Minden nap találkozunk különféle anyagok oldatával. De nem valószínű, hogy mindannyian felismerjük, milyen nagy szerepet játszanak ezek a rendszerek. Viselkedésük nagy része mára világossá vált több ezer éves részletes tanulmányozás során. Ennyi idő alatt számos, az egyszerű ember számára érthetetlen kifejezést vezettek be. Az egyik a megoldás normalitása. Ami? Erről cikkünkben lesz szó. Kezdjük azzal, hogy belemerülünk a múltba.
Kutatástörténet
Az első okos elmék, akik elkezdtek megoldásokat tanulmányozni, olyan jól ismert vegyészek voltak, mint Arrhenius, van't Hoff és Ostwald. Munkájuk hatására a vegyészek következő generációi elkezdtek elmélyülni a vizes és híg oldatok tanulmányozásában. Természetesen hatalmas tudásanyagot halmoztak fel, de figyelmen kívül maradtak a nem vizes oldatok, amelyek egyébként szintén nagy szerepet játszanak mind az iparban, mind az emberi élet más területein.
Sok volt az érthetetlenség a nemvizes oldatok elméletében. Például, ha vizes rendszerekben a vezetőképesség értéke a disszociáció mértékének növekedésével nőtt, akkor a hasonló rendszerekben, de víz helyett más oldószerrel, ez fordítva volt. Kis elektromos értékeka vezetőképességek gyakran nagyfokú disszociációnak felelnek meg. Az anomáliák arra késztették a tudósokat, hogy felfedezzék a kémia ezen területét. Nagy mennyiségű adat halmozódott fel, amelyek feldolgozása lehetővé tette az elektrolitikus disszociáció elméletét kiegészítő törvényszerűségek megtalálását. Emellett lehetőség nyílt az elektrolízissel és a szerves és szervetlen vegyületek komplex ionjainak természetével kapcsolatos ismeretek bővítésére is.
Ezután megkezdődött az aktívabb kutatás a koncentrált oldatok területén. Az ilyen rendszerek tulajdonságaiban jelentősen eltérnek a hígaktól, mivel az oldott anyag koncentrációjának növekedésével az oldószerrel való kölcsönhatása egyre fontosabb szerepet játszik. Erről bővebben a következő részben.
Elmélet
Jelenleg az ionok, molekulák és atomok oldatban való viselkedésének legjobb magyarázata csak az elektrolitikus disszociáció elmélete. Svante Arrhenius 19. századi megalkotása óta néhány változáson ment keresztül. Felfedeztek néhány törvényt (például Ostwald hígítási törvényét), amelyek valamelyest nem illeszkedtek a klasszikus elméletbe. De a tudósok későbbi munkájának köszönhetően módosításokat hajtottak végre az elméleten, és modern formájában még mindig létezik, és nagy pontossággal írja le a kísérleti eredményeket.
A disszociáció elektrolitikus elméletének fő lényege, hogy az anyag feloldódáskor ionokra bomlik, vagyis olyan részecskékre, amelyek töltéssel rendelkeznek. A részekre bomlási (disszociációs) képességtől függően vannak erősek és gyengékelektrolitok. Az erősek az oldatban hajlamosak teljesen ionokká disszociálni, míg a gyengék csak nagyon kis mértékben.
Ezek a részecskék, amelyekre a molekula felbomlik, kölcsönhatásba léphetnek az oldószerrel. Ezt a jelenséget szolvációnak nevezik. De nem mindig fordul elő, mivel ez az ion- és az oldószermolekulák töltésének köszönhető. Például egy vízmolekula egy dipólus, vagyis egy részecske, amely az egyik oldalon pozitív, a másik oldalon negatív töltésű. És azoknak az ionoknak is van töltésük, amelyekre az elektrolit lebomlik. Így ezeket a részecskéket ellentétes töltésű oldalak vonzzák. De ez csak poláris oldószerekkel történik (például víz). Például bármely anyag hexános oldatában nem megy végbe szolvatáció.
A megoldások tanulmányozásához nagyon gyakran szükséges az oldott anyag mennyiségének ismerete. Néha nagyon kényelmetlen bizonyos mennyiségeket képletekkel helyettesíteni. Ezért többféle koncentráció létezik, köztük az oldat normalitása. Most részletesen elmeséljük az oldatban lévő anyagtartalom kifejezésének minden módját, valamint a számítási módszereket.
Az oldat koncentrációja
Sok képlet létezik a kémiában, és némelyikük úgy van megszerkesztve, hogy kényelmesebb legyen az értéket egyik vagy másik formában venni.
A koncentráció első és számunkra legismertebb kifejezési formája a tömegtört. Nagyon egyszerűen kiszámolható. Csak el kell osztanunk az oldatban lévő anyag tömegét a teljes tömegével. ÍgyÍgy a választ egy töredékében kapjuk. A kapott számot megszorozva százzal, százalékban kapjuk a választ.
Egy kicsit kevésbé ismert forma a térfogattört. Leggyakrabban az alkoholtartalmú italok alkoholkoncentrációjának kifejezésére használják. Kiszámítása is meglehetősen egyszerű: az oldott anyag térfogatát elosztjuk a teljes oldat térfogatával. Az előző esethez hasonlóan százalékban is megkaphatja a választ. A címkéken gyakran szerepel: „40% vol.”, ami azt jelenti: 40 térfogatszázalék.
