Kimyo · Eritmalar va elektrolitlar · 11-sinf

Eritmalar va eruvchanlik

Nega issiq choyda shakar ko‘p eriydi, gazlangan suv esa iliqda tez «o‘chadi»?

Vaziyat

Choyxonada issiq choyga novvot tashlashadi — u tez erib ketadi. Muzlatgichdan olingan gazlangan suv ochilganda sekin vishillaydi, quyoshda qizigan shisha esa ochilishi bilan ko‘pirib toshadi. Nega ko‘p qattiq moddalar issiq suvda ko‘proq eriydi, gazlar esa aksincha kamroq? Suvga qancha tuz sig‘adi, sovitilganda kristallar qayerdan paydo bo‘ladi va «issiq muz» nima?

Mavzu

Eritmalar va eruvchanlik. Choy, shakar va gazlangan suv: eruvchanlik egri chiziqlari, to‘yingan va o‘ta to‘yingan eritma («issiq muz»)

Asosiy tushunchalar

Eruvchanlik egri chizig‘i
To‘yingan va o‘ta to‘yingan eritma
Gazlar eruvchanligi

Formulalar

s = \frac{m (modda)}{m (suv)} \cdot 100 g

Eruvchanlik koeffitsiyenti: to‘yingan eritmada 100 g suvga to‘g‘ri keladigan erigan modda massasi.

ω = \frac{s}{100 + s}

To‘yingan eritmaning massa ulushi.

m (kristall) = m_{1} (tuz) - m (suv) \cdot \frac{s_{2}}{100}

Suvsiz tuzning to‘yingan eritmasi $t_{1}$ dan $t_{2}$ gacha sovitilganda ajraladigan kristall.

c = k_{H} p

Genri qonuni: gaz eruvchanligi uning parsial bosimiga proporsional; $k_{H}$ harorat oshganda kamayadi.

CuSO_{4} + 5 H_{2} O \overset{}{\to} CuSO_{4} \cdot 5 H_{2} O

Kristallogidrat: oq suvsiz mis(II) sulfat ko‘k mis kuporosiga aylanadi.

Nazariya

Eritma va dispers tizimlar (12-§)

Eritma — ikki yoki undan ortiq moddadan iborat gomogen (bir jinsli) tizim: erituvchi (ko‘pincha suv) va erigan modda. Bir modda zarrachalari boshqa modda ichida tarqalgan har qanday tizim — dispers tizim: tarqalgan modda — dispers faza, u tarqalgan muhit — dispers muhit. Zarracha o‘lchamiga qarab: chin eritmalar (molekula va ionlar, < 1 nm) — tiniq, cho‘kmaydi, filtrdan o‘tadi; kolloid eritmalar (1–100 nm; IUPAC chegarasi 1 mkm gacha) — tiniqdek ko‘rinadi, lekin yon tomondan yoritilganda nur yo‘li ko‘rinadi (Tindal effekti); dag‘al dispers tizimlar (> 100 nm): suspenziya (suyuqlikda qattiq zarralar — bo‘r, loy) cho‘kadi, emulsiya (suyuqlikda boshqa suyuqlik tomchilari — sut, yog‘ va suv) qatlamlarga ajraladi.

Erish — fizik-kimyoviy jarayon

Kristall eriganda panjara buziladi — bunga energiya sarflanadi; ion va molekulalar suv molekulalari bilan o‘raladi (gidratlanish) — bunda energiya ajraladi. Qaysi biri katta bo‘lsa, eritma soviydi yoki isiydi. 25 °C da 1 mol erishda $NH_{4} NO_{3}$ 25,7 kJ yutadi (eritma soviydi — «sovuq kompress»), NaCl 3,9 kJ yutadi (deyarli sezilmaydi), NaOH esa 44,5 kJ ajratadi (eritma qiziydi). Harorat o‘zgarishi: $Δ T = - n Δ H / (m c)$ . Gidrat suv kristallda ham qolishi mumkin: oq suvsiz $CuSO_{4}$ suv bilan ko‘k mis kuporosi $CuSO_{4} \cdot 5 H_{2} O$ ga aylanadi — bu kristallogidrat. «O‘xshash o‘xshashda eriydi»: ionli va qutbli moddalar suvda, qutbsizlari (yog‘, yod) benzin kabi qutbsiz erituvchilarda yaxshi eriydi.

Eruvchanlik (13-§)

Eruvchanlik (eruvchanlik koeffitsiyenti) — ma’lum haroratda 100 g erituvchida eriy oladigan moddaning eng ko‘p massasi. Shuncha modda erigan eritma — to‘yingan: unda kristallar bilan eritma muvozanatda, ortiqcha tuz erimaydi; kamroq erigani — to‘yinmagan. Ko‘pchilik qattiq moddalarning eruvchanligi harorat bilan ortadi, lekin har xil: $KNO_{3}$ ning egri chizig‘i tik (20 °C da 31,6 g, 60 °C da 110 g, 100 °C da 246 g), osh tuziniki deyarli gorizontal (35,9 → 39,0 g), mis sulfatniki o‘rtacha (20,1 → 77,0 g). Shuning uchun issiq to‘yingan $KNO_{3}$ eritmasi sovitilganda ko‘p kristall tushadi — moddalarni qayta kristallash bilan tozalash shunga asoslangan. Ba’zi moddalar, masalan $Ca (OH)_{2}$ , issiqda yomonroq eriydi. Eruvchanlik egri chizig‘idagi nuqta — to‘yingan eritma, egridan pastdagisi — to‘yinmagan, yuqoridagisi — o‘ta to‘yingan.

