decembrie 4, 2021

9.1: amestecuri și soluții

obiective de învățare

  • pentru a înțelege ce cauzează formarea soluțiilor.

o soluție este un alt nume pentru un amestec omogen. Un amestec ca material compus din două sau mai multe substanțe. Într-o soluție, combinația este atât de intimă încât diferitele substanțe nu pot fi diferențiate prin vedere, chiar și cu un microscop. Comparați, de exemplu, un amestec de sare și piper și un alt amestec format din sare și apă. În primul amestec, putem vedea cu ușurință boabe individuale de sare și pete de piper. Un amestec de sare și piper nu este o soluție. Cu toate acestea, în al doilea amestec, oricât de atent am arăta, nu putem vedea două substanțe diferite. Sarea dizolvată în apă este o soluție.

componenta majoră a unei soluții, numită solvent, este de obicei aceeași fază ca soluția în sine. Fiecare componentă minoră a unei soluții (și pot exista mai multe) se numește solut. În majoritatea soluțiilor pe care le vom descrie în acest manual, nu va exista nicio ambiguitate cu privire la faptul dacă o componentă este solventul sau solutul. De exemplu, într-o soluție de sare în apă, solutul este sare, iar solventul este apă.

soluțiile vin în toate fazele, iar solventul și solutul nu trebuie să fie în aceeași fază pentru a forma o soluție (cum ar fi sarea și apa). De exemplu, aerul este o soluție gazoasă de aproximativ 80% azot și aproximativ 20% oxigen, cu alte gaze prezente în cantități mult mai mici. Un aliaj este o soluție solidă constând dintr-un metal (cum ar fi fierul) cu alte metale sau nemetale dizolvate în el. Oțelul, un aliaj de fier și carbon și cantități mici de alte metale, este un exemplu de soluție solidă. Table \(\PageIndex{1}\) enumeră câteva tipuri comune de soluții, cu exemple din fiecare.

tabel \(\PageIndex{1}\): 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 aliaje de oțel

Ce cauzează formarea unei soluții? Răspunsul simplu este că solventul și solutul trebuie să aibă interacțiuni intermoleculare similare. Când acesta este cazul, particulele individuale de solvent și solut se pot amesteca cu ușurință atât de intim încât fiecare particulă de solut este înconjurată de particule de solut, formând o soluție. Cu toate acestea, dacă două substanțe au interacțiuni intermoleculare foarte diferite, sunt necesare cantități mari de energie pentru a forța particulele lor individuale să se amestece intim, deci nu se formează o soluție. Astfel, doi alcani precum n-Heptan, C7H16 și n-hexan, C6H14, sunt complet miscibili în toate proporțiile. Moleculele C7H16 și C6H14 sunt atât de similare (reamintim secțiunea 4.6) încât există doar diferențe neglijabile în forțele intermoleculare.

dintr-un motiv similar, metanolul, CH3OH, este complet miscibil cu apa. În acest caz, ambele molecule sunt polare și pot forma legături de hidrogen între ele și, prin urmare, există atracții intermoleculare puternice în fiecare lichid. Cu toate acestea, dipolii CH3OH se pot alinia cu dipolii H2O, iar moleculele CH3OH se pot lega de hidrogen la moleculele H2O, astfel încât atracțiile dintre moleculele diferite din soluție sunt similare cu cele dintre moleculele similare din fiecare lichid pur.

acest proces duce la o regulă simplă: ca se dizolvă ca. Solvenții care sunt foarte polari vor dizolva substanțele dizolvate care sunt foarte polare sau chiar ionice. Solvenții care sunt nepolari vor dizolva substanțele dizolvate nepolare. Astfel, apa, fiind polară, este un solvent bun pentru compușii ionici și substanțele dizolvate polare precum etanolul (C2H5OH). Cu toate acestea, apa nu dizolvă substanțele dizolvate nepolare, cum ar fi multe uleiuri și grăsimi (figura \(\PageIndex{1}\)).

figura \(\PageIndex{1}\): un pahar conține apă cu colorant alimentar albastru (strat lichid superior) și un strat lichid inferior de perfluoroheptan mult mai dens (un fluorocarbon). Cele două fluide nu se pot amesteca și colorantul nu se poate dizolva în fluorocarbon. Un pește de aur și un crab au fost introduse în apă. Peștele auriu nu poate pătrunde în fluorocarbonul dens. Crabul plutește la limita lichidului, doar părți ale picioarelor sale penetrând fluidul fluorocarbon, incapabil să se scufunde în fundul paharului. Monedele trimestriale se sprijină pe fundul paharului. Animalele au fost salvate din situația lor dificilă după ce fotografia a fost făcută. Figura utilizată cu permisiunea Wikipedia (Sbharris (Steven B. Harris)).

folosim cuvântul solubil pentru a descrie un solut care se dizolvă într-un anumit solvent și cuvântul insolubil pentru un solut care nu se dizolvă într-un solvent. Astfel, spunem că clorura de sodiu este solubilă în apă, dar insolubilă în hexan (C6H14). Dacă solutul și solventul sunt lichide și solubile în orice proporție, folosim cuvântul miscibil și cuvântul nemiscibil dacă nu sunt.

