Çözümler doğada, bilimde ve teknolojide çok önemli bir rol oynamaktadır. Doğada çok yaygın olan su, içinde her zaman çözünmüş maddeler barındırır. V temiz su az sayıda nehir ve göl vardır. deniz suyu yaklaşık %3,5 oranında çözünmüş tuz içerir.
Birincil okyanusta (Dünya'da yaşamın ortaya çıkması sırasında), varsayımlara göre tuzların kütle oranı düşüktü, yaklaşık% 1 idi.
“Canlı organizmalar ilk olarak bu çözümde gelişti ve bu çözümden büyümeleri ve yaşamları için gerekli iyonları ve molekülleri aldılar ... Zamanla, canlı organizmalar gelişti ve değişti, bu da onların su ortamından ayrılıp gitmelerine izin verdi. inmek ve sonra havaya yükselmek. Bu yeteneği, organizmalarında gerekli iyon ve molekül tedarikini içeren sıvılar şeklinde sulu bir çözelti depolayarak elde ettiler "- ünlü Amerikalı kimyager, ödüllü, Dünya'daki yaşamın ortaya çıkması ve gelişmesinde çözeltilerin rolünü bu şekilde tahmin ediyor. Nobel Ödülü Linus Pauling. İçimizde, hücrelerimizin her birinde, yaşamın kaynaklandığı ilkel okyanusun - yaşamın kendisini sağlayan sulu bir çözeltinin - bir hatırlatıcısı vardır.
Her canlı organizmada, kanın temelini oluşturan sihirli bir çözüm, damarlardan - arterler, damarlar ve kılcal damarlardan sonsuz bir şekilde akar, içindeki tuzların kütle oranı, birincil okyanustakiyle aynıdır -% 0.9. İnsan ve hayvan organizmalarındaki karmaşık fizikokimyasal süreçler de çözeltilerde yer alır. Besinlerin özümsenmesi, besinlerin çözeltiye aktarılması ile ilişkilidir. Doğal sulu çözeltiler, toprak oluşum süreçlerinde yer alır ve bitkilere besin maddeleri sağlar. Birçok teknolojik süreçler kimya ve diğer endüstrilerde, örneğin soda, gübre, asit, metal, kağıt üretimi, çözümlerde ilerler. Çözümlerin özelliklerini incelemek çok zaman alır. önemli yer v modern bilim... Peki çözüm nedir?
Çözelti ile diğer karışımlar arasındaki fark, parçacıkların bileşen parçaları içinde eşit olarak dağıtılır ve böyle bir karışımın herhangi bir mikro hacminde bileşim aynıdır.
Bu nedenle çözeltiler, iki veya daha fazla homojen kısımdan oluşan homojen karışımlar olarak anlaşıldı. Bu görüş geldi fiziksel teoriçözümler.
Van't Hoff, Arrhenius ve Ostwald tarafından geliştirilen fiziksel çözelti teorisinin savunucuları, çözünme sürecinin difüzyonun, yani çözünmüş bir maddenin su molekülleri arasındaki boşluklara nüfuz etmesinin sonucu olduğuna inanıyorlardı.
Fiziksel çözelti teorisi kavramlarının aksine, D.I. Mendeleev ve kimyasal çözelti teorisinin destekçileri, çözünmenin çözünmüş bir maddenin su molekülleri ile kimyasal etkileşiminin sonucu olduğunu savundu. Bu nedenle, bir çözümü, çözünmüş bir maddenin parçacıklarından, bir çözücüden ve bunların etkileşimlerinin ürünlerinden oluşan homojen bir sistem olarak tanımlamak daha doğrudur (daha doğru).
Bir çözünenin su ile kimyasal etkileşiminin bir sonucu olarak, bileşikler oluşur - hidratlar. Kimyasal etkileşim, çözünme sırasında termal fenomenler gibi kimyasal reaksiyon belirtileri ile gösterilir. Örneğin, sülfürik asidin suda çözünmesinin, çözeltinin kaynayabileceği kadar büyük miktarda ısının salınmasıyla devam ettiğini ve bu nedenle asidin suya döküldüğünü (tersi değil) unutmayın.
