Dispersinės sistemos ir neelektrolitų tirpalai
Dispersinės sistemos ir neelektrolitų tirpalai
Dispersinės sistemos ir neelektrolitų tirpalai
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Garinant t<strong>ir</strong>palus, hidratai dažniausiai skyla.Kartais vandens molekulės būna taip stipriaisurištos su t<strong>ir</strong>pinio molekulėmis, kad garinantt<strong>ir</strong>piklį, t.y. vandenį, jis įeina į išsikristalinančioskietos medžiagos kristalų sudėtį. Jie vadinamikristaliniais hidratais, o juose esantis vanduo –kristalizaciniuNa 2 CO 3 ·10H 2 OCuSO 4 ·5H 2 OCaSO 4 ·2H 2 OKietų medžiagų t<strong>ir</strong>pimas1. t<strong>ir</strong>piklis skverbiasi į t<strong>ir</strong>pinamos medžiagoskristalinę gardelę,2. silpnina ryšius tarp jos dalelių3. dalelės pereina į t<strong>ir</strong>palą4. dalelės skverbiasi į t<strong>ir</strong>piklį – vyksta t<strong>ir</strong>piniodalelių difuzija.T<strong>ir</strong>pinio dalelės gali vėl įsijungti į t<strong>ir</strong>pinamosmedžiagos gardelę – tuomet vyksta kristalizacijosprocesasneišt<strong>ir</strong>pusi medžiaga ↔ išt<strong>ir</strong>pusi medžiagaHidratuotasNa + jonasNaClkristalasHidratuotasCl - jonasNaCl t<strong>ir</strong>pimas vandenyjeC 6 H 12 molekulėsI 2 molekulėsJodo t<strong>ir</strong>pimascikloheksaneNaCl (k) → Na + (aq) + Cl − (aq)Paprastumo dėlei rašant disociacijosreakcijų lygtis dažnai medžiagų būsenosnenurodomos, jonai užrašomi kaipnehidratuoti:NaCl → Na + + Cl −Jonizuojantis t<strong>ir</strong>piklių veikimasKristalinės joninės <strong>ir</strong> molekulinės medžiagos t<strong>ir</strong>psta,jei tarp jonų bei molekulių susilpnėja elektrostatinėtrauka.Ją gerokai gali sumažinti stiprias polines savybesturintis t<strong>ir</strong>piklis.T<strong>ir</strong>piklio jonizuojančias savybes kiekybiškaiapibūdina jo dielektrinė konstantaDielektrinė konstanta yra dydis, parodantis, kiekkartų dviejų krūvių tarpusavio sąveika tam tikrojeaplinkoje yra mažesnė negu vakuume.
Pats poliškiausių, didžiausią dielektrinękonstantą turinčių <strong>ir</strong> vienas geriausių t<strong>ir</strong>pikliųyra vanduo H 2 O.H 2 O dielektrinė konstanta yra pati didžiausiaiš visų žinomų t<strong>ir</strong>piklių <strong>ir</strong> lygi 81 (kai t=20 o C).Tai reiškia, kad sąveikos jėgos tarp jonųmolekulių kambario temperatūrosvandeniniuose t<strong>ir</strong>paluose yra 81 kartąsilpnesnės negu kristaluose, kai jonai arbamolekulės yra vakuume.Vandens dipolinė molekulė sugeba suardyti <strong>ir</strong> tokiasmolekules, kuriose atomai sujungti poliniais kovalentiniaisryšiais, t.y. jas jonizuoja. Pvz. HCl, H 2 SO 4 <strong>ir</strong> pan.Deguonies atomas pasižymi dideliu elektroneigiamumu,todėl vandens dipolinė molekulkė atplėšia iš minėtųjunginių vandenilio joną (protoną) H + . Vandenilio jonashidratuotas viena vandens molekule sudaro oksoniojoną - H 3 O + (paprasčiau oksonio jonas žymimas H + (aq) )HCl + H 2 O → H 3 O + + Cl −H 2 SO 4 + H 2 O → H 3 O + + HSO 4− p<strong>ir</strong>moji stadijaHSO 4− + H 2 O → H 3 O + + SO 42− antroji stadijaRūgštisChlorido jonasBazė Oksonio jonasHCl → H + + Cl −Kai nusistovi pusiausvyra,neišt<strong>ir</strong>pusi medžiaga ↔ išt<strong>ir</strong>pusi medžiagat<strong>ir</strong>palo koncentracija, esant pastoviai temperatūrai,nekinta. Tada t<strong>ir</strong>palas vadinamas sočiuoju.Jei tam tikros temperatūros t<strong>ir</strong>pale išt<strong>ir</strong>pusios medžiagosyra mažiau negu sočiajame t<strong>ir</strong>pale - toks t<strong>ir</strong>palasvadinamas nesočiuoju.