Kas yra vandeniniai tirpalai?

Vandeniniai tirpalai yra tie tirpalai, kurie naudoja vandenį, kad suskaidytų medžiagą. Pavyzdžiui, purvo ar cukraus vandens.

Kai cheminė medžiaga ištirpsta vandenyje, tai žymima raštu (aq) po cheminio pavadinimo (Reid, SF).

Hidrofilinės medžiagos (kurios mėgsta vandenį) ir daugelis jonų junginių ištirpsta arba išskiria vandenyje.

Pavyzdžiui, kai druskos druska arba natrio chloridas ištirpsta vandenyje, jis skaidosi į savo jonus, kad susidarytų Na + (aq) ir Cl- (aq).

Hidrofobinės medžiagos (kurios bijo vandens) paprastai neištirpsta vandenyje ar formuoja vandeninius tirpalus. Pavyzdžiui, naftos ir vandens maišymas nesukelia tirpimo ar disociacijos.

Daugelis organinių junginių yra hidrofobiniai. Ne elektrolitai gali ištirpti vandenyje, bet nesiskiria į jonus ir išlaikyti jų vientisumą kaip molekules.

Neelektrolitų pavyzdžiai yra cukrus, glicerolis, karbamidas ir metilsulfonilmetanas (MSM) (Anne Marie Helmenstine, 2017).

Vandeninių tirpalų savybės

Vandeniniai tirpalai paprastai vykdo elektros energiją. Tirpalai, kuriuose yra stiprių elektrolitų, paprastai būna geri elektros laidininkai (pvz., Jūros vanduo), o silpnai elektrolitų turintys sprendimai yra prastas laidininkas (pvz., Vandentiekis).

Priežastis yra ta, kad stiprūs elektrolitai visiškai išsiskiria jonuose vandenyje, o silpni elektrolitai nesiskiria.

Kai cheminės reakcijos tarp rūšių yra vandeniniame tirpale, reakcijos paprastai yra dvigubos poslinkio reakcijos (dar vadinamos metateze arba dvigubu pakeitimu).

Šios rūšies reakcijoje vieno reagento katijonas paima katijoną kitame reagente, paprastai formuojant joninę jungtį. Kitas mąstymo būdas yra tai, kad reaktyvūs jonai „keičia partnerius“.

Reakcijos vandeniniame tirpale gali sukelti produktus, kurie tirpsta vandenyje arba gali sukelti nuosėdas.

Nuosėdos yra mažai tirpūs junginiai, kurie dažnai nepatenka į tirpalą kaip kietą (vandeniniai tirpalai, SF).

Terminai rūgštis, bazė ir pH taikomi tik vandeniniams tirpalams. Pavyzdžiui, galite išmatuoti citrinų sulčių arba acto pH (du vandeniniai tirpalai) ir jie yra silpnos rūgštys, tačiau iš augalinio aliejaus testo su pH popieriumi negalima gauti jokios reikšmingos informacijos (Anne Marie Helmenstine, vandeninis apibrėžimas, 2017).

Kodėl kai kurios kietos medžiagos ištirpsta vandenyje?

Cukrus, kurį mes naudojame kavai ar arbatai saldinti, yra molekulinė kieta medžiaga, kurioje atskiros molekulės yra kartu susilpnintos santykinai silpnos tarpmolekulinės jėgos.

Kai cukrus ištirpsta vandenyje, silpnos ryšiai tarp atskirų sacharozės molekulių suskaidomi ir šios C12H22O11 molekulės išsiskiria į tirpalą.

Energija reikalinga tam, kad sumuštų C12H22O11 molekulių sacharozėje. Taip pat reikia energijos, kad pertrauktų vandenilio jungtis vandenyje, kuris turi būti nutrauktas, kad į vieną iš šių sacharozės molekulių būtų įdėta į tirpalą.

Cukrus ištirpsta vandenyje, nes energija išsiskiria, kai šiek tiek poliarinės sacharozės molekulės sudaro tarpmolekulines jungtis su polinėmis vandens molekulėmis.

Silpnos jungiamosios linijos, susidarančios tarp tirpiklio ir tirpiklio, kompensuoja tiek, kiek reikia keisti tiek gryno tirpalo, tiek tirpiklio struktūrą.

Cukraus ir vandens atveju šis procesas veikia taip gerai, kad iki 1800 gramų sacharozės galima ištirpinti viename litre vandens.

Joninės kietosios medžiagos (arba druskos) turi teigiamus ir neigiamus jonus, kurie yra laikomi kartu, nes didžioji traukos jėga yra tarp priešingų krūvių.

Kai viena iš šių kietųjų medžiagų ištirpsta vandenyje, jonai, kurie sudaro kietą medžiagą, išsiskiria tirpale, kur jie yra susiję su poliariniais tirpikliais (Berkey, 2011).

