Լուծույթներ

Լուծույթներ, մարդն ամենուրեք առնչվում է տարբեր նյութերի լուծույթների, առավել հաճախ՝ ջրային լուծույթների հետ։ Արդյունաբերական և լաբորատոր բազմաթիվ գործընթացներ իրականացվում են ջրային միջավայրում։ Կենսաբանական ռեակցիաները ևս ընթանում են ջրի մասնակցությամբ։ Նյութերի լուծվելը ջրում պայմանավորված է վերջինիս կառուցվածքի առանձնահատկություններով։ Ջուրը խիստ բևեռային լուծիչ է, ունակ է առաջացնելու ջրածնային կապեր, և այդ պատճառով ջրում լավ լուծվում են իոնային և բևեռային կովալենտային կապերով միացություններ։ Եթե նյութը, ջրի հետ խառնվելով, մանրանում է մինչև մոլեկուլներ կամ իոններ, և նյութերի մասնիկները տեսանելի չեն անզեն աչքով կամ մանրադիտակով, ապա առաջանում է համասեռ լուծույթ, որը երբեմն անվանում են իսկական լուծույթ։ Լուծույթն այն համասեռ համակարգն է, որը բաղկացած է լուծիչի, լուծված նյութից և դրանց փոխազդեցության արգասիքներից։ Օրինակ՝ ծծմբական թթվի ջրային լուծույթում առկա են ոչ միայն նշված նյութերի մոլեկուլներ, այլև դրանց փոխազդեցության հետևանքով գոյացած H⁺, հիդրատացված իոններ։

Thumb — Կերակրի աղի լուծելիությունը ջրում

Լուծման գործընթացն ուղեկցվում է և՛ ֆիզիկական, և՛ քիմիական երևույթներով։ Լուծվող նյութի մասնիկներն անցնում են ջրի միջմոլեկուլյաին տարածություններ, բաշխվում են լուծույթի ամբողջ ծավալում, և միաժամանակ տեղի են ունենում նյութի մասնիկների հիդրատացում, էլեկտրոլիտների դեպքում՝ նաև դիսոցվում և այլ երևույթներ։ Նշված պատճառներով էլ նյութերի լուծման ժամանակ անջատվում կամ կլանվում է ջերմություն։ Եթե նյութը վատ է լուծվում ջրում, ապա որոշակի պայմանների առկայությամբ կարող է առաջանալ կախույթ (սուսպենզիա) կամ էմուլսիա, այսինքն՝ անհամասեռ խառնուրդ։ Երբ անհամասեռ խառնուրդում մասնիկների չափերն այնքան փոքր են, որ չեն երևում անզեն աչքեր, ապա այդպիսի համակարգերը կոչվում են կոլոիդ լուծույթներ։

Ըստ ջրում լուծվելու հատկության՝ նյութերը կարելի է բաժանել երեք խմբի՝ լավ լուծվող, քիչ լուծվող և չլուծվող (գործնականում անլուծելի)։ Լուծելիությունը լուծվող նյութի առավելագույն զանգվածն է, որը տվյալ ջերմաստիճանում կարող է լուծվել 1 լ ջրում։

Տարբեր լուծելիության նյութերի օրինակներ

Մանրամասն տեղեկատվություն Լավ լուծվող, Քիչ լուծվող ...

	Լավ լուծվող	Քիչ լուծվող	Չլուծվող (գործնականում)
Պինդ նյութեր	NaCl, KOH,	MgS, Ag2SO4	AgCl, CuS, ճարպ
Հեղուկ նյութեր	H2SO4, HClO4, CH2COOH		C12H26, ձեթ
Գազային նյութեր	NH3, HCl	O2, CO2	H2,He

Փակել

Նախկինում լուծիչի 1 լիտրի^[1] փոխարեն ընդունված է եղել 100 գրամ^[1]- ը։ Խնդիրներում կարող է հանդիպել նաև մեծությունը։ Նյութերի լուծելիության արժեքները բերվում են տեղեկատու աղյուսակում։ Լուծելիությունն, անշուշտ, կախված է ջերմաստիճանից, քանի որ լուծման բուն գործընթացն ունի քիմիական բնույթ։

