Giải pháp hóa học: Các loại, chuẩn bị và ví dụ
Các giải pháp hóa học là những gì được gọi là hỗn hợp đồng nhất trong hóa học. Chúng là hỗn hợp ổn định của hai hoặc nhiều chất trong đó một chất (gọi là chất tan) hòa tan vào chất khác (gọi là dung môi). Các giải pháp thông qua pha của dung môi trong hỗn hợp và có thể tồn tại trong các pha rắn, lỏng và khí.
Trong tự nhiên có hai loại hỗn hợp: hỗn hợp không đồng nhất và hỗn hợp đồng nhất. Hỗn hợp không đồng nhất là những hỗn hợp không có sự đồng nhất trong thành phần của chúng và tỷ lệ các thành phần của chúng thay đổi thông qua các mẫu của chúng.
Ngược lại, hỗn hợp đồng nhất (dung dịch hóa học) là hỗn hợp chất rắn, chất lỏng hoặc chất khí - ngoài các kết nối có thể có giữa các thành phần trong các pha khác nhau - có thành phần được chia thành tỷ lệ bằng nhau thông qua hàm lượng của chúng.
Các hệ thống trộn có xu hướng tìm kiếm sự đồng nhất, chẳng hạn như khi thuốc nhuộm được thêm vào nước. Hỗn hợp này bắt đầu không đồng nhất, nhưng thời gian sẽ khiến hợp chất đầu tiên khuếch tán qua chất lỏng, khiến hệ thống này trở thành hỗn hợp đồng nhất.
Các giải pháp và các thành phần của chúng được quan sát trong các tình huống hàng ngày và ở các cấp độ khác nhau từ công nghiệp đến phòng thí nghiệm. Chúng là đối tượng nghiên cứu vì những đặc điểm mà chúng thể hiện và các lực lượng và điểm hấp dẫn xảy ra giữa chúng.
Các loại
Có một số cách để phân loại các giải pháp, do nhiều đặc điểm và trạng thái vật lý có thể có của chúng; đây là lý do tại sao bạn nên biết sự khác biệt giữa các loại giải pháp dựa trên trước khi tách chúng thành các loại.
Một trong những cách để phân tách các loại dung dịch là theo mức độ tập trung mà nó có, còn được gọi là độ bão hòa của dung dịch.
Các dung dịch có chất lượng gọi là độ hòa tan, là lượng chất tan tối đa có thể hòa tan trong một lượng dung môi nhất định.
Có một sự phân loại các giải pháp theo nồng độ, phân chia chúng thành các giải pháp thực nghiệm và thành các giải pháp có giá trị.
Giải pháp thực nghiệm
Sự phân loại này, trong đó các giải pháp còn được gọi là giải pháp định tính, không tính đến lượng chất tan và dung môi cụ thể trong dung dịch mà là tỷ lệ của nó. Đối với điều này, các giải pháp được tách thành pha loãng, cô đặc, không bão hòa, bão hòa và siêu bão hòa.
- Dung dịch pha loãng là những dung dịch trong đó lượng chất tan trong hỗn hợp ở mức tối thiểu so với tổng thể tích của cùng một loại.
- Dung dịch chưa bão hòa là những dung dịch không đạt được lượng chất tan tối đa có thể cho nhiệt độ và áp suất mà chúng được tìm thấy.
- Dung dịch đậm đặc có lượng chất tan đáng kể cho thể tích đã hình thành.
- Dung dịch bão hòa là những dung dịch có lượng chất tan cao nhất có thể cho một nhiệt độ và áp suất nhất định; trong các dung dịch này, chất tan và dung môi có trạng thái cân bằng.
- Dung dịch siêu bão hòa là dung dịch bão hòa đã được đun nóng để tăng độ hòa tan và hòa tan nhiều chất tan hơn; một giải pháp "ổn định" với chất tan dư thừa được tạo ra. Sự ổn định này chỉ xảy ra cho đến khi nhiệt độ xuống thấp hoặc áp suất thay đổi mạnh, trong trường hợp chất tan sẽ kết tủa quá mức.
Giải pháp có giá trị
Các giải pháp được đánh giá là những giải pháp đo số lượng chất tan và dung môi, quan sát các dung dịch được đánh giá là phần trăm, mol, mol và bình thường, mỗi loại có một loạt các đơn vị đo lường.
- Các giá trị phần trăm nói về tỷ lệ phần trăm của gam hoặc mililít chất tan trong một trăm gam hoặc mililit của tổng dung dịch.
- Nồng độ mol (hoặc mol) thể hiện số mol chất tan trên một lít dung dịch.
- Molality, ít được sử dụng trong hóa học hiện đại, là đơn vị biểu thị số mol của chất tan trong tổng khối lượng dung môi tính bằng kilogam.
- Định mức là số đo biểu thị số lượng chất tan tương đương giữa tổng thể tích dung dịch tính bằng lít, trong đó các chất tương đương có thể đại diện cho các ion H + cho axit hoặc OH- cho bazơ.
Theo trạng thái tổng hợp của bạn
Các giải pháp cũng có thể được phân loại theo trạng thái mà chúng được tìm thấy, và điều này sẽ phụ thuộc chủ yếu vào pha mà dung môi được tìm thấy (thành phần có số lượng lớn nhất trong hỗn hợp).
