A kémia érdekes és meglehetősen összetett tudomány. Kifejezései és fogalmai a mindennapi életben találkoznak velünk, és nem mindig intuitív módon világos, mit jelentenek és mi a jelentésük. Az egyik ilyen fogalom az oldhatóság. Ezt a kifejezést széles körben használják a megoldáselméletben, és a mindennapi életben is találkozunk vele, mert ugyanazok a megoldások vesznek körül bennünket. De nem annyira ennek a fogalomnak a használata a fontos, hanem a fizikai jelenségek, amelyeket jelöl. Mielőtt azonban továbbmennénk történetünk fő részére, ugorjunk előre a tizenkilencedik századba, amikor Svante Arrhenius és Wilhelm Ostwald megfogalmazta az elektrolitikus disszociáció elméletét.
Előzmények
Az oldatok és az oldhatóság vizsgálata a disszociáció fizikai elméletével kezdődik. A legkönnyebben érthető, de túl primitív, és csak néhány pillanatban esik egybe a valósággal. Ennek az elméletnek az a lényege, hogy az oldott anyag az oldatba kerülve töltött részecskékre, úgynevezett ionokra bomlik. Ezek a részecskék határozzák meg az oldat kémiai tulajdonságait és egyes fizikai jellemzőit, beleértve a vezetőképességet és a forráspontot, az olvadáspontot és a kristályosodási pontot.
De van több isösszetett elméletek, amelyek a megoldást olyan rendszernek tekintik, amelyben a részecskék kölcsönhatásba lépnek egymással, és úgynevezett szolvátokat - dipólusokkal körülvett ionokat - képeznek. A dipólus általában egy semleges molekula, amelynek pólusai ellentétes töltésűek. A dipól leggyakrabban oldószermolekula. Az oldatba kerülve az oldott anyag ionokra bomlik, és a dipólusokat az egyik ionhoz a hozzájuk képest ellentétes töltésű vége, a többi ionhoz pedig a másik ellentétes töltésű vége vonzza. Így szolvátokat kapunk – más semleges molekulák héjával rendelkező molekulákat.
Most beszéljünk egy kicsit magukról az elméletek lényegéről, és nézzük meg őket közelebbről.
Megoldáselméletek
Az ilyen részecskék képződése sok olyan jelenséget magyarázhat, amelyet a megoldások klasszikus elméletével nem lehet leírni. Például az oldódási reakció termikus hatása. Az Arrhenius-elmélet szempontjából nehéz megmondani, hogy az egyik anyag egy másikban való feloldásakor miért tud hőt felvenni és felszabadítani. Igen, a kristályrács megsemmisül, és ezért az energia vagy elhasználódik, és az oldat lehűl, vagy felszabadul a bomlás során a kémiai kötések energiafeleslegének köszönhetően. De kiderül, hogy ezt a klasszikus elmélet szempontjából lehetetlen megmagyarázni, hiszen maga a pusztító mechanizmus is érthetetlen marad. És ha az oldatok kémiai elméletét alkalmazzuk, világossá válik, hogy a rács üregeibe ékelődő oldószermolekulák belülről roncsolják azt, mintha „bezárnák”ionokat egymástól egy szolvatációs héj.
A következő részben megvizsgáljuk, mi az oldhatóság, és mindent, ami ehhez a látszólag egyszerű és intuitív mennyiséghez kapcsolódik.
Az oldhatóság fogalma
Tisztán intuitív, hogy az oldhatóság azt jelzi, hogy egy anyag milyen jól oldódik egy adott oldószerben. Az anyagok oldódásának természetéről azonban általában nagyon keveset tudunk. Miért nem oldódik például a kréta vízben, és a konyhasó - fordítva? Minden a molekulán belüli kötések erősségéről szól. Ha a kötések erősek, akkor emiatt ezek a részecskék nem tudnak ionokká disszociálódni, ezáltal tönkreteszik a kristályt. Ezért oldhatatlan marad.
Az oldhatóság egy mennyiségi jellemző, amely megmutatja, hogy az oldott anyag milyen arányban van szolvatált részecskék formájában. Értéke az oldott anyag és az oldószer természetétől függ. A különböző anyagok vízben való oldhatósága eltérő, a molekulában lévő atomok közötti kötésektől függően. A kovalens kötést tartalmazó anyagok oldhatósága a legalacsonyabb, míg az ionos kötésekkel rendelkező anyagoké a legnagyobb.
De nem mindig lehet megérteni, hogy melyik oldhatóság nagy és melyik kicsi. Ezért a következő részben arról lesz szó, hogy mi a különböző anyagok vízben való oldhatósága.
