פתרונות וריכוזים

כאשר שקועים במים, מוצקים רבים מתפרקים לחלקיקים (מולקולות או יונים) מוקפים במולקולות מים. תהליך זה של פירוק ממיר תערובת הטרוגנית של מוצק ונוזל לתערובת הומוגנית אחת המורכבת ממים נוזליים וחלקיקים מומסים. תהליך הפירוק של סוכרוז יכול להיכתב כמשוואה כימית באמצעות מייעדי השלבים המוצקים והמ מימיים. המציין (aq) בעקבות מין מרמז כי מולקולות מים מקיפות ומפתות מין זה.

פתרונות שונים עשויים להכיל מספרים שונים של חלקיקים מומסים, וריכוז הוא מדד המכמת את הצפיפות של חלקיקים מלולים בתוך פתרון. מדד בסיסי אחד לריכוז הוא שבר השומה (x) של ה- solute: מספר המולים של חלקיקים מלוטחים (n_solute) חלקי המספר הכולל של מולים של רכיבי פתרון (כולם מסיסים וממסים).

הכפלת שבר השומה ב-10⁶ מעניקה לחלקים ריכוז של מיליון (ppm), מספר החלקיקים ההולכים למיליון חלקיקי תמיסה. מספר המולים של solute לליטר של פתרון, או טחנת (M), הוא מדד נפוץ שני של ריכוז.

ריכוז עשוי לבוא לידי ביטוי גם כחלקים על ידי מסה, השבר של מסת הפתרון בשל solute.

הכפלת החלקים בריכוז המוני ב-100% מעניקה למסה אחוז.

לבסוף, מוליות היא מידה של ריכוז המשתמש במסה של הממס, ולא את נפח הפתרון, כמדד של "גודל" של הפתרון. מוליות היא היחס בין מספר המולים של solute למסת הממס בקילוגרם.

הכנה מדויקת ומדויקת של פתרון עם טחנת מטרה דורשת טכניקה אנליטית זהירה. יש לשקול בזהירות את ההמולה המוצקה ולהעבירה כמותית (לחלוטין) לבקבוק נפחי. לאחר מכן ניתן להוסיף את הממס בזהירות עד שהפתרון מגיע לסימן על כלי הזכוכית. לקבלת התוצאות הטובות ביותר, solute צריך להיות מותר להתמוסס לחלוטין בפחות מהנפח הכולל של ממס, וכל ממס שנותר יש להוסיף כאשר אין solute מוצק גלוי.

שלב הליך 1 יוצר 100 מ"ל של פתרון סוכרוז 0.0100 M. כדי להמיר למדידות ריכוז שאינן טוחנות, לקבוע את המסה של מים המשמשים להכנת הפתרון. למרות שניתן למדוד זאת במדויק, בהיעדר מדידה ניתן להניח כי נפח החלקיקים המומסים הוא זניח (כלומר, נפח המים בהם נעשה שימוש היה 100 מ"ל). באמצעות צפיפות המים...

המולת של סוכרוז בפתרון זה היא אפוא:

החלקים על ידי מסה של סוכרוז שווה ל:

שבר השומה של סוכרוז ניתן לחשב על ידי קביעת מספר השומות ב 100 גרם של מים וחלוקת כמות סוכרוז על ידי הכמות הכוללת של חלקיקים בתמיסה.

שלב הליך 2 ממחיש כי המסיסות של סוכרוז במים תלויה בטמפרטורה. עם החימום, סוכרוז לא פתור נח בתמיסה רוויה מתמוסס, ויוצר פתרון רווי של ריכוז גבוה יותר בטמפרטורה גבוהה יותר. כאשר פתרון זה מתקרר, סוכרוז אינו לזרז את הפתרון. הפתרון מקורר וכתוצאה מכך הוא רווי סוכרוז. הוספת אפילו כמות קטנה של אבקת סוכרוז נוספת לתוך פתרון זה יכול לעורר recrystallization מהיר של כל סוכרוז מומס.

פתרונות נוזליים מוצקים נמצאים בכל מקום בכימיה. רוב התגובות הכימיות מופעלות בתמיסה מכיוון שמסיסים מומסים ניידים מספיק כדי לערבב במהירות ולהתנגש זה בזה. ניתן להשתמש בפתרונות גם לאחסון כמויות קטנות של מסיסים באמצעי אחסון מקרוסקופיים וקלים לטיפול. פתרונות מציגים כמה תכונות פיזיות מעניינות הנקראות תכונות קולגיקטיביות שניתן לייחס להשפעות האנטרופיות של המסת solute בממס.

אפשר לתהות מדוע קיימים כל כך הרבה מדדים שונים של ריכוז פתרונות. התשובה טמונה ביישומי הפתרונות הרבים ובסדרי הגודל הרבים שעליהם משתרעים הריכוזים. בדגימות של מים מהסביבה, למשל, ריכוזים של יונים ממתכת יכולים להיות בטווח של כמה חלקים למיליון — זה לא מעשי ועלול להטעות לבטא את הריכוז הזעיר הזה כשבר טוחנת או שומה. למרות שהטחונה היא מדד נוח לריכוז לחישובי סטואיצ'ומטריה הכוללים תגובות כימיות, מוליות מתאימה יותר במחקרים של תכונות קולגיקטיביות מסוימות.

שכלול הטכניקה של הכנת פתרון חשוב, כי בהקשרים רבים, ידע מדויק של ריכוז הוא חיוני. כאשר מפעילים תגובה כימית, למשל, שימוש ביותר מדי או מעט מדי solute עלול לגרום מגיבים מבוזבזים או תשואות מוצר נמוכות. מחקרים על יחסים אמפיריים הכרוכים בריכוז, כגון חוק באר, תלויים בריכוזים ידועים בדיוק. לעתים קרובות, חוסר סייג בריכוזים של פתרונות מוביל ישירות לאי ודאות בערכים מחושבים, כגון אנטלפות תגובה. למרות שאי אפשר לבטל לחלוטין את חוסר ההסתה, השימוש בטכניקות אנליטיות להכנת פתרונות מבטיח כי אי הוודאות ממוזערת.