Gazlar eruvchanligi va Genri qonuni

Gazlar issiq suvda kamroq eriydi: gaz erishida issiqlik ajraladi, shuning uchun isitish gazni eritmadan chiqaradi. 101,3 kPa bosimdagi $CO_{2}$ 20 °C da ≈ 1,7 g/l eriydi, 0 °C da qariyb ikki baravar ko‘p. Havodagi kisloroddan suvga 20 °C da ≈ 9 mg/l, 0 °C da ≈ 14,6 mg/l o‘tadi — yozda iliq hovuzda baliqlarga kislorod yetishmasligi shundan. Genri qonuni (Uilyam Genri, 1803): o‘zgarmas haroratda gaz eruvchanligi uning parsial bosimiga proporsional, $c = k_{H} p$ . Gazlangan suv yopiq idishda atmosferadan yuqori bosimli $CO_{2}$ ostida turadi; ochilganda bosim tushadi, eritma o‘ta to‘yingan bo‘lib qoladi va gaz pufakchalar bo‘lib chiqadi. G‘avvos tez ko‘tarilsa, qonida erigan azot xuddi shunday pufakchalar hosil qilishi mumkin (dekompressiya kasalligi).

O‘ta to‘yingan eritma va kristallanish

Ehtiyotkorlik bilan sovitilgan to‘yingan eritma ortiqcha moddani darhol bermasligi mumkin — u o‘ta to‘yingan bo‘lib qoladi: eruvchanlikdan ko‘p modda erigan, lekin kristallanish markazi yo‘q. Bu holat beqaror: bitta kristall yoki chang zarrasi kristallanishni boshlab yuboradi va u butun eritma bo‘ylab tarqaladi. Natriy atsetat trigidrati $CH_{3} COONa \cdot 3 H_{2} O$ 58 °C da o‘z kristallizatsion suvida «suyuqlanadi»; sovitilgan eritmaga kristall tashlansa, u «muz»dek qotadi, lekin issiq: kristallanishda ≈ 264–289 kJ/kg issiqlik ajraladi. Kimyoviy isituvchi grelkalar shu asosda ishlaydi va qaynoq suvda qizdirib, qayta ishlatiladi. Novvot ham issiq quyuq shakar sharbatidan, u sovib o‘ta to‘yingan bo‘lganda, iplarga kristall o‘stirib olinadi (saxaroza 20 °C da 201,9 g, 100 °C da 476 g eriydi).

Masalalar (14-§), xavfsizlik va model

To‘yingan eritmada $ω = s / (100 + s)$ . $t_{1}$ da to‘yingan $m$ g eritmada tuz $m s_{1} / (100 + s_{1})$ , suv $100 m / (100 + s_{1})$ g. $t_{2}$ gacha sovitilganda suvsiz tuzdan $x = m_{tuz} - m_{suv} s_{2} / 100$ g kristall ajraladi. Kristallogidrat ( $CuSO_{4} \cdot 5 H_{2} O$ ) o‘zi bilan suv ham olib ketadi: $(m_{tuz} - k x) / (m_{suv} - (1 - k) x) = s_{2} / 100$ , bu yerda $k = M (CuSO_{4}) / M (CuSO_{4} \cdot 5 H_{2} O)$ = 0,639. Xavfsizlik: NaOH erishida eritma kuchli qiziydi va sachrashi mumkin — himoya ko‘zoynagi taqing; ishqor teriga tegsa, ko‘p suv bilan yuving. Qizigan idishni qisqich bilan ushlang; mis kuporosi zaharli, hech qanday moddani tatib ko‘rmang. Model: eruvchanlik jadval nuqtalari orasida chiziqli interpolyatsiya; kalorimetrdagi eritmaning issiqlik sig‘imi suvnikidek, issiqlik yo‘qotilmaydi; erish, kristallanish, isish-sovish va gaz chiqishi vaqti qisqartirilgan; natriy atsetat egrisining 50–58 °C qismi interpolyatsiya, kolba issiqlik sig‘imi taxminiy; gazlar uchun Genri doimiylari (Sander) va van’t-Goff bog‘lanishi; kolloid, suspenziya va emulsiya ranglari namunaviy.

Bilasizmi?

Qayta ishlatiladigan isituvchi grelkalarda natriy atsetatning o‘ta to‘yingan eritmasi bo‘ladi: metall plastinkani bukish kristallanishni boshlab yuboradi va ajralgan issiqlik qo‘lni isitadi. Grelka qaynoq suvda kristallar erib ketguncha qizdirilib, sekin sovitilsa, yana ishlatish mumkin.
Gazlar eruvchanligining bosimga proporsionalligini 1803-yilda ingliz kimyogari Uilyam Genri aniqlagan. G‘avvos chuqurlikdan tez ko‘tarilsa, qonda ko‘proq erigan azot pufakchalar hosil qilib, dekompressiya kasalligiga olib kelishi mumkin.

Tajribada nima bor

Tajriba hayotiy vaziyatdan boshlanadi: natijani taxmin qilasiz, boshqaruvlarni o‘zgartirib tajriba o‘tkazasiz va xulosa chiqarasiz. Ichida topshiriqlar, nazariya, test va ekskursiya bor — kamera o‘zi harakatlanib, eng muhim joylarni tushuntiradi.