4 joulukuun, 2021

9.1: seokset ja liuokset

oppimistavoitteet

  • ymmärtää, mikä aiheuttaa ratkaisujen muodostumisen.

liuos on toinen nimitys homogeeniselle seokselle. Seos, joka koostuu kahdesta tai useammasta aineesta. Liuoksessa yhdistelmä on niin intiimi, että eri aineita ei pysty erottamaan näkemällä edes mikroskoopilla. Vertaa esimerkiksi suolan ja pippurin seosta ja toista suolan ja veden seosta. Ensimmäisessä seoksessa voi helposti nähdä yksittäisiä suolajyviä ja pippurin sirpaleita. Suolan ja pippurin seos ei ole ratkaisu. Toisessa seoksessa ei kuitenkaan voi nähdä kahta eri ainetta, vaikka kuinka tarkkaan katsoisimme. Veteen liuotettu suola on liuos.

liuoksen pääkomponentti, jota kutsutaan liuottimeksi, on tyypillisesti sama faasi kuin itse liuos. Jokaista liuoksen pienempää komponenttia (ja niitä voi olla useampia) kutsutaan liuokseksi. Useimmissa ratkaisuja kuvaamme tässä oppikirjassa, ei ole epäselvyyttä siitä, onko komponentti on liuotin tai liuotin. Esimerkiksi vesiliuoksessa, jossa on suolaa, liuotin on suola ja liuotin on vesi.

liuoksia on kaikissa faaseissa, eikä liuottimen ja liuottimen tarvitse olla samassa faasissa liuoksen muodostamiseksi (kuten suola ja vesi). Esimerkiksi ilma on kaasumainen liuos, jossa on noin 80% typpeä ja noin 20% happea, ja joitakin muita kaasuja on paljon pienempiä määriä. Metalliseos on kiinteä liuos, joka koostuu metallista (kuten raudasta), johon on liuennut joitakin muita metalleja tai epämetalleja. Teräs, raudan ja hiilen seos sekä pieniä määriä muita metalleja, on esimerkki kiinteästä liuoksesta. Taulukossa \(\PageIndex{1}\) on lueteltu joitakin yleisiä ratkaisutyyppejä, joista esimerkkejä on jokaisesta.

taulukko \(\PageIndex{1}\): Types of Solutions


Solvent Phase Solute Phase Example
gas gas air
liquid gas carbonated beverages
liquid liquid ethanol (C2H5OH) in H2O (alcoholic beverages)
liquid solid saltwater
solid gas H2 gas absorbed by Pd metal
solid liquid Hg(ℓ) in dental fillings
solid solid terässeokset

mikä aiheuttaa liuoksen muodostumisen? Yksinkertainen vastaus on, että liuottimella ja liuoksella on oltava samanlaiset molekyylien väliset vuorovaikutukset. Tällöin yksittäiset liuotin – ja liuotushiukkaset sekoittuvat helposti niin läheisesti, että jokaista liuotushiukkasta ympäröivät liuoshiukkaset muodostaen liuoksen. Jos kahdella aineella on kuitenkin hyvin erilaisia molekyylien välisiä vuorovaikutuksia, tarvitaan suuria määriä energiaa pakottamaan niiden yksittäiset hiukkaset sekoittumaan läheisesti, joten liuosta ei muodostu. Näin kaksi alkaania, kuten n-heptaani, C7H16, ja n-Heksaani, C6H14, sekoittuvat täysin kaikissa suhteissa. C7h16-ja c6h14-molekyylit ovat niin samanlaisia (takaisinkutsun kohta 4.6), että molekyylien välisissä voimissa on vain vähäisiä eroja.

samasta syystä metanoli, CH3OH, sekoittuu täysin veteen. Tällöin molemmat molekyylit ovat polaarisia ja voivat muodostaa keskenään vetysidoksia, joten kummankin nesteen sisällä on voimakkaita molekyylien välisiä houkutuksia. CH3OH-dipolit voivat kuitenkin olla linjassa H2O-dipolien kanssa, ja CH3OH-molekyylit voivat vetysidostua H2O-molekyyleihin, joten toisin kuin molekyylit liuoksessa ovat samanlaisia kuin molekyylit kussakin puhtaassa nesteessä.