Sodyum klorür, amonyum nitrat gibi diğer maddelerin çözünmesine, ısının emilmesi eşlik eder.
MV Lomonosov, çözeltilerin bir çözücüden daha düşük bir sıcaklıkta donduğunu buldu. 1764'te şöyle yazdı: "Tuzlu tuzlu su donları, taze olanı boğdukları için kolayca buza dönüşemez."
Hidratlar, çözeltide bulunan su ile maddelerin kırılgan bileşikleridir. Hidrasyonun dolaylı kanıtı, su içeren katı kristalli hidratların - tuzların varlığıdır. Bu durumda kristalizasyon denir. Örneğin, kristal hidratları iyi tedavi eder. bilinen tuz Mavi - bakır sülfat CuSO 4 5H 2 O. Susuz bakır (II) sülfat - kristaller Beyaz... Bakır (II) sülfatın suda çözündüğünde maviye dönüşmesi ve bakır sülfatın mavi kristallerinin varlığı, D.I.Mendeleev'in hidrasyon teorisinin bir başka kanıtıdır.
Şu anda, her iki bakış açısını birleştiren bir teori benimsenmiştir - fiziksel kimyasal teoriçözümler. 1906'da D.I. Mendeleev tarafından dikkat çekici "Kimyanın Temelleri" ders kitabında tahmin edildi: genel teoriçözümler, çünkü bazı genel yasalar hem fiziksel hem de kimyasal olayları yönetir. "
Maddelerin sudaki çözünürlüğü sıcaklığa bağlıdır. Kural olarak, artan sıcaklıkla katıların sudaki çözünürlüğü artar (Şek. 126) ve gazların çözünürlüğü azalır, bu nedenle su, kaynatılarak içinde çözünen gazlardan neredeyse tamamen kurtulabilir.
Pirinç. 126.
Sıcaklığa bağlı olarak maddelerin çözünürlüğü
Gübre olarak kullanılan potasyum klorür KCl suda çözülürse, o zaman oda sıcaklığı(20 °C) 100 gr suda sadece 34,4 gr tuz çözülebilir; Çözelti, çözünmemiş tuzun geri kalanıyla ne kadar karıştırılırsa karıştırılsın, daha fazla tuz çözülmez - çözelti, belirli bir sıcaklıkta bu tuzla doyurulur.
Bu sıcaklıkta, 100 g suda 34.4 g'dan az potasyum klorür çözülürse, çözelti doymamış olacaktır.
Bazı maddelerden aşırı doymuş çözeltiler elde etmek nispeten kolaydır. Bunlara örneğin kristalli hidratlar - Glauber tuzu (Na2S04 10H20) ve bakır sülfat (CuS04 5H20) dahildir.
Aşırı doymuş çözeltiler aşağıdaki gibi hazırlanır. Doymuş bir tuz çözeltisi hazırlayın. Yüksek sıcaklık, örneğin kaynama noktasında. Fazla tuz süzülür, şişeyi sıcak süzüntü ile pamuk yünü ile örtün ve çalkalamadan dikkatlice, oda sıcaklığında yavaşça soğutun. Bu şekilde hazırlanan çözelti, sarsıntı ve tozdan korunarak uzun süre saklanabilir. Ancak, çözeltiden kristalleşmesi hemen başladığından, böyle bir aşırı doymuş çözeltiye, ucunda bu tuzun birkaç taneciklerinin bulunduğu bir cam çubuk eklemek yeterlidir (Şekil 127).
Pirinç. 127.
Aşırı doymuş bir çözeltiden bir maddenin anında kristalleşmesi
Glauber tuzu, kimya tesislerinde hammadde olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Hazar Denizi'nden nispeten izole olan Kara-Boğaz-Göl Körfezi'nde kışın mayınlı. Yaz nedeniyle yüksek hız Suyu buharlaştırarak, körfez oldukça konsantre bir tuz çözeltisi ile doldurulur. Kışın, sıcaklıktaki düşüş nedeniyle çözünürlüğü azalır ve ekstraksiyonunun temeli olan tuz kristalleşir. Yaz aylarında tuz kristalleri çözülür ve üretimi durur.