NaCl (s) »Na + (aq) + Cl- (aq)

Paprastai galima daryti prielaidą, kad druskos tirpsta vandenyje jų jonuose.

Jonų junginiai ištirpsta vandenyje, jei energija, išlaisvinta, kai jonai sąveikauja su vandens molekulėmis, kompensuoja energiją, reikalingą kietųjų medžiagų jonų jungtims ir vandens molekulių atskyrimui, kad jonai galėtų būti įterpti į vandenį. tirpalas (tirpumas, SF).

Tirpumo taisyklės

Priklausomai nuo tirpios medžiagos tirpumo, yra trys galimi rezultatai:

1) jei tirpalo tirpumas yra mažesnis nei maksimalus tirpumo kiekis (tirpumas), tai yra atskiestas tirpalas;

2) jei tirpių medžiagų kiekis yra lygiai toks pat kaip jo tirpumas, jis yra prisotintas;

3) jei yra daugiau tirpių, nei ji gali ištirpti, perteklinis tirpalas yra atskiriamas nuo tirpalo.

Jei šis atskyrimo procesas apima kristalizaciją, jis sudaro nuosėdas. Nuosėdos sumažina tirpalo koncentraciją, kad padidintų tirpalo stabilumą.

Toliau pateikiamos įprastinių jonų kietumo tirpumo taisyklės. Jei atrodo, kad dvi taisyklės prieštarauja viena kitai, precedentas turi pirmenybę (Antoinette Mursa, 2017).

1- druskos, turinčios I grupės elementų (Li +, Na +, K +, Cs +, Rb +) yra tirpios. Yra keletas šios taisyklės išimčių. Druskos, kuriose yra amonio jonų (NH4 +), taip pat tirpsta.

2 - Druskos, kuriose yra nitrato (NO ₃ -), paprastai tirpsta.

3- Druskos, turinčios Cl-, Br- arba I-grupę, paprastai yra tirpios. Svarbios šios taisyklės išimtys yra Ag +, Pb2 + ir (Hg2) 2+ halogenidinės druskos. Taigi, AgCl, PbBr2 ir Hg2C12 yra netirpūs.

4- Dauguma sidabro druskų yra netirpios. AgNO3 ir Ag (C2H3O2) yra bendros tirpios sidabro druskos; Beveik visi kiti yra netirpūs.

5- Dauguma sulfato druskų yra tirpios. Svarbios šios taisyklės išimtys apima CaSO ₄, BaSO ₄, PbSO4, Ag2SO4 ir SrSO4.

6- Dauguma hidroksido druskų yra tik šiek tiek tirpios. I grupės elementų hidroksido druskos yra tirpios. II grupės elementų (Ca, Sr ir Ba) hidroksido druskos yra šiek tiek tirpios.

Pereinamojo metalo hidroksido druskos ir Al ₃ + yra netirpūs. Taigi Fe (OH) ₃, Al (OH) ₃, Co (OH) ₂ nėra tirpūs.

7- Dauguma pereinamojo metalo sulfidų yra labai netirpūs, įskaitant CdS, FeS, ZnS ir Ag2S. Arseno, antimono, bismuto ir švino sulfidai taip pat netirpi.

8- Karbonatai dažnai yra netirpūs. II grupės karbonatai (CaCO3, SrCO3 ir BaCO3) yra netirpūs, taip pat FeCO3 ir PbCO3.

9-Chromatai dažnai yra netirpūs. Pavyzdžiai apima PbCrO4 ir BaCrO ₄ .

10-fosfatai, tokie kaip Ca3 (PO ₄ ) ₂ ir Ag3P04, dažnai yra netirpūs.

11-fluorai, tokie kaip BaF2, MgF2 ir PbF2, dažnai yra netirpūs.

Tirpumo vandeniniuose tirpaluose pavyzdžiai

Vandens tirpalų pavyzdžiai yra kolas, druskos vanduo, lietus, rūgštiniai tirpalai, baziniai tirpalai ir druskos tirpalai.

Kai yra vandeninis tirpalas, nuosėdos gali būti sukeltos nusodinimo reakcijomis (reakcijos vandeniniame tirpale, SF).

Kritulių reakcijos kartais vadinamos „dvigubo poslinkio“ reakcijomis. Nustatyti, ar maišant dviejų junginių vandeninius tirpalus susidarys nuosėdos:

Įrašykite visus tirpalo jonus.
Sujunkite juos (katijoną ir anijoną), kad gautumėte visus galimus nuosėdas.
Naudokite tirpumo taisykles, kad nustatytumėte, kuris (-i) derinys (-ai) yra netirpus ir ištirps.