Tämä prosessi johtaa yksinkertaiseen nyrkkisääntöön: like liukenee like. Hyvin polaariset liuottimet liuottavat hyvin polaarisia tai jopa ionisia liuoksia. Epäolaariset liuottimet liuottavat epäolaarisia liuottimia. Näin ollen vesi, joka on polaarinen, on hyvä liuotin ioniyhdisteille ja polaarisille liuoksille kuten etanolille (C2H5OH). Vesi ei kuitenkaan liuota ei-polaarisia liuoksia, kuten monia öljyjä ja rasvoja (Kuva \(\PageIndex{1}\)).

Kuva \(\PageIndex{1}\): dekantterilasiin mahtuu vettä, jossa on sinistä elintarvikeväriä (ylempi nestemäinen kerros) ja paljon tiheämpi perfluoriheptaani (fluorihiili) alempi nestemäinen kerros. Nämä kaksi nestettä eivät voi sekoittua eikä väriaine liukene fluorihiilivetyyn. Veteen on tuotu kultakala ja rapu. Kultakala ei pysty läpäisemään tiheää fluorihiiltä. Taskurapu kelluu nestemäisellä rajalla siten, että vain osa sen jaloista tunkeutuu fluorihiilivetyyn, eikä se kykene painumaan dekantterin pohjaan. Neljänneskolikot lepäävät dekantterin pohjalla. Eläimet pelastettiin ahdingostaan kuvan ottamisen jälkeen. Kuva, jota käytetään Wikipedian luvalla (Sbharris (Steven B. Harris)).

käytämme sanaa liukoinen kuvaamaan liuotinta, joka liukenee tiettyyn liuottimeen, ja sanaa liukenematon sellaiselle liuokselle, joka ei liukene liuottimeen. Näin ollen sanomme, että natriumkloridi liukenee veteen, mutta ei liukene heksaaniin (C6H14). Jos liuotin ja liuotin ovat sekä nesteitä että liukenevia missä tahansa suhteessa, käytämme sanaa sekoittuva, ja sanaa muuttumaton, jos ne eivät ole.

esimerkki \(\PageIndex{1}\)

vettä pidetään polaarisena liuottimena. Mitä aineita pitäisi liuottaa veteen?

  1. metanoli (CH3OH)
  2. natriumsulfaatti (Na2SO4)
  3. oktaani (C8h18)

liuos

koska vesi on polaarista, siihen liukenee aineita, jotka ovat polaarisia tai ionisia.

  1. metanolin OH-ryhmän vuoksi odotamme sen molekyylien olevan polaarisia. Näin ollen odotamme sen liukenevan veteen. Koska sekä vesi että metanoli ovat nesteitä, liukoisen sijasta voidaan käyttää sanaa sekoittuva.
  2. natriumsulfaatti on ioniyhdiste, joten oletamme sen liukenevan veteen.
  3. muiden hiilivetyjen tavoin oktaani on ei-polaarinen, joten oletamme, että se ei liukene veteen.

Exercise \(\PageIndex{1}\)

tolueenia (C6H5CH3) käytetään teollisuudessa laajalti ei-polaarisena liuottimena. Mitkä aineet liuotetaan tolueeniin?

  1. vesi (H2O)
  2. natriumsulfaatti (Na2SO4)
  3. oktaani (C8H18)

vastaus

vain oktaani.

esimerkki \(\PageIndex{2}\)

ennustaa, mikä seuraavista yhdisteistä liukenee parhaiten veteen:

  1. \(\underset{\text{Etanol}}{\mathop{\text{CH}_{\text{3}}\text{CH}_{\text{2}}\text{OH}}}\,\)
  2. \(\underset{\text{Hexanol}}{\mathop{\text{CH}_{\text{3}}\text{CH}_{\text{2}}\text{CH}_{\text{2}}\text{CH}_{\text{2}}\text{CH}_{\text{2}}\text{CH}_{\text{2}}\text{OH}}}\,\)

liuos

koska etanolissa on OH-ryhmä, se voi sitoutua vetyyn. Vaikka sama pätee heksanoliin, OH-ryhmä löytyy vain melko suuren molekyylin toisesta päästä. Muun molekyylin voidaan olettaa käyttäytyvän paljolti kuin se olisi ei-polaarinen alkaani. Tämä aine on siis paljon vähemmän liukeneva kuin ensimmäinen. Kokeellisesti huomaamme, että etanoli sekoittuu täysin veteen, kun taas vain 0,6 g heksanolia liukenee 100 g veteen.

harjoitus \(\PageIndex{2}\)

liukenisiko I2 paremmin CCl4: ään tai H2O: Hon?

vastaus

I2 on nonpolaarinen. Kahdesta liuottimesta CCl4 on ei-polaarinen ja H2O polaarinen, joten I2: n oletetaan liukenevan enemmän CCl4: ään.