Šaldant sočiuosius t<strong>ir</strong>palus, išt<strong>ir</strong>pusi medžiagakristalizuojasi.Lėtai aušinant sotųjį t<strong>ir</strong>palą, kai jame dar nėrasusidariusių kristalizacijos centrų, išt<strong>ir</strong>pusios medžiagoskiekis t<strong>ir</strong>pale pasidaro didesnis už kiekį, esantį sočiajamet<strong>ir</strong>pale - gaunamas persotintas t<strong>ir</strong>palas. Šie t<strong>ir</strong>palai labainestabilūs.• Kietų medžiagų t<strong>ir</strong>pumas s parodo t<strong>ir</strong>pinio masę100 gramų t<strong>ir</strong>piklio, esant pastoviai temperatūrai.Visiškai net<strong>ir</strong>pių medžiagų nėraJei 100 g vandens išt<strong>ir</strong>psta:< 0,01 g medžiagos – praktiškai net<strong>ir</strong>pios (n)0,01–3 g – mažai t<strong>ir</strong>pios (m)> 3 g – t<strong>ir</strong>pios (t)Kietų medžiagų t<strong>ir</strong>pumas priklauso nuotemperatūros, t<strong>ir</strong>piklio prigimties <strong>ir</strong> šiek tiek nuoslėgio.T<strong>ir</strong>pumo lentelėJonai H + NH +4 K + Na + Ag + Ca 2+ Ba 2+ Mg 2 +Zn 2+ Cu 2+ Hg 2+ Fe 2+OH – t t t n m t n n n n nNO –3 t t t t t t t t t t t tF – t t t t t n m n n n r tCl – t t t t n t t t t t t tBr – t t t t n t t t t t m tI – t t t t n t t t t n n tS 2 – t t t t n r t r n n n nSO 2 –3 t t t t m n n m m n n nSO 2 –4 t t t t m m n t t t r tCO 2 –3 t t t t n n n m n n n nSiO 2 –3 n t t t n n n n n n n nPO 3 –4 t t t t n n n n n n n n
T<strong>ir</strong>piklio garų slėgio v<strong>ir</strong>š t<strong>ir</strong>palosumažėjimasSkysčio garavimas yra grįžtamas procesas:Garavimas → ← kondensacijaPo tam tikro laiko uždarame inde tarp skysčio <strong>ir</strong>jo garų nusistovi dinaminė pusiausvyra, t.y.kiek molekulių per laiko vienetą išgaruoja, tiekjų grįžta į skystį:• Garai, esantys pusiausvyroje suskysčiu, vadinami sočiaisiais garais.• Jų slėgis – sočiųjų garų slėgis.Kuo aukštesnė temperatūra, tuo didesnissočiųjų garų slėgis.→ ←skystis garai ∆H° >0Skysčio garavimas – endoterminis procesasGarų kondensacija – egzoterminis procesasNusistovėjus pusiausvyraiSkystis ↔ GaraiP gryno t<strong>ir</strong>piklio garų >P t<strong>ir</strong>piklio garų v<strong>ir</strong>š t<strong>ir</strong>palosočiųjų garų slėgis v<strong>ir</strong>š t<strong>ir</strong>palo yra mažesnis nei sočiųjųgarų slėgį v<strong>ir</strong>š gryno t<strong>ir</strong>piklio.Taip yra todėl, kad t<strong>ir</strong>palo pav<strong>ir</strong>šių sudaro ne tik t<strong>ir</strong>piklio,bet <strong>ir</strong> t<strong>ir</strong>pinio molekulės.Slėgis priklauso nuo molekulių skaičiaus, kuriosišgaruoja iš pav<strong>ir</strong>šiaus ploto vieneto per laiko vienetąGarinant t<strong>ir</strong>palą, išgaruojančių t<strong>ir</strong>piklio molekuliųskaičius pav<strong>ir</strong>šiaus ploto vienete yra mažesnis, todėlsočiųjų garų slėgis v<strong>ir</strong>š t<strong>ir</strong>palo taip pat yra mažesnis.T<strong>ir</strong>pikliomolekulėsNelakiost<strong>ir</strong>piniomolekulės• Sk<strong>ir</strong>tumas tarp sočiųjų garų slėgio v<strong>ir</strong>šgryno t<strong>ir</strong>piklio <strong>ir</strong> t<strong>ir</strong>palo – sočiųjų garųslėgio depresija∆p = p o - pp o –sočiųjų garų slėgis v<strong>ir</strong>š gryno t<strong>ir</strong>pikliop –sočiųjų garų slėgis v<strong>ir</strong>š t<strong>ir</strong>palo∆ppo– santykinė sočiųjų garų slėgiodepresija (sumažėjimu)P<strong>ir</strong>mas Raulio dėsnis (1887 m.):santykinis t<strong>ir</strong>piklio sočiųjų garų slėgiosumažėjimas t<strong>ir</strong>palo pav<strong>ir</strong>šiuje, t.y.santykinė sočiųjų garų slėgio depresija lygiišt<strong>ir</strong>pusios medžiagos molinei dalei t<strong>ir</strong>pale∆pn=po n + Nn – t<strong>ir</strong>pinio molių skaičius t<strong>ir</strong>paleN – t<strong>ir</strong>piklio molių skaičius t<strong>ir</strong>pale
Praskiestiems t<strong>ir</strong>palams n