Összehasonlítás
A természetben sok folyékony oldószer található. Még több alternatív anyag létezik, amelyek bizonyos feltételek, például bizonyos feltételek elérésekor utolsóként szolgálhatnakaggregált állapot. Világossá válik, hogy ha adatokat gyűjtünk az egyes "oldott-oldószer" párok egymásban való oldhatóságáról, az egy örökkévalóságig sem lesz elég, mert a kombinációk hatalmasak. Ezért történt, hogy bolygónkon a víz az univerzális oldószer és szabvány. Azért tették ezt, mert ez a leggyakoribb a Földön.
Így sok száz és ezer anyagra összeállítottak egy vízoldhatósági táblázatot. Mindannyian láttuk, de rövidebb és érthetőbb változatban. A táblázat cellái olyan betűket tartalmaznak, amelyek oldható anyagot jelölnek, oldhatatlan vagy gyengén oldható. De vannak speciálisabb táblázatok azok számára, akik komolyan járatosak a kémiában. Az oldhatóság pontos számértékét mutatja gramm/liter oldatban.
Most pedig térjünk át egy olyan dolog elméletére, mint az oldhatóság.
Oldékonysági kémia
Hogyan zajlik maga az oldódási folyamat, azt már az előző részekben elemeztük. De hogyan lehet például reakcióként leírni mindezt? Itt nem minden olyan egyszerű. Például, amikor egy sav feloldódik, egy hidrogénion vízzel reagál, és hidronium-iont képez H3O+. Így HCl esetén a reakcióegyenlet így fog kinézni:
HCl + H2O =H3O+ + Cl-
A sók oldhatóságát szerkezetüktől függően a kémiai reakciójuk is meghatározza. Ez utóbbi típusa a só szerkezetétől éskötések a molekuláin belül.
Kitaláltuk, hogyan rögzíthetjük grafikusan a sók vízben való oldhatóságát. Itt az ideje a gyakorlati alkalmazásnak.
Alkalmazás
Ha felsorolod azokat az eseteket, amikor szükség van erre az értékre, még egy évszázad sem elég. Segítségével közvetve más mennyiségeket is kiszámíthat, amelyek nagyon fontosak bármely megoldás tanulmányozása szempontjából. Enélkül nem tudnánk pontosan az anyag koncentrációját, aktivitását, nem tudnánk felmérni, hogy a gyógyszer meggyógyítja-e az embert vagy megöl (elvégre még a víz is életveszélyes nagy mennyiségben).
A vegyipari és tudományos célok mellett a mindennapi életben is szükséges az oldhatóság lényegének megértése. Valójában néha elő kell készíteni, mondjuk, egy anyag túltelített oldatát. Például ez szükséges a sókristályok beszerzéséhez a gyermek házi feladatához. A só vízben való oldhatóságának ismeretében könnyen megállapíthatjuk, hogy mennyit kell egy edénybe önteni, hogy a feleslegből kicsapódjon és kristályokat képezzen.
Mielőtt a kémiával kapcsolatos rövid kirándulásunkat befejeznénk, beszéljünk néhány, az oldhatósággal kapcsolatos fogalomról.
Mi még érdekes?
Véleményünk szerint, ha elérte ezt a részt, valószínűleg már megértette, hogy az oldhatóság nem csupán egy furcsa kémiai mennyiség. Ez más mennyiségek alapja. És köztük: koncentráció, aktivitás, disszociációs állandó, pH. És ez nem egy teljes lista. Biztosan hallottál legalább egyetezekből a szavakból. Az oldatok természetére vonatkozó ismeretek nélkül, amelyek tanulmányozása az oldhatósággal kezdődött, már nem tudjuk elképzelni a modern kémiát és fizikát. Mi itt a fizika? Néha a fizikusok is foglalkoznak megoldásokkal, mérik vezetőképességüket, és egyéb tulajdonságaikat saját szükségleteikre használják fel.
Következtetés
Ebben a cikkben egy olyan kémiai fogalommal ismerkedtünk meg, mint az oldhatóság. Valószínűleg ez igen hasznos információ volt, hiszen legtöbbünk aligha érti meg a megoldáselmélet mély lényegét anélkül, hogy ne vágynánk rá, hogy részletesen elmerüljünk annak tanulmányozásában. Mindenesetre nagyon hasznos edzeni az agyát valami új tanulásával. Hiszen az embernek egész életében "tanulnia, tanulnia és újra tanulnia" kell.