Konseptikatselmusharjoitukset

  1. mikä aiheuttaa ratkaisun muodostumisen?
  2. miten lause kuten liukenee kuten liittyy ratkaisuihin?

vastauksia

  1. liuoksia muodostuu, koska liuottimella ja liuottimella on samanlaisia molekyylien välisiä yhteisvaikutuksia.
  2. se tarkoittaa, että aineet, joilla on samanlaisia molekyylien välisiä yhteisvaikutuksia, liukenevat toisiinsa.

Key Takeaway

  • liuokset muodostuvat, koska liuotin ja liuotin kokevat samanlaisia molekyylien välisiä yhteisvaikutuksia.

harjoitukset

  1. Määrittele ratkaisu.

  2. Anna useita esimerkkejä ratkaisuista.

  3. mikä on liuottimen ja liuottimen ero?

  4. Voiko liuoksessa olla useampi kuin yksi liuotin? Voitko kertoa esimerkin?

  5. pitääkö liuoksen olla nestettä? Esitä useita esimerkkejä vastauksesi tueksi.

  6. anna ainakin kaksi esimerkkiä ihmisen elimistössä olevista liuoksista.

  7. mitkä aineet todennäköisesti liukenevat veteen, joka on hyvin polaarinen liuotin?

    1. natriumnitraatti (NaNO3)
    2. heksaani (C6h14)
    3. isopropyylialkoholi

      4. bentseeni (C6H6)

    mitkä aineet todennäköisesti liukenevat tolueeniin (C6H5CH3), a ei-polaarinen liuotin?

    1. natriumnitraatti (NaNO3)
    2. heksaani (C6H14)
    3. isopropyylialkoholi
    4. bentseeni (C6H6)

alkoholien liukoisuus veteen vaihtelee hiiliketjun pituuden mukaan. Esimerkiksi etanoli (CH3CH2OH) liukenee veteen missä suhteessa tahansa, kun taas vain 0.0008 mL heptanolia (CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2OH) liukenee 100 mL: aan vettä. Ehdottakaa selitystä tälle käytökselle.

  • dimetyylisulfoksidi on polaarinen neste. Harjoituksen 9 tietojen perusteella, kumpaa luulet liukenevan siihen enemmän-etanolia vai heptanolia?

    • vastauksia

    1. homogeeninen seos

    2. etikka, dekstroosi IV, suolaliuos IV, kahvi, tee, viini

    1. liuotin on liuoksen pääkomponentti; soluutti on ratkaisun vähemmistökomponentti.

    4. Kyllä. Coca-Cola tai Pepsi sisältää liuenneina sokeria, kofeiinia ja hiilidioksidia.

    1. liuoksen ei tarvitse olla nestemäistä; ilma on kaasumainen liuos, kun taas jotkut seokset ovat kiinteitä liuoksia (vastaukset vaihtelevat).

    6. Virtsa, plasma
      1. todennäköisesti liukeneva
      2. todennäköisesti liukeneva
      3. todennäköisesti liukeneva
      4. todennäköisesti liukeneva
      5. todennäköisesti liukeneva
      1. todennäköisesti ei liukeneva
      2. todennäköisesti liukeneva
      3. ei todennäköisesti liukeneva
      4. todennäköisesti liukeneva

      9. Pienillä alkoholimolekyyleillä on voimakkaita polaarisia intermolekulaarisia vuorovaikutuksia, joten ne liukenevat veteen. Suurissa alkoholimolekyyleissä ei-polaarinen pää peittää polaarisen pään, joten ne eivät liukene kovin hyvin veteen.

      10. Etanoli on pienempi molekyyli. Se liukenee veteen paremmin kuin heptanoli.

    Author:
    Filed Under: Articles

    Vastaa

    Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.