Dünyanın en tuzlu denizlerinde - Ölü Deniz - tuz konsantrasyonu o kadar fazladır ki, bu denizin suyuna yerleştirilen herhangi bir nesnede tuhaf kristaller büyür (Şek. 128).
Pirinç. 128.
Ölü Deniz'in suyunda çözünen tuzlardan güzel tuhaf kristaller büyür.
Maddelerle çalışırken, sudaki çözünürlüklerini bilmek önemlidir. Bu maddenin 1 g'dan fazlası oda sıcaklığında 100 g suda çözülürse, bir madde yüksek düzeyde çözünür olarak kabul edilir. Bu koşullar altında 100 g suda 1 g'dan daha az madde çözülürse, böyle bir madde az çözünür olarak kabul edilir. Pratik olarak çözünmeyen maddeler, 100 g suda çözünürlüğü 0,01 g'dan az olan maddeleri içerir (Tablo 9).
Tablo 9
20 ° C'de suda bazı tuzların çözünürlüğü
Doğada tamamen çözünmeyen maddeler yoktur. Örneğin, suya konan ürünlerden gümüş atomları bile hafifçe çözeltiye geçer. Bildiğiniz gibi, sudaki gümüş çözeltisi mikropları öldürür.
Anahtar kelimeler ve ifadeler
- Çözümler.
- Çözümlerin fiziksel ve kimyasal teorisi.
- Çözünme sırasında termal olaylar.
- Hidratlar ve kristalli hidratlar; kristalizasyon suyu.
- Doymuş, doymamış ve aşırı doymuş çözeltiler.
- İyi çözünür, az çözünür ve pratik olarak çözünmez maddeler.
Bilgisayarla çalışmak
- Lütfen elektronik eke bakın. Dersteki materyali inceleyin ve önerilen görevleri tamamlayın.
- İnternette bul e-mail adresleri bu hizmet edebilir ek kaynaklar, paragrafın anahtar kelimelerinin ve kelime öbeklerinin içeriğini ortaya çıkarır. Bir sonraki paragrafta yer alan anahtar kelimeler ve ifadeler hakkında rapor vererek öğretmenin yeni bir ders hazırlamasına yardımcı olmayı teklif edin.
Sorular ve görevler
- Küp şeker neden sıcak çayda soğuk çaydan daha hızlı çözülür?
- Çözünürlük tablosunu kullanarak çeşitli sınıflardaki suda çok çözünür, az çözünür ve pratik olarak çözünmez maddelere örnekler verin.
- Akvaryumlar neden hızlı soğutulmuş kaynamış su ile doldurulmasın (birkaç gün beklemeli)?
- Su ile yıkanan, içine gümüş konulmuş yaralar neden daha çabuk iyileşir?
- Şekil 126'yı kullanarak, 20 ° C'de doymuş bir çözeltide bulunan potasyum klorürün kütle fraksiyonunu belirleyin.
- Seyreltilmiş bir çözelti aynı anda doymuş olabilir mi?
- 20 °C'de doymuş 500 g magnezyum sülfat çözeltisine (bakınız Şekil 126), reaksiyon için yeterli hacimde baryum klorür çözeltisi ilave edildi. Çöken tortunun kütlesini bulun.
Amaç: Hangi katıların suda çözündüğünü ve hangilerinin suda çözünmediğini deneysel olarak bulmak.
eğitici:
- Öğrencileri çözünür ve çözünmeyen maddelerle tanıştırmak.
- Katıların çözünürlüğü (çözünürlüğü) hakkındaki varsayımların doğruluğunu deneysel olarak kanıtlamayı öğretmek.
Islah:
- Yapılan işi açıklayarak konuşmayı geliştirin.