Պինդ նյութերի լուծելիությունը, որպես կանոն, ջերմաստիճանի բարձրացման հետ մեծանում է, որովհետև դրանց լուծման ժամանակ մեծ մասամբ դիտվում է ջերմության կլանում։

Գազերի լուծելիությունը, ընդհակառակը, ջերմաստիճանի բարձրացման հետ փոքրանում է։ Սա բացատրվում է այն հանգամանքով, որ գազերի լուծումն ուղեկցվում է ջերմության անջատմամբ։ Գազերի լուծելիության վրա ազդում է նաև գազի ճնշումը, որքան մեծացվում է ճնշումը, նույնքան մեծանում է լուծելիությունը։

Հեղուկների լուծելիության կանխումը ջերմաստիճանից ունի բարդ բնույթ։ Եթե լուծույթը պարունակում է առավելագույն քանակով լուծված նյութ, ապա կոչվում է հագեցած, այսինքն՝ այլևս հնարավոր չէ տվյալ պայմանում լուծել նոր քանակներ։ Աղի հագեցած լուծույթ կարող է ստացվել նաև այդ դեպքում, երբ մեծ քանակով աղը հպման մեջ դրվի ջրի հետ։ Որոշ ժամանակ անց կստեղծվի հավասարակշռություն. միավոր ժամանակում որքան աղ նստվածքից անցնի լուծույթ, նույնքան աղ էլ կանցնի լուծույթից նստվածք։ Նստվածքի վրայի լուծույթը կլինի հագեցած։ Եթե լուծույթը պարունակում է ավելի քիչ լուծված նյութ, քան համապատասխանում է հագեցած վիճակին, ապա կոչվում է չհագեցած, այսինքն՝ կարելի է լուծել նոր քանակներ։ Որոշ դեպքերում հնարավոր է ստանալ գերհագեցած լուծույթ, որը տվյալ պայմանում պարունակում է ավելի շատ նյութ, քան հագեցած լուծույթում է։ Սակայն այդպիսի լուծույթները չափազանց անկայուն են, և դրանց ստացման համար պահանջվում են հատուկ պայմաններ։ Գերհագեցած լուծույթը թափահարելիս կամ դրա մեջ լուծված նյութի փոքր բյուրեղ գցելիս նյութի ավելցուկն անմիջապես անջատվում է նստվածքի ձևով, և գերհագեցած լուծույթը վերածվում է հագեցածի։

Լուծույթի քանակական բաղադրությունն առավել հաճախ արտահայտում են լուծված նյութի զանգվածային բաժնով և լուծույթի մոլային կոնցենտրացիայով (թնդություն)։ Լուծված նյութի զանգվածային բաժինը (W) լուծված նյութի զանգվածի հարաբերությունն է լուծույթի զանգվածին։ Այն հաճախ արտահայտում են տոկոսով.

$\omega ={\frac {m_{1}}{m}}\cdot 100\;\%$

Լուծույթի մոլային կոնցենտրացիան (C) լուծված նյութի քանակի հարաբերությունն է լուծույթի ծավալին (արտահայտված լիտրով).

${C_{M}}={\frac {\nu }{V}}$

Գոյություն ունեն լուծույթի բաղադրության արտահայտման այլ եղանակներ ևս, ինչպես, օրինակ, մոլային բաժինը, մոլալությունը։

Էլեկտրոլիտի լուծույթի էլեկտրահաղորդականությունը կարելի է բացահայտել պարզագույն սարքի միջոցով՝ էլեկտրոլիտի լուծույթ պարունակող էլեկտրական շղթայում լապմ տեղադրել։ Հենց այդպես է հայտնագործել Մ. Ֆարադեյը^[2] լիցքավորված մասնիկների առկայությունը էլեկտրոլիտների լուծույթում։ Կարելի է որոշել նաև էլեկտրահաղորդականության արժեքը՝ այդ նույն շղթայում լամպի փոխարեն տեղադրելով էլեկտրահաղորդականությունը չափող սարք։

Անալիզի ընթացքում որևէ իոնի հայտնաբերումը կատարվում է մյուս իոնների առկայության պայմաններում, և այդ հայտնաբերման ռեակցիան կոչվում է տվյալ իոնի հայտնաբերման յուրահատուկ ռեակցիա։