A kémiában gyakran alkalmaznak más típusú koncentrációt is. Mielőtt azonban rájuk térnénk, beszéljünk arról, hogy mi is az a mól egy anyag. Egy anyag mennyiségét többféleképpen is kifejezhetjük: tömeg, térfogat. De végül is az egyes anyagok molekulái saját tömeggel rendelkeznek, és a minta tömege alapján lehetetlen megérteni, hogy hány molekula van benne, és ez szükséges a kémiai átalakulások mennyiségi összetevőjének megértéséhez. Ehhez olyan mennyiséget vezettek be, mint egy mól anyag. Valójában egy mól egy bizonyos számú molekula: 6,021023. Ezt Avogadro számának hívják. Leggyakrabban egy ilyen egységet, mint egy anyag mólját, használják a reakciótermékek mennyiségének kiszámításához. Ebben a tekintetben van egy másik formája a koncentráció kifejezésének - a molaritás. Ez az egységnyi térfogatú anyag mennyisége. A molaritást mol/l-ben fejezzük ki (olvasva: mol/liter).
Van egy nagyon hasonló típusú kifejezés egy rendszerben lévő anyag tartalmára: molalitás. Abban különbözik a molaritástól, hogy az anyag mennyiségét nem térfogategységben, hanem tömegegységben határozza meg. És imákban fejezik kikilogrammonként (vagy más többszörösen, például grammonként).
Elérkeztünk tehát az utolsó formához, amit most külön tárgyalunk, mivel annak leírása igényel némi elméleti információt.
A megoldás normalitása
Mi ez? És miben különbözik a korábbi értékektől? Először meg kell értenie a különbséget az olyan fogalmak között, mint a normalitás és a megoldások molaritása. Valójában csak egy értékben különböznek - az ekvivalencia számban. Most már el is képzelheti, mi a megoldás normálissága. Ez csak egy módosított molaritás. Az ekvivalenciaszám azon részecskék számát jelzi, amelyek kölcsönhatásba léphetnek egy mól hidrogénionokkal vagy hidroxidionokkal.
Megismerkedtünk azzal, hogy mi a megoldás normalitása. De végül is érdemes mélyebbre ásni, és meglátjuk, milyen egyszerű a koncentráció leírásának ez az első pillantásra összetett formája. Tehát nézzük meg közelebbről, mi a megoldás normalitása.
Formula
Elég könnyű elképzelni egy képletet egy szóbeli leírásból. Így fog kinézni: Cn=zn/N. Itt z az ekvivalencia tényező, n az anyag mennyisége, V az oldat térfogata. Az első érték a legérdekesebb. Csak egy anyag megfelelőjét mutatja, vagyis azoknak a valós vagy képzeletbeli részecskéknek a számát, amelyek képesek reagálni egy másik anyag minimális részecskéjével. Ezzel tulajdonképpen minőségileg eltér annak a megoldásnak a normalitása, amelynek képletét fentebb bemutattuk.molaritástól.
És most térjünk át egy másik fontos részre: hogyan határozzuk meg a megoldás normalitását. Ez kétségtelenül fontos kérdés, ezért érdemes a vizsgálatát a fent bemutatott egyenletben szereplő minden egyes érték megértésével megközelíteni.
Hogyan találjuk meg a megoldás normalitását?
A fent tárgy alt képlet tisztán alkalmazott. Az abban megadott összes érték a gyakorlatban könnyen kiszámítható. Valójában nagyon könnyű kiszámítani egy oldat normalitását, ismerve néhány mennyiséget: az oldott anyag tömegét, képletét és az oldat térfogatát. Mivel ismerjük egy anyag molekuláinak képletét, meg tudjuk határozni a molekulatömegét. Az oldott anyag mintájának tömegének és moláris tömegének aránya megegyezik az anyag móljainak számával. És a teljes oldat térfogatának ismeretében biztosan meg tudjuk mondani, hogy mekkora a moláris koncentrációnk.
A következő művelet, amelyet el kell végeznünk a megoldás normalitásának kiszámításához, az ekvivalencia-tényező megtalálása. Ehhez meg kell értenünk, hogy a disszociáció eredményeként hány olyan részecske képződik, amely protonokat vagy hidroxil-ionokat köthet. Például a kénsavban az ekvivalencia tényező 2, ezért az oldat normalitása ebben az esetben úgy számítható ki, hogy egyszerűen megszorozzuk a molaritást 2-vel.
Alkalmazás
A kémiai analitikában gyakran ki kell számítani az oldatok normalitását és molaritását. Ez nagyon kényelmesanyagok molekulaképleteinek kiszámítása.
Mit érdemes még olvasni?
Ahhoz, hogy jobban megértsük, mi a megoldás normalitása, a legjobb, ha megnyit egy általános kémia tankönyvet. Ha pedig már ismeri ezeket az információkat, akkor olvassa el az analitikus kémia kémiai szakos hallgatók számára készült tankönyvét.
Következtetés
A cikknek köszönhetően úgy gondoljuk, megértette, hogy az oldat normalitása egy anyag koncentrációjának kifejezési formája, amelyet főként a kémiai elemzésben használnak. És most már senki előtt nem titok, hogyan számítják ki.
