Mavzu: eritmalar. Kontsentratsiya turlari Erishning fizik-kimyoviy jaroyon ekanligi. Erivchanlik va unga ta`sir etuvchi omillar

Moddalarning eruvchanligi
Har qanday kimyoviy toza modda boshqa moddada eriydi.Moddalarning eruvchanligi shu moddaning va erituvchining tabiatiga va temperaturasiga bog`liq.
Moddalarning eruvchanligi deb, ayni temperaturada 100g erituvchida erigan moddaning gram miqdoriga aytiladi. Odatda buni moddalarning “eruvchanlik koeffistienti” deyiladi.
Kengroq ma`noda moddalarning eruvchanligi sifatida ayni sharoitda to`yingan eritmaning konstentrastiyasini qabo’l qilsa ham bo`ladi.Shunga muvofiq, eruvchanlik miqdoran erigan modda massasining to`yingan eritma massasiga nisbatini ifodalovchi foiz(%) qiymatga tengdir.Ba`zan 1 litr to`yingan eritmadagi erigan moddaning “ mol` ” lar soni ham moddaning eruvchanligi deyiladi.
Ko`pchilik hollarda erituvchi sifatida suv ishlatilgani uchun moddalarning suvda eruvchanligi quyidagicha tavsiflanadi:agar 100g suvda 10g va undan ko`p miqdordagi modda erisa – yaxshi eruvchan,agar 10g dan 1,001 gacha erisa – kam (yomon)eriydigan, agar 0,001g dan kam erisa – amalda erimaydigan modda deyiladi.
Moddalarning eruvchanligi ularning tabiatiga bog`liq. Qutbli moddalar qutbli erituvchida(spirt suvda, ammiak suvda, vodorod xlorid suvda) yaxshi eriydi: qutbsiz moddalar qutbsiz erituvchilarda(yood xloroformda, yog` benzolda, naftalin benzolda)yaxshi eriydi.
Temperatura ortishi bilan moddalarning eruvchanligi ham ortib boradi. Qattiq moddalarning eruvchaligi bosimga bog`liq bo`lmaydi.
Suyuq moddalar suyuqliklarda eriganda turlicha (cheksiz yoki cheklangan miqdorda)eriydi yoki aralashadi.
Temperaturaning ortishi bu moddalarni bir – biridan eruvchanligini oshiradi va ma`lum temperaturada ikkala modda o`zaro xohlagan nisbatda aralashadi.
O`zaro cheklangan miqdorda eruvchi suyuqliklarning cheksiz eruvchanlik holatiga o`tadigan temperature suyuqliklar erishining kritik temperaturasi deyiladi. Bunga misol: fenol(C₆H₅OH)66,4⁰C gacha suvda cheklangan miqdorda eriydi, 66,4⁰C dan boshlab esa , fenol suvda cheklanmagan miqdorda, suv esa fenol eruydi (aralashadi).Shuning uchun “fenol - suv”sistemasi uchun 66,4⁰C erishning kritik temperaturasi deyiladi.
Ma`lumki,ikkita o`zaro aralashmaydigan suyuqlik aralashmasiga uchinchi – bu ikkala moddada o`z eruvchanlik koeffsentiga ega proporsional holda eriydigan modda qo`shilsa, bu modda ikkala suyuqlikda turlicha eriydi.
O`zaro aralashmaydigan moddalar aralashmasida erigan (tarqalgan)moddaning kansentratsiyalari nisbati ayni temperaturada doimiy son bo`lib, erigan moddaning umumiy miqdoriga bog`liq emas.Buni “taqsimlanish qonuni” deyiladi.
Agar C<sub>1</sub> – erigan moddaning ikkinchi erituvchidagi konsentrasiyasi, C<sub>2</sub> erigan moddaning ikkinchi erituvchidagi konsentratsiyasi bo`lsa, uning taqsimlanish koeffistenti – K quyidagicha ifodalanadi.
