w różnych fazach - które mają swoje składniki podzielone na równe proporcje poprzez ich zawartość.

Systemy mieszania mają tendencję do poszukiwania jednorodności, na przykład gdy do wody dodaje się barwnik. Ta mieszanina zaczyna być heterogeniczna, ale czas spowoduje, że pierwszy związek dyfunduje przez ciecz, dzięki czemu ten system stanie się jednorodną mieszaniną.

Rozwiązania i ich składniki są obserwowane w codziennych sytuacjach i na poziomach, które różnią się w zależności od przemysłu. Są obiektami badań ze względu na cechy, które prezentują oraz siły i atrakcje, które występują między nimi.

Typy

Istnieje kilka sposobów klasyfikacji rozwiązań ze względu na ich wiele cech i możliwych stanów fizycznych; dlatego powinieneś wiedzieć, na czym polegają różnice między rodzajami rozwiązań, zanim rozdzielisz je na kategorie.

Jednym ze sposobów oddzielenia rodzajów rozwiązań jest poziom koncentracji, który nazywamy nasyceniem roztworu.

Roztwory mają jakość zwaną rozpuszczalnością, która jest maksymalną ilością substancji rozpuszczonej, którą można rozpuścić w danej ilości rozpuszczalnika.

Istnieje klasyfikacja rozwiązań według koncentracji, która dzieli je na rozwiązania empiryczne i na wartościowe rozwiązania.

Rozwiązania empiryczne

Ta klasyfikacja, w której roztwory są również nazywane roztworami jakościowymi, nie uwzględnia specyficznej ilości substancji rozpuszczonej i rozpuszczalników w roztworze, ale jego proporcję. W tym celu roztwory rozdziela się na rozcieńczone, skoncentrowane, nienasycone, nasycone i przesycone.

- Rozcieńczone roztwory to takie, w których ilość substancji rozpuszczonej w mieszaninie jest minimalna w porównaniu z całkowitą objętością tej substancji.

- Nienasycone roztwory to takie, które nie osiągają maksymalnej możliwej ilości substancji rozpuszczonej dla temperatury i ciśnienia, w których się znajdują.

- Skoncentrowane roztwory mają znaczne ilości substancji rozpuszczonej dla utworzonej objętości.

- Roztwory nasycone to takie, które mają najwyższą możliwą ilość substancji rozpuszczonej dla danej temperatury i ciśnienia; w tych roztworach substancja rozpuszczona i rozpuszczalnik wykazują stan równowagi.

- Przesycone roztwory są nasyconymi roztworami, które zostały podgrzane w celu zwiększenia rozpuszczalności i rozpuszczenia większej ilości substancji rozpuszczonej; następnie generowany jest „stabilny” roztwór z nadmiarem substancji rozpuszczonej. Ta stabilność występuje tylko wtedy, gdy temperatura obniży się lub ciśnienie zmieni się drastycznie, sytuacja, w której substancja rozpuszczona wytrąci się w nadmiarze.

Cenne rozwiązania

Oceniane są te rozwiązania, w których mierzy się ilościowe ilości substancji rozpuszczonych i rozpuszczalnika, obserwując roztwory oceniane jako procentowe, molowe, molowe i normalne, każdy z serią jednostek pomiarowych.

- Wartości procentowe mówią o proporcji w procentach gramów lub mililitrów substancji rozpuszczonej w stu gramach lub mililitrach całkowitego roztworu.

- Stężenia molowe (lub molarność) wyrażają liczbę moli substancji rozpuszczonej na litr roztworu.

- Molość, mało używana w nowoczesnej chemii, jest jednostką, która wyraża ilość moli substancji rozpuszczonej w całkowitej masie rozpuszczalnika w kilogramach.

- Normalność jest miarą wyrażającą liczbę równoważników substancji rozpuszczonej między całkowitą objętością roztworu w litrach, gdzie równoważniki mogą reprezentować jony H + dla kwasów lub OH- dla zasad.

Zgodnie z twoim stanem agregacji

Roztwory można również klasyfikować według stanu, w którym się znajdują, i będzie to zależało głównie od fazy, w której znajduje się rozpuszczalnik (składnik występujący w największej ilości w mieszaninie).

- Roztwory gazowe są rzadkie z natury, klasyfikowane w literaturze jako mieszaniny gazów, a nie jako roztwory; występują one w specyficznych warunkach i przy niewielkiej interakcji między ich cząsteczkami, jak w przypadku powietrza.

- Ciecze mają szerokie spektrum w świecie roztworów i reprezentują większość tych jednorodnych mieszanin. Ciecze mogą łatwo rozpuszczać gazy, ciała stałe i inne płyny, i znajdują się we wszystkich codziennych sytuacjach, w sposób naturalny i syntetyczny.

