Rozwiązanie (chemia)

W chemii , A rozwiązanie jest jednorodna mieszanina (składający się z jednej fazy ) wynikające z rozwiązania z jednej lub więcej substancji rozpuszczonych (S) ( rozpuszczonego indywiduów chemicznych ), w rozpuszczalniku . Cząsteczki substancji rozpuszczonej (lub jony) są następnie solwatowane i dyspergowane w rozpuszczalniku.

Płynny roztwór

Najbardziej znanym przykładem jest płynny roztwór. Roztwór zawierający wodę jako rozpuszczalnik nazywa się roztworem wodnym . Możliwe jest umieszczenie w rozwiązaniu:

jedna ciecz w drugiej: ograniczona przez mieszalność dwóch cieczy;
ciało stałe w cieczy: ograniczone przez rozpuszczalność ciała stałego w rozpuszczalniku, powyżej którego ciało stałe nie jest już rozpuszczane. Nazywa się to roztworem nasyconym;
gaz w cieczy.

Solidne rozwiązanie

Stały roztwór odpowiada mieszaninie kilku czystych substancji .

Roztwór w gazie

Rzadko mówimy o „rozwiązaniu” dla gazu. Mieszanina gazów jest generalnie jednorodna po krótkim czasie ze względu na mieszanie termiczne (patrz artykuły Ruchy Browna i dyfuzja ), ale może wystąpić rozwarstwienie w obecności pola grawitacyjnego, jeśli ważna jest wysokość pojemnika.

Współistnienie faz

Rozwiązaniem może być:

nasycony: w danej temperaturze i ciśnieniu nasycony roztwór jest roztworem, który nie może już rozpuszczać substancji rozpuszczonej;
nienasycony: roztwór nienasycony to roztwór, który może rozpuszczać więcej substancji rozpuszczonych w warunkach systemowych;
przesycony : roztwór przesycony to roztwór zawierający większą ilość rozpuszczonej substancji rozpuszczonej niż ta, która odpowiada granicy nasycenia.

Proporcja faz i koncentracja

Niech będę składnikami. Stężenie składnika można wyrazić na kilka sposobów, w tym jako frakcje i stężenia:

Ułamki : ułamek to stosunek dwóch wielkości tego samego typu, ilość licznika odnoszącego się do składnika układu oraz wielkość mianownika do sumy ilości wszystkich składników układu. W przypadku stosowania do mieszanin frakcje mogą być trzech typów:
- ułamek molowy x I (bez jednostki lub w% molowych), który jest stosunkiem między liczbą n I moli I nad całkowitej liczby n moli ;
  ${\ Displaystyle x_ {i} = {\ Frac {n_ {i}} {n}} = {\ Frac {n_ {i}} {\ sum _ {j = 1} ^ {l} n_ {j}}} }$
- udział masowy w I (bez jednostki i% M), który jest stosunkiem masy m I o I do całkowitej masy m .
  ${\ displaystyle w_ {i} = {\ frac {m_ {i}} {m}} = {\ frac {m_ {i}} {\ sum _ {j = 1} ^ {l} m_ {j}}} }$
- ułamek objętościowy V I (bez jednostki lub% objętościowych), który jest stosunkiem objętości składnika I o sumę ilości wszystkich składników użytych do tej mieszaniny : . ${\ displaystyle \ sum _ {j = 1} ^ {l} v_ {j}}$ $V_ {i} = {\ frac {v_ {i}} {\ sum _ {{j = 1}} ^ {l} v_ {j}}}$

Stężenia : stężenie to wielkość charakteryzująca skład mieszaniny w stosunku do jej objętości V :
- stężenie molowe C i (Moll -1 ), stosunek liczby moli I i objętość cieczy :; ${\ displaystyle c_ {i} = {\ frac {n_ {i}} {V}}}$
- stężenie masowe p I , stosunek masy I i objętość cieczy :; ${\ displaystyle \ rho _ {i} = {\ frac {m_ {i}} {V}}}$
- ułamek objętości (zwane „stężenie objętościowe” w przypadku rozwiązania idealnego ) V i ; W przypadku mieszaniny cieczy, objętość v I o I podzieloną przez całkowitą objętość V : . ${\ Displaystyle V_ {i} = {\ Frac {V_ {i}} {V}} = {\ Frac {V_ {i}} {\ sum _ {j = 1} ^ {l} v_ {j}}} }$

W przypadku gazu używamy:

cząstkowe ciśnienie P i , co jest wkład fazy I do ciśnienia całkowitego P ;
ułamek objętościowy (bez jednostki lub% obj.), który w ustalonych warunkach ciśnienia i temperatury jest objętością v i, którą ta faza i będzie reprezentować sama w całej objętości; w przypadku gazu idealnego , łatwo wykazać, że procentowa objętość jest równa ciśnieniu cząstkowym podzielonej przez Ciśnienie całkowite P : . ${\ Displaystyle V_ {i} = {\ Frac {V_ {i}} {V}} = {\ Frac {P} {P_ {i}}}}$