Laboratuvar ekipmanlarını bağımsız olarak kullanmayı, deneyler yapmayı öğrenin.
eğitici:
- Gruplar halinde iletişim kurma ve çalışma becerisini oluşturun.
Azim geliştirmek için.
Ders türü: laboratuvar işi.
Öğretim araçları: "Doğa Bilimi" ders kitabı N.V. Koroleva, E.V. Makareviç
Laboratuvar ekipmanı: beherler, filtreler, talimatlar. Katılar: tuz, şeker, soda, kum, kahve, nişasta, toprak, tebeşir, kil.
Dersler sırasında
I. Organizasyonel an
D: Merhaba arkadaşlar. Birbirinizi gözlerinizle selamlayın. Seni gördüğüme sevindim, otur.
... Geçmişin tekrarıW: Su hakkında bildiklerimizi tekrar edelim:
- ısıtıldığında suya ne olur?
- Soğuyunca suya ne olur?
- donduğunda suya ne olur?
- Su doğada hangi üç halde bulunur?
W: Sen ne harika bir adamsın! Biliyorsunuz!
III. Yeni materyal öğrenmek
(Çalışacakları gruplar konusunda öğrencilerle önceden hemfikirim, çocuklar laboratuvarın başkanını kendileri seçerler (başka bir laboratuvar dersinde başka bir çocuk seçilebilir), deneyim göstergelerini bir tabloya yazar ve sözlü olarak verir. tablonun son bölümünü doldururken yorumlar - sonuç.)
D: Çocuklar, bugün laboratuvar çalışmasında suyun hangi maddeleri çözebileceğini ve hangilerinin çözemeyeceğini bulacağız. Bir defter açın, "Suda çözünür ve suda çözünmeyen maddeler" dersinin sayısını ve konusunu yazın. ( tahtaya yapıştırıyorum.) Bugün derste hangi hedefi belirleyeceğiz?
R: Hangi maddelerin suda çözündüğünü ve hangilerinin çözünmediğini bulun. ( tahtaya yapıştırıyorum.)
W: Doğada bulunan tüm maddeler çözünür ve çözünmez olmak üzere iki gruba ayrılabilir. Ve hangi maddeler çağrılabilir çözünür? (Sayfa 80: 2'deki öğreticiye bakın) Suda çözünür maddeler - suya yerleştirildiğinde görünmez hale gelen ve filtreleme sırasında filtreye yerleşmeyen maddeler. (tahtaya yapıştırıyorum.)
D: Ve hangi maddeler çağrılabilir? çözünmez? (eğitici sayfa 47-2'ye bakın) Suda çözünmeyen maddeler - suda çözünmeyen ve filtreye yerleşmeyen maddeler (tahtaya yapıştırıyorum).
W.: Çocuklar, sizce laboratuvar çalışmasını tamamlamak için neye ihtiyacımız var?
R: Su, bazı maddeler, beherler, filtre ( bir sürahi içinde su gösterilmesi; sl ile dolu beherler. maddeler: tuz, şeker, soda, kum, kahve, nişasta, tebeşir, kil; boş beherler, filtre).
D: Filtre nedir?
R: Sıvıları, üzerine çöken, içinde çözünmeyen maddelerden arındırmak için bir cihaz.
D: Ve hangi doğaçlama araçlardan bir filtre yapabilirsiniz? Aferin! Ve pamuk yünü kullanacağız ( huniye bir parça pamuk koydum).
D: Ama laboratuvar çalışmasına başlamadan önce tabloyu dolduralım (tablo karatahtaya çizilir, iki renkli boya kalemi kullanırım, eğer öğrenciler maddenin suda tamamen çözünür olduğunu varsayarlarsa, o zaman "+" işaretlerim. ikinci sütun; eğer öğrenciler maddenin filtrede kaldığını varsayarlarsa, üçüncü sütunda "+" olur ve bunun tersi de olur; renkli tebeşirle beklenen sonucu dördüncü sütuna kaydederim - P (çözünür) veya H (çözünmez) ))
| varsayımlarımız | Sonuç | ||
| çözünürlük | filtreleme | ||
| 1. Su + kum | – | + | n |
| 2. Su + kil | |||
| 3. Su + kahve | |||
| 4. Su + nişasta | |||
| 5. Su + soda | |||
| 6. Su + toprak | |||
| 7. Su + şeker | |||
| 8. Su + tebeşir | |||
W: Ve laboratuvar çalışmasını tamamladıktan sonra elde edilen sonuçlarla varsayımlarımızı kontrol edeceğiz.