K eb <strong>ir</strong> K kr – t<strong>ir</strong>piklio charakteristikos;jos nepriklauso nuo t<strong>ir</strong>pinio prigimties arkiekio.Jos parodo, keliais laipsniais padidėst<strong>ir</strong>palo v<strong>ir</strong>imo arba sumažės stingimotemperatūra, išt<strong>ir</strong>pinus 1 molį medžiagos1000 g t<strong>ir</strong>piklio.kg ⋅° Ckg ⋅° CPvz. H 2 O: K eb = 0,52 , K kr = 1,86molmolC m =nmt<strong>ir</strong>piniot<strong>ir</strong>piklioTuomet II-sis Raulio dėsnis bus:=M∆t= K ⋅Mt<strong>ir</strong>piniomt<strong>ir</strong>piniot<strong>ir</strong>pinio⋅mt<strong>ir</strong>pinio⋅ mt<strong>ir</strong>pikliot<strong>ir</strong>piklioII-sis Raulio dėsnis dažnai taikomas medžiagosmolekulinei masei nustatyti, išmatuojant t<strong>ir</strong>palov<strong>ir</strong>imo ar stingimo temperatūrą.mPavyzdysEsant kokiai temperatūrai užstings 40 %koncentracijos etanolio C 2 H 5 OH vandeninist<strong>ir</strong>palas?M (C 2 H 5 OH) = 46 g/molmot<strong>ir</strong>pinioC⋅kg 40go o∆t= K ⋅= 1,86 ⋅= 26,9 C ≈ 27 CM t<strong>ir</strong>pinio ⋅ mt<strong>ir</strong>pikliomol 46g/mol⋅0,060kgt st = 0 – 27 = – 27 ºCOsmosinis slėgisOsmosas – savaiminė t<strong>ir</strong>piklio molekuliųdifuzija pro puslaidę membraną, sk<strong>ir</strong>iančiąt<strong>ir</strong>palą <strong>ir</strong> gryną t<strong>ir</strong>piklį arba du sk<strong>ir</strong>tingųkoncentracijų t<strong>ir</strong>palus.Puslaidėmembranapraleidžiatik t<strong>ir</strong>pikliomolekules.Difuzija – savaiminis medžiagos sklidimasdėl molekulių, atomų ar kitų daleliųjudėjimo iš didesnės koncentracijosaplinkos į mažesnės koncentracijos aplinką(„koncentracijų išsilyginimas“).Osmosas – abipusis procesas.Pro pusiau laidžią membraną t<strong>ir</strong>piklis galidifunduoti į abi puses, tačiau t<strong>ir</strong>piklio molekulių,pereinančių per laiko vienetą įt<strong>ir</strong>palą, skaičiusdidesnis už molekulių, pereinančių iš t<strong>ir</strong>palo įt<strong>ir</strong>piklį, skaičių.T<strong>ir</strong>pale t<strong>ir</strong>piklio molekulių skaičius (koncentracija)didės, o gryname t<strong>ir</strong>piklyje – mažės.Didesnėskoncentracijos t<strong>ir</strong>palasPusiau laidimembranaT<strong>ir</strong>piklisMažesnėskoncentracijos t<strong>ir</strong>palasLaikasIšorinis t<strong>ir</strong>palo slėgis, kuriam esant t<strong>ir</strong>pikliomolekulių difuzijos greičiai iš abiejų membranospusių yra vienodi, vadinamas osmosiniu slėgiu p osmp osm = d·g·hd – t<strong>ir</strong>palo vamzdelyje tankis, g/cm 3 ; g – laisvojo kritimo pagreitis, lygus 9,8 m/s 2 ;h – t<strong>ir</strong>palo vamzdelyje stulpelio aukšis, m.h
Įdomu• Šalčio nebijančio Aliaskos vabalo kūne mokslininkai aptikonaujo tipo biologinį antifrizą.• Šių vabalų kūnuose c<strong>ir</strong>kuliuoja dar netyrinėtos sudėties biologinisantifrizas. Nors antifrizas kaip medžiaga, mažinanti vandeninių t<strong>ir</strong>palųužšalimo temperatūrą, žinoma daugiau iš automobilių srities, ją turi <strong>ir</strong> kaikurie gyvi organizmai.• Sk<strong>ir</strong>tingai nuo kitų žinomų biologinių antifrizų, sudėtyje turinčių įva<strong>ir</strong>iųbaltymų, naujoji molekulė susideda iš cukraus <strong>ir</strong> riebiųjų rūgščių.Molekulė, leidžianti vabalui išgyventi net iki -60 ºC .• Naujoji medžiaga ne tik apsaugo ląsteles nuo užšalimo, bet <strong>ir</strong> gali lėtintiorganizmo senėjimo procesą.• Nežiūrint egzotiškų „jaunystės eleksyro“ perspektyvų, naujoji medžiagagali būti panaudojama <strong>ir</strong> labai praktiškoms reikmėms – biologiniųproduktų saugojimui užšaldant žemose temperatūrose taip, kadnepasikeistų jų vidinė struktūra, <strong>ir</strong> kitose pramonės srityse .
Change language