Istnieje kilka innych sposobów wyrażania składu lub stężenia:

molalność ;
ocena w „częściach za” ;
CH lub DH: C entezymalne lub D ecimal rozcieńczenie, H ahnemanian (zarezerwowane dla homeopatii )

Rozcieńczony roztwór, aktywność

Rozcieńczony roztwór nazywa się przypadkiem roztworu, w którym ilość substancji rozpuszczonych jest znacznie mniejsza niż całkowita ilość roztworu. Jeśli oznaczymy rozpuszczalnik indeksem s , możemy zatem zastosować następujące przybliżenia:

n \ simeq n_ {s}

, , ;

{\ displaystyle x_ {i} \ simeq {\ frac {n_ {i}} {n_ {s}}}}

{\ displaystyle x_ {s} \ simeq 1}

m \ simeq m_ {s}

, , .

{\ displaystyle w_ {i} \ simeq {\ frac {m_ {i}} {m_ {s}}}}

{\ displaystyle w_ {s} \ simeq 1}

W przypadku roztworów płynnych:

{\ displaystyle c_ {i} \ simeq {\ frac {n_ {i}} {v_ {s}}}}

, c s jest odwrotnością objętości molowej rozpuszczalnika;

{\ displaystyle \ rho _ {i} \ simeq {\ frac {m_ {i}} {v_ {s}}}}

, Ρ y jest gęstość rozpuszczalnika;

v \ simeq v_ {s}

, ,

V_ {i} \ simeq {\ frac {v_ {i}} {v_ {s}}}

V_ {s} \ simeq 1

W przypadku rozcieńczonego roztworu potencjał chemiczny jest funkcją afiniczną logarytmu ułamka molowego dla ustalonej temperatury :

w płynnym roztworze ; ${\ Displaystyle \ mu _ {i} (P, T) = \ mu _ {i} ^ {0} (T) + RT \ cdot \ ln (x_ {i})}$
roztwór gazowy . ${\ Displaystyle \ mu _ {i} (P, T) = \ mu _ {i} ^ {0} (T) + RT \ cdot \ ln (P_ {i})}$

Jeśli roztwór nie jest rozcieńczony (lub w przypadku gazu, pod wysokim ciśnieniem, gdy nie można już osiągnąć idealnego przybliżenia gazu doskonałego ), należy zastosować aktywność chemiczną a i :

{\ Displaystyle \ mu _ {i} (P, T) = \ mu _ {i} ^ {0} (T) + R \ cdot T \ cdot \ ln (a_ {i})}

W przypadku ciekłego roztworu, a I = y i · x i gdzie γ i jest współczynnik aktywności z I ; stan odniesienia to czysta ciecz i ;
w przypadku roztworu gazowego a i = ƒ i / P i gdzie ƒ i jest lotnością ; stan odniesienia to ciecz i czysty gaz doskonały.

Jest to podejście z „chemicznego” punktu widzenia: zaczynamy od tego, co dobrze mierzymy (objętość, masa itp .). Z termodynamicznego punktu widzenia zaczynamy od zdefiniowania aktywności, następnie ustalamy, że w przypadku roztworów rozcieńczonych:

w przypadku cieczy aktywność substancji rozpuszczonej jest w przybliżeniu równa jej stężeniu molowemu (cieczy), a aktywność rozpuszczalnika jest równa 1;
dla gazu aktywność substancji rozpuszczonej to ciśnienie cząstkowe w atmosferze, gaz mający ciśnienie cząstkowe jednej atmosfery ma aktywność 1;
dla ciała stałego aktywność jest warta 1.

Idealne rozwiązanie

Z punktu widzenia termodynamiki , rozwiązanie w fazie (gaz, ciecz lub ciało stałe), w P i T , jest idealne, jeśli każdy z jego składników spełnia prawo Lewisa i Randalla (1923) oparte na fugacities : $\ phi$

{\ Displaystyle f_ {i} ^ {\ phi, id} (P, T, z) = Z_ {i}. F_ {i} ^ {\ phi, *} (P, T)}

$P.$ całkowite ciśnienie mieszaniny;
$T$ temperatura mieszaniny;
$z_ {i}$ ułamek molowy składnika i ;
${\ displaystyle f_ {i} ^ {\ phi, id}}$ lotność od składnika I , w rozwiązaniu idealnym ;
${\ displaystyle f_ {i} ^ {\ phi, *}}$ lotność czystego składnika i , przy tym samym P , T i fazie co idealne rozwiązanie. $\ phi$

Bibliografia

(w) " frakcja " Compendium of Chemical Terminologia [ " Złota Book "], IUPAC 1997, poprawione w wersji on-line (2006-), 2 th ed.
(w) " objętość frakcji " Compendium of Chemical Terminology [ " złoty książce "], IUPAC 1997 skorygowane wersję on-line (2006-), 2 th ed.
(w) " Koncentracja " Compendium of Chemical Terminologia [ " Złota Book "], IUPAC 1997, poprawione w wersji on-line (2006-), 2 th ed.

Zobacz też

Powiązane artykuły