Example \(\PageIndex{1}\)

apa este considerată un solvent polar. Ce substanțe ar trebui să se dizolve în apă?

  1. metanol (CH3OH)
  2. sulfat de sodiu (Na2SO4)
  3. octan (C8H18)

soluție

deoarece apa este polară, substanțele care sunt polare sau ionice se vor dizolva în ea.

  1. din cauza grupării OH din metanol, ne așteptăm ca moleculele sale să fie polare. Astfel, ne așteptăm să fie solubil în apă. Deoarece atât apa, cât și metanolul sunt lichide, cuvântul miscibil poate fi folosit în locul solubilului.
  2. sulfatul de sodiu este un compus ionic, deci ne așteptăm să fie solubil în apă.
  3. ca și alte hidrocarburi, octanul este nepolar, deci ne așteptăm ca acesta să nu fie solubil în apă.

Exercise \(\PageIndex{1}\)

toluenul (C6H5CH3) este utilizat pe scară largă în industrie ca solvent nepolar. Ce substanțe ar trebui să se dizolve în toluen?

  1. apă (H2O)
  2. sulfat de sodiu (Na2SO4)
  3. octan (C8H18)

răspuns

numai octan.

Example \(\PageIndex{2}\)

prezice care dintre următorii compuși va fi cel mai solubil în apă:

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

soluție

deoarece etanolul conține o grupare OH, se poate lega de hidrogen la apă. Deși același lucru este valabil și pentru hexanol, grupul OH se găsește doar la un capăt al unei molecule destul de mari. Restul moleculei se poate aștepta să se comporte ca și cum ar fi un alcan nepolar. Prin urmare, această substanță ar trebui să fie mult mai puțin solubilă decât prima. Experimental constatăm că etanolul este complet miscibil cu apa, în timp ce doar 0,6 g hexanol se dizolvă în 100 g apă.

Exercise \(\PageIndex{2}\)

ar fi I2 mai solubil în CCl4 sau H2O?

răspuns

I2 este nepolar. Dintre cei doi solvenți, CCl4 este nepolar și H2O este polar, deci I2 ar fi de așteptat să fie mai solubil în CCl4.

exerciții de revizuire a conceptului

  1. ce cauzează formarea unei soluții?
  2. cum se referă expresia like dissolves like la soluții?

răspunsuri

  1. soluțiile se formează deoarece un solut și un solvent au interacțiuni intermoleculare similare.
  2. înseamnă că substanțele cu interacțiuni intermoleculare similare se vor dizolva una în cealaltă.

Key Takeaway

  • soluțiile se formează deoarece un solut și un solvent experimentează interacțiuni intermoleculare similare.

exerciții

  1. definiți soluția.

  2. dați câteva exemple de soluții.

  3. care este diferența dintre un solvent și un solut?

  4. poate o soluție să aibă mai mult de un solut în ea? Puteți da un exemplu?

  5. o soluție trebuie să fie lichidă? Dați câteva exemple pentru a vă susține răspunsul.

  6. dați cel puțin două exemple de soluții găsite în corpul uman.

  7. care substanțe vor fi probabil solubile în apă, un solvent foarte polar?

    1. nitrat de sodiu (NaNO3)
    2. hexan (C6H14)
    3. alcool izopropilic
    4. benzen (C6H6)

  8. care substanțe vor fi probabil solubile în toluen (C6H5CH3), un solvent nepolar?

    1. nitrat de sodiu (NaNO3)
    2. hexan (C6H14)
    3. alcool izopropilic
    4. benzen (C6H6)

  9. solubilitatea alcoolilor în apă variază în funcție de lungimea lanțului de carbon. De exemplu, etanolul (CH3CH2OH) este solubil în apă în orice raport, în timp ce numai 0.0008 mL de heptanol (CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2OH) se dizolvă în 100 mL de apă. Propuneți o explicație pentru acest comportament.

  10. dimetil sulfoxidul este un lichid polar. Pe baza informațiilor din exercițiul 9, care credeți că va fi mai solubil în el—etanol sau heptanol?

răspunsuri

  1. un amestec omogen

2. oțet, dextroză IV, soluție salină IV, cafea, ceai, vin

  1. un solvent este componenta majoritară a unei soluții; un solut este componenta minoritară a unei soluții.

4. da. Coca-Cola sau Pepsi are zahăr, cofeină și dioxid de carbon ca substanțe dizolvate.

  1. o soluție nu trebuie să fie lichidă; aerul este o soluție gazoasă, în timp ce unele aliaje sunt soluții solide (răspunsurile vor varia).

6. Urină, plasmă
    1. probabil solubil
    2. probabil nu solubil
    3. probabil solubil
    4. probabil nu solubil
  1. probabil nu solubil
  2. probabil solubil
  3. probabil nu solubil
  4. probabil solubil

9. Moleculele mici de alcool au interacțiuni intermoleculare polare puternice, astfel încât se dizolvă în apă. În moleculele mari de alcool, capătul nepolar copleșește capătul polar, astfel încât acestea nu se dizolvă foarte bine în apă.

10. Etanolul este o moleculă mai mică. Acesta va fi mai solubil în apă decât heptanolul.

Author:
Filed Under: Articles

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.