K = C₁/ C₂
Ma`lumki yod suvda (C<sub>2</sub> = 0.01 mol/l) kam eriydi, xloroform(CHCl<sub>3</sub>) da (C<sub>1</sub> = 1.3mol/l )yaxshi eriydi. Agar “suv - xloroform” geterogen aralashamasiga yod kristallari solinsa, u ikkala erituvchida turlicha eriydi va tarqalish koeffisenti K = C <sub>1J2</sub> / C<sub>2J2</sub> = 130 teng, ya`ni J₂ ning xloforomda erigan miqdori suvdagiga nisbatan 130 marta ko`p.
“Taqsimlanish qonuni”ga asoslanib moddalarni bir – biridan ajratish,miqdorini oshirish – konsentrlash va ajratib olish (ekstraksiyalash)mumkin.
Gazlarning suyuqliklarda erishi ekzotermik jarayon bo`lib, Genri qonuniga bo`ysinadi.
Doimiy temperaturada o`zgarmas hajmdagi suyuqlikda erigan gaz miqdori shu gazning parstial bosimiga to`g`ri proporstional.
C = K · P

bunda; C – gazning eritmadagi miqdori, P – gazning parsial bosimi va K – proporsionallik koeffistenti yoki Genri doimiysi.

Agar suyuqlikda bir necha gazlar aralashamasi erisa, har bir gazning eruvchanligi gazlarning umumiy bosimiga emas balki shu gazning parsial bosimigagina bog`liq bo`ladi. Gazlarning eruvchanligi “ml/100ml” birlikda ifodalanadi.
Bu jadvaldan ko`rinib turubdiki, gazlarning suyuqliklarda erishi temperaturaga teskari ravishda bog`liq.
Eritmalar moddalarning eruvchanlik koeffisentiga ko`ra to`yinmagan, to`yingan va o`ta to`yingan xillarga ajratiladi.
To`yinmagan eritma. Ayni temperaturada ma`lum miqdorda erituvchida erish koeffisentidan kam miqdordagi modda erishidan hosil bo`lgan eritma – to`yinmagan eritma deyiladi.Agar eruvchanlik grafigiga e`tabor berilsa,20⁰C da 100g suvda 36 NaCl eriydi.
Agar shu sharoitda 15g NaCl eritilsa, to`yinmagan eritma hosil bo`ladi. Bu eritmada yana qo`shimcha 21g modda eritib to`yingan eritma hosil qilinadi.
To`yingan eritma - ayni temperaturada ma`lum miqdordagi erituvchida koeffisentiga teng miqdordagi modda erishidan hosil bo`lgan eritmadir. To`yingan eritmada doimo erigan modda miqdori kristall(erimay qolgan)modda bilan muvozanatda bo`ladi, ya`ni eritmaga o`tayotgan zarrachalar soni eritmadan kristallga o`tayotgan modda miqdoriga teng bo`ladi.
O`ta to`yingan eritma.Agar to`yingan eritmaga erigan moddadan qo`shib temperature oshirilib boraverilsa, ortiqcha qo`shilgan modda erib ketadi.Yana modda qo`shilib, temperature oshirilsa, modda yana erib ketadi va natijada o`ta to`yingan eritma hosil bo`ladi.O`ta to`yingan eritmalar azaldan (T.E.Lovis,1974y)ma`lum bo`lib, ular oddiy sharoitda noturg`un(metastabil)sistemadir.
Shu tufayli bu eritmaga ozgina mexaniq ta`sir (eritma turgan idishga oddiy zarb) berilsa yoki ozgina qattiq modda zarrachasi qo`shilsa, temperature pasaytirilsa erit buziladi - erigan moddaning ortiqcha miqdori qayta kristallanib ajralib chiqadi.Shu usul (qayta kristallash )bilan ko`pchilik moddalar tozalanadi.Bunda ko`pincha kristallogidratlar olinadi. Masalan: Na<sub>2</sub>S<sub>2</sub>O<sub>3</sub>×5H<sub>2</sub>O (natriy tiosul`fat ristallogidrati),Na₂SO₄×7H₂O
(Glauber tuzi), Na₂B₄O₇×10H₂O (bura),CuSO₄×5H₂O(mis kuporosi).