Istnieją również mieszaniny ciekłe, które często mylone są z roztworami, takimi jak emulsje, koloidy i zawiesiny, które są bardziej niejednorodne niż jednorodne.

- Gazy w cieczy obserwuje się głównie w sytuacjach takich jak tlen w wodzie i dwutlenek węgla w napojach gazowanych.

- Płynne roztwory płynne mogą być prezentowane jako polarne składniki, które rozpuszczają się swobodnie w wodzie (takie jak etanol, kwas octowy i aceton) lub gdy płyn niepolarny rozpuszcza się w innym o podobnych właściwościach.

- Wreszcie, substancje stałe mają szeroki zakres rozpuszczalności w cieczach, takich jak między innymi sole w wodzie i woski w węglowodorach. Stałe roztwory powstają z rozpuszczalnika w fazie stałej i można je obserwować jako środki do rozpuszczania gazów, cieczy i innych ciał stałych.

Gazy mogą być przechowywane w ciałach stałych, takich jak wodór w wodorku magnezu; ciecze w ciałach stałych można znaleźć jako wodę w cukrze (mokra substancja stała) lub jako rtęć w złocie (amalgamat); a roztwory stałe-stałe są reprezentowane jako stopy i stałe materiały kompozytowe, takie jak polimery z dodatkami.

Przygotowanie

Pierwszą rzeczą, którą należy wiedzieć, kiedy przygotowanie rozwiązania zostanie przeprowadzone, jest rodzaj rozwiązania, które zostanie sformułowane; to znaczy, musisz wiedzieć, czy ma być wykonane rozcieńczenie, czy przygotować roztwór z mieszaniny dwóch lub więcej substancji.

Kolejną rzeczą, która powinna być znana, są znane wartości stężenia i objętości lub masy, w zależności od stanu agregacji substancji rozpuszczonej.

Aby przygotować standardowe rozwiązania

Przed rozpoczęciem jakiegokolwiek przygotowania należy upewnić się, że przyrządy pomiarowe (wagi, cylindry, pipety, biurety, między innymi) są skalibrowane.

Następnie zacznij mierzyć ilość substancji rozpuszczonej w masie lub objętości, zwracając szczególną uwagę, aby nie rozlać ani nie marnować żadnych ilości, ponieważ wpłynęłoby to na końcowe stężenie roztworu. Powinno to zostać wprowadzone do kolby, która ma zostać użyta, przygotowując się teraz do następnego etapu.

Następnie do tej substancji rozpuszczonej dodaje się rozpuszczalnik, który ma być użyty, upewniając się, że zawartość kolby osiąga tę samą pojemność pomiarową.

Kolbę zamyka się i miesza, upewniając się, że jest odwrócona, aby zapewnić skuteczne mieszanie i rozpuszczanie. W ten sposób uzyskuje się rozwiązanie, które można wykorzystać w przyszłych eksperymentach.

Aby przygotować rozcieńczenie znanego stężenia

Aby rozcieńczyć roztwór i obniżyć jego stężenie, dodaje się więcej rozpuszczalnika w procesie zwanym rozcieńczaniem.

Poprzez równanie M ₁ V ₁ = M ₂ V ₂, gdzie M symbolizuje stężenie molowe, a V całkowitą objętość (przed i po rozcieńczeniu), nowe stężenie można obliczyć po rozcieńczeniu stężenia lub wymaganej objętości aby osiągnąć pożądane stężenie.

Podczas przygotowywania rozcieńczeń roztwór macierzysty jest zawsze przenoszony do nowej większej kolby i dodaje się do niego rozpuszczalnik, upewniając się, że osiągnął linię pomiarową, aby zagwarantować pożądaną objętość.

Jeśli proces jest egzotermiczny i dlatego stwarza zagrożenie bezpieczeństwa, lepiej jest odwrócić proces i dodać stężony roztwór do rozpuszczalnika, aby uniknąć rozpryskiwania.

Przykłady

Jak wspomniano powyżej, rozwiązania występują w różnych stanach agregacji, w zależności od stanu, w którym znajduje się substancja rozpuszczona i rozpuszczalnik. Poniżej znajdują się przykłady tych mieszanin:

- Heksan w wosku parafinowym jest przykładem roztworu płynno-stałego.

- Wodór w palladzie jest roztworem gazowo-stałym.

- Etanol w wodzie jest roztworem ciecz-ciecz.

- Sól zwykła w wodzie to roztwór stały-ciekły.

- Stal, złożona z atomów węgla w krystalicznej matrycy atomów żelaza, jest przykładem stałego roztworu stałego.

- Woda węglowa jest roztworem gaz-ciecz.