Օրինակ՝ $NH_{4}^{+}$ իոնը հայտնաբերում են նրա աղերի վրա ալկալի ազդելով, տաքացնելու պայմաններում, այս դեպքում անջատվում է գազային ամոնիակ,որը զգացվում է իր սուր բնորոշ հոտով, կամ երբ անջատվող գազի վրա պահում են թրջված լակմուսի թուղթը (կարմիր գույնը փոխվում է կապույտի)։

$NH_{4}Cl+NaOH=NaCl+NH_{3}+H_{2}0$

Այս ռեակցիան $NH_{4}^{+}$ -ի հայտնաբերման ռեակցիան է՝ այլ իոնների առկայության պայմաններում։ Բայց խիստ յուրահատուկ ռեակցիաները (որոնք ռեակցվեն միայն այդ իոնի հետ) քիչ են, շատ դեպքերում լուծույթում առկա իոնները խանգարում են հայտնաբերմանը, որովհետև նրանք նույնպես ռեակցիայի մեջ են մտնում այդ ռեագենտի հետ։

Օրինակ՝ $Na_{3}[Co(NO_{2})_{6}]$ -ը և $NaHC_{4}H_{4}O_{6}$ -ը $K^{+}$ -ի հետ առաջացնում են յուրահատուկ նստվածքներ, բայց այդ նույն ռեագենտները $NH_{4}^{+}$ -ի հետ առաջացնում են նույնատիպ քիմիական միացություններ։ Այն ռեագենտները, որոնք փոխազդում են սահմանափակ իոնների հետ, կոչվում են ընտրողական (սելեկտիվ) անալիտիկական ռեակտիվներ։ Կողմնակի իոնների ազդեցությունը իոնի յուրահատուկ ռեակցիայի վրա կախված է այդ կոնցենտրացիայից և ռեակցիայի ընթացքի պայմաններից։ Այդ կախումը բնորոշվում է սահմանային հարաբերությամբ՝

Սահմանային հարաբերությունը=C_{որոշվող իոնի}/C_{կողմնակի իոնի}

Օրինակ՝ $Pb^{2+}$ -ի միկրոբյուրեղային ռեակցիան KI-ի հետ. $Cu^{2+}$ -ի առկայությամբ, կարելի է իրականացնել միայն այն դեպքում, երբ $Cu^{2+}$ -ի կոնցենտրացիան հետազոտվող լուծույթում գերազանցի 25 անգամ, այլ խոսքով՝ $Pb^{2+}$ ։ ${Cu^{2}+}={\frac {1}{25}}$ սահմանային հարաբերությամբ։ Ավելի բարձր կոնցենտրացիաների դեպքում $PbI_{2}$ նստվածքի հետ կնստի նաև $CuI$ -ը, և կանջատվի ազատ յոդ, որը կխանգարի $Pb^{2+}$ -ի հայտնաբերմանը։

Իոնների սահմանային հարաբերությունը հատուկ ռեակցիաների չափանիշն է, որը ցույց է տալիս, թե օտար իոնի որ կոնցենտրացիայի դեպքում կարելի է այդ յուրահատուկ ռեակցիայով հայտնաբերել տվյալ իոնը։

Եթե անալիզվող լուծույթում օտար իոնի սահմանային հարաբերության կոնցենտրացիան բարձր է, և հնարավոր չէ հայտնաբերել տվյալ իոնը, ապա այս դեպքում օտար իոնը կապում են կայուն կոմպլեքսի ձևով և քողարկում։ Օրինակ՝ երբ $Ni^{2+}$ իոնը ամոնիակային միջավայրում հայտնաբերում են դիմեթիլգլիօքսիմով, ոեակցիային խանգարում է $Fe^{3+}$ իոնը, որն ամոնիակային միջավայրում առաջացնում է $Fe(OH)_{3}$ , աղյուսակարմիր նստվածքը։ Այդ պատճառով էլ կարելի է ֆիլտրելով անջատել $Fe(OH)_{3}$ , նստվածքը կամ, մինչև ամոնիակ տալը, լուծույթին ավելացնել $NaF$ և քողարկել $Fe^{3+}$ իոնը՝ կոմպլեքսի ձևով, որը նիկելի հետ չի ոեակցվում։