Eritmalarning hosil bo`lishini fizikaviy va kimyoviy (gidratlar)nazariyalar quyidagicha tushuntiradi.Eritma erituvchilarda turli modda molekulalarining tarqalib ketishi, ya`ni erishi natijasida hosil bo`ladi.Qattiq moddalar erishida uning sirtidagi zarrachalar erituvchi molekulalari ta`sirida sirtdan “uzilib”eritmaga o`tadi. Diffuziy hodisasi va molekulalararo ta`sir tekis tarqala boshlaydi. Shu tariqa kristall panjarani tashkil etgan barcha zarrachalar(eritma erigan moddaga to`yinmaguncha)eritmaga o`tadi va eritma hosil bo`ladi. Bu jarayon natijasida bir jinsli sistema hosil bo`ladi va bunda erituvchining tabiati va qattiq moddaning tuzilishi, kimyoviy xossasi asosiy rol` o`ynaydi.
Suyuq moddalar eritmalarining hosil bo`lishida erituvchi va eriydigan moddalarning molekulalari (diffuziy hodisasi tufayli) o`zaro aralashib ketadi. Bu jarayonda moddalarning dipol` momenti, qutblanuvchnligi kabi xususiyatlari asosiy o`rinni egallaydi. Shu sababli,qutbli moddalar qutbli erituvchida, qutbsiz moddalar qutbsiz erituvchilarda yaxshi eriydi.
Eritmalarning bir jinsli bo`lishi, erish jarayonida issiqlikning yutilishi yoki ajralib chiqishi eritmalarni kimyoviy moddalar deb aytishga asos bo`ladi.
Lekin eritmalar tarkibining har xilligi va o`zgararuvchanligi ularning mexaniq aralashmalarga taaluqli, degan xulosaga olib keladi.Shu sababli, eritmalarni kimyoviy moddalar bilan mexaniq aralashmalari o`rtasidagi “oraliq sistema” deb qarash kerak.
Yuqoridagi holatlarda va har qanday eritmalarning hosil bo`lishida erituvchi molekulalari bilan eriydigan modda molekulalari o`rtasida o`zaro fizik – kimyoviy ta`sir ro`y beradi.Bu ta`sirning mahsuloti sifatida erigan modda molekularining sol`vatlari – erigan modda molekulalariga erituvchi molekulalari birikishi mahsulotlari hosil bo`ladi.
Agar A – modda biror eruvchi (lotincha “solvent”)da erisa eritmada hosil bo`lgan yangi modda – sol`vat[A×nsolv] ko`rinishida yoziladi.Erituvchi suv bo`lsa, hosil bo`lgan moddalar(A×nH<sub>2</sub>O)gidratlar deyiladi. Eritmalar hosil bo`lishining sol`vatlar(gidratlar)nazariyasini D.I.Mendeleev* yaratgan. Bu nazariyaning rivojlanishiga S.Arrenius va V.Konoalovlar ham katta hissa qo`shganlar.
Eritmalarda erituvchi va erigan modda o`rtasida o`zaro ta`sir yuz berishining yana bir isboti suvli eritmalarda kristallgidratlarning hosil bo`lishidir.
Suvli eritmalarda ajratib olingan ko`pchilik kristall moddalar tarkibida bir necha molekula suv bo`ladi:Na₂CO₃×10H₂O; K₂CO₃×7H₂O;Na₂SO₄×7H₂O; CuSO₄×5H₂O;Al₂(SO₄)₃×18H₂O; CaCl₂×2H₂O;MgCl×12H₂O;(NH₄)₂Fe(SO₄)₂×12H₂O va hokazo.
Demak, gidratlar (sol`vatlar)ning tarkibi erigan modda tarkibiga, tabiatiga, erituvchining miqdori va tabiatiga bog`liq bo`ladi.
Barcha kimyoviy jarayonalari singari moddalarning erishi ham sistemaning ental`piyasi(DH), entropiyasi (DS)va izobar – izotermik potenstiali DG o`zgarishi bilan tavsiflanadi. Termodinamika nuqtai nazaridan biror modda boshqa ikkinchi moddada eriganda eriganda shu jarayoni ro`y berayotgansistema uchun DG =DH -TDS < O shart bajarilishi kerak.
Bundan ko`rinib turibdiki, doimiy temperaturada DG ning qiymati erish jarayonida zarrachalarning tartibsizlik darajasi (DS) – entropiyaning va ental`piyaning (DH) o`zgarishidan tashkil topadi.