D: Her laboratuvar iki katıyı test edecek, tüm sonuçlar "Suda çözünen ve çözünmeyen madde" raporuna kaydedilecektir. Ek 1
D: Çocuklar, bu sizin ilk bağımsız laboratuvar çalışmanız ve bunu yapmaya başlamadan önce prosedürü veya talimatları dinleyin. ( Her laboratuvara dağıtırım, okuduktan sonra tartışırız.)
Laboratuvar işi
(Gerekirse yardımcı olurum. Kahve solüsyonunu süzmek zor olabilir çünkü filtre lekelenir. Raporları daha kolay doldurmanız için tahtaya iliştirdiğim ifadeleri kullanmanızı öneririm. Ek 3.)
W: Şimdi varsayımlarımızı kontrol edelim. Laboratuar Başkanları, raporunuzun imzalanıp imzalanmadığını kontrol edin ve ampirik sonuçlar hakkında yorum yapın. (Laboratuvar başkanı rapor veriyor, sonucu farklı renkte tebeşirle düzeltiyorum)
W: Çocuklar, çalışma için hangi maddelerin çözünür olduğu ortaya çıktı? ne değildir? Kaç maç vardı? Aferin. Neredeyse tüm varsayımlarımız doğrulandı.
VI. pekiştirmek için sorular
D: Beyler, bir kişi nerede tuz, şeker, soda, kum, kahve, nişasta, kil çözeltisi kullanır?
vii. ders özeti
W: Bugün belirlediğimiz hedef nedir? yerine getirdin mi? harika mıyız? senden çok memnunum! Ve herkese mükemmel veriyorum.
VIII. Ev ödevi
D: Metni okuyun ders dışı okuma 43. sayfadaki soruları cevaplayın.
Lütfen ayağa kalkın, dersimizi beğenmeyen adamlar. Dürüstlüğün için teşekkürler. Ve şimdi işimizi beğenenler. Teşekkürler. Hepiniz hoşçakalın.
ÇÖZÜNÜRLÜK Bir maddenin belirli bir çözücü içinde çözünme yeteneğine denir. Belirli koşullar altında bir maddenin çözünürlüğünün bir ölçüsü, doymuş bir çözelti içindeki içeriğidir. . 100 gr suda 10 gr'dan fazla madde çözünürse bu maddeye denir. iyi çözünür... 1 g'dan az bir madde çözünürse, madde az çözünür... Son olarak, madde pratik olarak kabul edilir çözünmez 0.01 g'dan daha az madde çözeltiye geçerse. Kesinlikle çözünmeyen maddeler yoktur. Bir cam kaba su döktüğümüzde bile, cam moleküllerinin çok küçük bir kısmı kaçınılmaz olarak çözeltiye geçer.
Belirli bir sıcaklıkta 100 g suda çözünebilen bir maddenin kütlesi ile ifade edilen çözünürlüğe aynı zamanda denir. çözünürlük katsayısı.
Bazı maddelerin oda sıcaklığında suda çözünürlüğü.
Katıların çoğunun (hepsinin değil!) çözünürlüğü sıcaklıkla artar, gazların çözünürlüğü ise tam tersine azalır. Bunun temel nedeni, termal hareket sırasında gaz moleküllerinin katı moleküllerden çok daha kolay çözeltiyi terk edebilmeleridir.
Maddelerin çözünürlüğünü farklı sıcaklıklarda ölçerseniz, bazı maddelerin sıcaklığa bağlı olarak çözünürlüklerini fark edilir şekilde değiştirdiği, diğerlerinin ise çok fazla değişmediği görülecektir.