Bu ikkala kattalikning erish jarayonida o`zgarishi quyidagicha tushuntiriladi.Suyuqlik yoki qattiq modda eriganda ularning zarrachalari “tartibli” holatdan tartibsiz holatga o`tadi, ya`ni erituvchida tarqilib ketadi.Buning natijasida sistemaning entropiyasi ortadi( DS>O ),bu erish jarayonini o`z – o`zidan borishiga va DG< O bo`lishida entropiya omilining ijobiy hissa qo`shishiga sabab bo`ladi.Shuning uchun ham aksiriyat hollarda qattiq va suyuq moddalarning erishi temperature ortishi bilan ortadi.
Gazsimon moddalarning suyuqliklarda erishida zarrachalar (gaz holatdagi) tartibsiz holatdan tartibi yuqoriroq bo`lgan(suyuqlik)holatga o`tadi va DSEritma hosil bo`lish jarayonida sistemaning ental`piyasi yoki ortishi DH>O, yoki kamayishi DHtuzilishi bilan yangi hosil bo`lgan moddalarning(sol`vatlar, gidratlar) hosil bo`lish energiya (DH_{sol`v</sub> ) lari farqi DH <sub>erish</sub>=DH<sub>tuzilish</sub> - DH<sub>sol`v} dan iborat bo`ladi.
Gazsimon moddalar uchun DH <sub>tuzilish</sub> =0 bo`lgani uchun DH_(erish) = - DH_(solva) bo`ladi, ya`ni gazlarning suyuqliklarda erishida gaz molekulalari bilan erituvchi molekulalari o`rtasidagi o`zaro ta`sir energiyasi asosiy faktor hisoblanadi va shu sababli doimo gazlarning erishi (DH<sub>(erish)</sub><0)
ekzotermik jarayondir.
Shuningdek, shakar, gilitsiren, spirt, NaOH, KOH, Na<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> , sulfat, xlorid va nitrat kislotalarning erishi ham ekzotermik jarayondir. Chunki molekulalararo Van – Der Vaals kuchlarining energiyasi bu moddalarning solvatlanish (gidratlanish) enegiyasidan kichik, ya`ni DH_(tuzilish) (solva) *
Ionli kristallardan iborat moddalar (NaNO₃, NH₄, Cl, KCNS, NaCl, KNO₃, NH₄NO₃, CuSO₄ va boshqalar)da molekulalar orasidagi bog`lanish energiyasi juda katta qiymatga ega. Shuning uchun bu moddalar eriganda DH<sub>(tuzilish)</sub>>DH<sub>(solva)</sub> bo`lgani tufayli intalpiya o`zgarishi DH>O bo`ladi. Bu moddalarni erishi endotermik reaksiyalardir, boshqacha aytganda bu moddalarning erishi temperature ortishi bilan ortib boradi. Moddalar eriganda issiqlikning yutilishidan foydalanib ba`zi bir sovitgich aralashmalari hosil qilinadi. Agar 60 g NH<sub>4</sub>NO<sub>3</sub> ni 100g H<sub>2</sub>O eritilsa, sistemaning temperaturasi 30<sup>0</sup> C ga pasaydi, agar 88 g NH<sub>4</sub>NO<sub>3</sub> 100 g suvda eritilsa, tempeaturani 36<sup>0</sup> ga pasaytirish mumkin. Ba`zi moddalarda DH _(tuzilish) =- DH_(solva) bo`ladi. Bo’lar molekulyar tuzilishli qutblanmagan moddalar bo`lib, ularning erishi intalpiya o`zgarishsiz (DH <sub>(erish)</sub> =O) ro`y beradi. Bu erish jarayonida DGO) hal qiluvchi rol o`ynaydi. Bunga misol sifatida I<sub>2</sub> kristallarining CCI<sub>4</sub> da erishini keltirish mumkin. Bu eritma hosil bo`lishida erituvchi va erigan modda molekulalari o`rtasida yangi modda (solvat) hosil bo`lmaydi va bunday eritmalar ko`pincha oddiy ikkita moddaning aralashmasiga, ya`ni ideal eritmalarga yaqin bo`ladi.