Katılar suda çözündüğünde sistemin hacmi genellikle önemsiz bir şekilde değişir, bu nedenle maddelerin katı haldeki çözünürlüğü pratik olarak basınçtan bağımsızdır.
Sıvılar sıvılarda da çözülebilir... Bazıları birbiri içinde sonsuz çözünür, yani alkol ve su gibi herhangi bir oranda birbirleriyle karışırlar, bazıları ise ancak belirli bir sınıra kadar karşılıklı olarak çözünürler. Bu nedenle, dietil eter'i suyla sallarsanız, iki katman oluşur: üst kısım eter içinde doymuş bir su çözeltisidir ve alt kısım su içinde doymuş bir eter çözeltisidir. Bu gibi çoğu durumda, artan sıcaklıkla, sıvıların karşılıklı çözünürlüğü, her iki sıvının da herhangi bir oranda karıştırıldığı bir sıcaklığa ulaşılana kadar artar.
Gazların suda çözünmesi ekzotermik bir süreçtir. Bu nedenle gazların çözünürlüğü sıcaklık arttıkça azalır. bir bardak bırakırsan soğuk su, daha sonra iç duvarları gaz kabarcıkları ile kaplanır - bu, suda çözünen, ısıtma nedeniyle serbest kalan havadır. Kaynatarak, içinde çözünen tüm havayı sudan çıkarabilirsiniz.
Benzin gibi ortak bir ilişkili olmayan sıvıda, serbest moleküller birbirinin etrafında kayar. Suda kaymak yerine yuvarlanırlar. Su moleküllerinin hidrojen bağları ile bağlandığı bilinmektedir, bu nedenle herhangi bir yer değiştirme meydana gelmeden önce bu bağlardan en az birinin kırılması gerekir. Bu özellik suyun viskozitesini belirler.
Suyun dielektrik sabitine, su arasında var olan çekimi nötralize etme yeteneği denir. elektrik ücretleri... Suda katıların çözülmesi - zor süreç Bu, çözünen parçacıkların ve su parçacıklarının etkileşiminden kaynaklanır.
X-ışınlarını kullanarak maddelerin yapısını incelerken, çoğu katılar kristal bir yapıya sahiptir, yani madde parçacıkları uzayda bulunur belirli bir düzen... Bazı maddelerin parçacıkları sanki küçük bir küpün köşelerinde, diğerlerinin parçacıkları - bir dörtyüzlü, prizmanın, piramidin vb. kenarlarının köşelerinde, ortasında ve ortasında bulunurlar. Bu formların her biri en küçük hücredir. benzer bir şekle sahip daha büyük kristaller. Düğümlerindeki bazı maddeler kristal kafes moleküller vardır (çoğu organik bileşikler), diğerlerinde (örneğin inorganik tuzlar) - iyonlar, yani. pozitif veya negatif yüklü bir veya daha fazla atomdan oluşan parçacıklar. İyonları kristal kafesin belirli bir uzay yönelimli düzeninde tutan kuvvetler, kristal kafesi oluşturan zıt yüklü iyonların elektrostatik çekim kuvvetleridir.
Örneğin, sodyum klorür suda çözülürse, pozitif yüklü sodyum iyonları ve negatif yüklü klor iyonları birbirini itecektir.
Bu itme, suyun dielektrik sabitinin yüksek olması, yani diğer sıvılardan daha yüksek olması nedeniyle oluşur. Zıt yüklü iyonlar arasındaki karşılıklı çekim kuvvetini 100 kat azaltır. Suyun güçlü nötralize edici etkisinin nedeni, moleküllerinin dizilişinde aranmalıdır. İçlerindeki hidrojen atomu, elektronunu bağlı olduğu oksijen atomuyla eşit olarak paylaşmaz. Bu elektron her zaman oksijene hidrojenden daha yakındır. Bu nedenle, hidrojen atomları pozitif yüklü ve oksijen atomları negatif yüklüdür.
Çözünen herhangi bir madde iyonlara ayrıştığında, oksijen atomları pozitif iyonlara ve hidrojen atomları negatif olanlara çekilir. Pozitif iyonu çevreleyen su molekülleri oksijen atomlarını ona doğru yönlendirir ve negatif iyonu çevreleyen moleküller hidrojen atomlarıyla ona doğru koşar. Böylece su molekülleri, iyonları birbirinden ayıran ve çekimlerini nötralize eden bir tür kafes oluşturur (Şekil 12). Kristal kafes içindeki iyonları birbirinden ayırıp çözeltiye aktarmak için bu kafesin çekim kuvvetini yenmek gerekir. Tuzlar çözüldüğünde, böyle bir kuvvet, hidrasyon enerjisi olarak adlandırılan, su molekülleri tarafından kafes iyonlarının çekimidir. Bu durumda, hidrasyon enerjisi kristal kafesin enerjisine kıyasla yeterince büyükse, iyonlar ikincisinden ayrılacak ve çözeltiye girecektir.
Bir çözeltide, kafesten ayrılan su molekülleri ve iyonlar arasındaki ilişki sadece zayıflamakla kalmaz, aynı zamanda daha da yakınlaşır.
Daha önce belirtildiği gibi, çözeltide iyonlar, sorumlu karşıt kısımları tarafından yönlendirilen bir hidrasyon kabuğu oluşturan su molekülleri tarafından çevrelenir ve ayrılır (Şekil 13). Bu kabuğun boyutu farklı iyonlar için farklıdır ve iyonun yüküne, boyutuna ve ayrıca çözeltideki iyon konsantrasyonuna bağlıdır.
Birkaç yıl boyunca, fizikokimyacılar suyu esas olarak elektrolitler için bir çözücü olarak incelediler. Sonuç olarak, elektrolitler hakkında çok fazla bilgi elde edildi, ancak suyun kendisi hakkında çok az bilgi elde edildi. Garip bir şekilde, ama sadece son yıllar suyun içinde pratik olarak çözünmeyen maddelerle ilişkisinin incelenmesine yönelik çalışmalar ortaya çıktı.
Birçok şaşırtıcı olay gözlemlendi. Örneğin, t = 19 ° C'de doğal gazın aktığı bir borunun ıslak kar ve suyla tıkandığı ortaya çıktı. Noktanın sıcaklıkta değil, suyun diğer özelliklerinde olduğu anlaşıldı. Bir takım sorular ortaya çıktı: su neden bu kadar yüksek bir sıcaklıkta dondu, su içinde çözünmeyen maddelerle nasıl birleşebilirdi.
Argon ve ksenon gibi asil gazların bile hiçbir ortama girmediği keşfedildiğinde bu sır henüz ortaya çıkmamıştı. kimyasal reaksiyonlar, su ile bağlanabilir, bazı bileşiklere benzer.
Pirinç. 13. Na + ve C1 iyonlarının ayrılması - polar su molekülleri tarafından etraflarında bir hidrasyon kabuğu oluşturarak.
Illinois'de metan'ın sudaki çözünürlüğü hakkında ilginç sonuçlar elde edildi. Metan molekülleri suda iyon oluşturmazlar ve hidrojen bağlarını algılamazlar; su molekülleri ile aralarındaki çekim çok zayıftır. Bununla birlikte, metan zayıf da olsa suda çözünür ve ayrışmış molekülleri onunla bileşikler oluşturur - içinde birkaç su molekülünün bir metan molekülüne bağlı olduğu hidratlar. Bu reaksiyonla 10 kez salınır. daha fazla sıcaklık metan heksan içinde çözüldüğünden daha (metan heksan içinde sudan daha iyi çözünür).
Metanın suda çözünmesi büyük ilgi görüyor. Gerçekten de, bir metan molekülünün hacmi, bir su molekülünün iki katı kadar büyüktür. Metanın suda çözünmesi için molekülleri arasında oldukça büyük "delikler" oluşmalıdır. Bu, suyun buharlaşmasından daha fazla (her bir mol için yaklaşık 10.000 kalori) önemli bir enerji harcaması gerektirir. Bu kadar enerji nereden geliyor? Metan ve su molekülleri arasındaki çekim kuvvetleri çok zayıftır, o kadar fazla enerji sağlayamazlar. Bu nedenle, başka bir olasılık daha vardır: metan varlığında ocağın yapısı değişir. Çözünmüş bir metan molekülünün 10-20 su molekülünden oluşan bir kabukla çevrelendiğini varsayalım. Bu tür molekül birlikleri oluştuğunda, ısı açığa çıkar. Bir metan molekülünün kapladığı boşlukta, su molekülleri arasındaki karşılıklı çekim kuvvetleri ortadan kalkar ve bu nedenle iç basınç... Bu koşullar altında, gördüğümüz gibi, su sıfırın üzerindeki sıcaklıklarda donar.
Bu nedenle metan ve su arasındaki moleküller kristalleşebilir, yukarıda açıklanan durumda olan budur. Donmuş hidratlar çözeltiden emilebilir ve salınabilir. Bu teori buzdağları teorisi olarak bilinir. Pratikte çalışmalar, test edilen tüm iletken olmayan maddelerin stabil kristalli hidratlar oluşturduğunu göstermektedir. Aynı zamanda, bu eğilim elektrolitlerde zayıf bir şekilde ifade edilir. Bütün bunlar tamamen yeni bir çözünürlük anlayışına yol açar.
Elektrolitlerin çözünmesinin, çekici kuvvetlerin etkisinin bir sonucu olarak meydana geldiğine inanılıyordu. Artık elektrolit olmayanların çözünmesinin bu maddeler ile su arasındaki çekim kuvvetlerinden değil, aralarındaki yetersiz çekimden kaynaklandığı kanıtlanmıştır. İyonlara ayrışmayan maddeler, iç basıncı ortadan kaldırdıkları ve böylece kristal oluşumların ortaya çıkmasına katkıda bulundukları için su ile birleşir.
Bu tür hidratların oluşumunu daha iyi anlamak için moleküler yapılarının dikkate alınması tavsiye edilir.
Oluşan hidratların, buzun altıgen yapısının aksine kübik bir yapıya (kafes) sahip oldukları kanıtlanmıştır. Araştırmacıların daha ileri çalışmaları, bir hidratın iki kübik kafese sahip olabileceğini gösterdi: bunlardan birinde moleküller arasındaki boşluklar 12, diğerinde - 17 A. Daha küçük kafeste 46 su molekülü var, daha büyük 136'da. Delikler daha küçük kafesteki gaz moleküllerinin 12-14 yüzü vardır ve daha büyük - 12-16, dahası, boyutları farklıdır ve çeşitli boyutlarda moleküllerle doldurulur ve tüm delikler doldurulamayabilir. Böyle bir model, hidratların gerçek yapısını yüksek bir doğruluk derecesi ile açıklar.
Bu tür hidratların yaşam süreçlerindeki rolü fazla tahmin edilemez. Bu süreçler esas olarak su ve protein molekülleri arasındaki boşluklarda meydana gelir. Aynı zamanda, protein molekülü birçok iyonik olmayan veya polar olmayan grup içerdiğinden, suyun kristalleşmeye yönelik güçlü bir eğilimi vardır. Bu tür herhangi bir hidrat buzdan daha düşük bir yoğunlukta oluşur, bu nedenle oluşumu önemli ölçüde yıkıcı genişlemeye yol açabilir.
Dolayısıyla su, belirli ve çeşitli özellikleri olan kendine özgü ve karmaşık bir maddedir. kimyasal özellikler... İnce ve aynı zamanda değişen fiziksel bir yapıya sahiptir.
Tüm canlı ve büyük ölçüde cansız doğanın gelişimi, ayrılmaz bir şekilde aşağıdakilerle bağlantılıdır: karakteristik özellikler Su.