- Các dung dịch khí rất hiếm trong tự nhiên, được phân loại trong tài liệu là hỗn hợp khí chứ không phải là dung dịch; chúng xảy ra trong các điều kiện cụ thể và có ít tương tác giữa các phân tử của chúng, như trong trường hợp không khí.
- Chất lỏng có phổ rộng trong thế giới của các giải pháp và đại diện cho phần lớn các hỗn hợp đồng nhất này. Chất lỏng có thể hòa tan khí, chất rắn và các chất lỏng khác một cách dễ dàng, và được tìm thấy trong tất cả các loại tình huống hàng ngày, theo cách tự nhiên và tổng hợp.
Ngoài ra còn có các hỗn hợp chất lỏng thường bị nhầm lẫn với các giải pháp, chẳng hạn như nhũ tương, chất keo và huyền phù, không đồng nhất hơn so với đồng nhất.
- Khí trong chất lỏng được quan sát chủ yếu trong các tình huống như oxy trong nước và carbon dioxide trong đồ uống có ga.
- Các dung dịch lỏng-lỏng có thể được trình bày dưới dạng các thành phần phân cực tự do hòa tan trong nước (như ethanol, axit axetic và acetone) hoặc khi một chất lỏng không phân cực hòa tan vào một chất khác có đặc tính tương tự.
- Cuối cùng, chất rắn có phạm vi hòa tan rộng trong chất lỏng, chẳng hạn như muối trong nước và sáp trong hydrocarbon, trong số những chất khác. Các dung dịch rắn được hình thành từ một dung môi trong pha rắn, và có thể được quan sát như là phương tiện để hòa tan các chất khí, chất lỏng và các chất rắn khác.
Khí có thể được lưu trữ bên trong chất rắn, chẳng hạn như hydro trong magiê hydride; chất lỏng trong chất rắn có thể được tìm thấy dưới dạng nước trong đường (chất rắn ướt) hoặc thủy ngân trong vàng (hỗn hống); và các dung dịch rắn-rắn được biểu diễn dưới dạng hợp kim và chất rắn tổng hợp, chẳng hạn như polyme với phụ gia.
Chuẩn bị
Điều đầu tiên phải được biết khi chuẩn bị một giải pháp sẽ được thực hiện là loại giải thể sẽ được xây dựng; nghĩa là, bạn phải biết nếu pha loãng sẽ được thực hiện hoặc chuẩn bị một dung dịch từ hỗn hợp của hai hoặc nhiều chất.
Một điều khác nên được biết là các giá trị đã biết của nồng độ và khối lượng hoặc khối lượng, tùy thuộc vào trạng thái tổng hợp của chất tan.
Để chuẩn bị các giải pháp tiêu chuẩn
Trước khi bắt đầu bất kỳ sự chuẩn bị nào, phải đảm bảo rằng các dụng cụ đo (cân, xi lanh, pipet, buret, trong số những thứ khác) được hiệu chuẩn.
Sau đó, bắt đầu đo lượng chất tan theo khối lượng hoặc thể tích, hết sức cẩn thận để không làm đổ hoặc lãng phí bất kỳ lượng nào, vì điều này sẽ ảnh hưởng đến nồng độ cuối cùng của dung dịch. Điều này nên được đưa vào bình sẽ được sử dụng, chuẩn bị ngay cho giai đoạn tiếp theo.
Sau đó, dung môi được sử dụng được thêm vào chất tan này, đảm bảo rằng hàm lượng của bình đạt đến dung tích đo như nhau.
Bình này được đậy nắp và khuấy trộn, đảm bảo đảo ngược nó để đảm bảo trộn và hòa tan hiệu quả. Bằng cách này, giải pháp thu được, có thể được sử dụng trong các thí nghiệm trong tương lai.
Để chuẩn bị pha loãng nồng độ đã biết
Để pha loãng dung dịch và giảm nồng độ của nó, thêm dung môi được thêm vào trong một quá trình gọi là pha loãng.
Thông qua phương trình M 1 V 1 = M 2 V 2, trong đó M tượng trưng cho nồng độ mol và V tổng thể tích (trước và sau khi pha loãng), nồng độ mới có thể được tính sau khi pha loãng nồng độ, hoặc thể tích cần thiết để đạt được nồng độ mong muốn.
Khi chuẩn bị pha loãng, dung dịch mẹ luôn được đưa đến một bình mới lớn hơn và dung môi được thêm vào nó, đảm bảo đạt đến vạch đo để đảm bảo thể tích mong muốn.
Nếu quá trình này tỏa nhiệt và do đó, gây ra rủi ro an toàn, tốt hơn là đảo ngược quy trình và thêm dung dịch đậm đặc vào dung môi để tránh văng.
Ví dụ
Như đã đề cập ở trên, các giải pháp đến trong các trạng thái kết tập khác nhau, tùy thuộc vào trạng thái mà chất tan và dung môi của bạn được tìm thấy. Dưới đây là ví dụ về các hỗn hợp này:
- Hexane trong sáp parafin là một ví dụ về dung dịch rắn-lỏng.
- Hydrogen trong paladi là dung dịch rắn khí.
- Ethanol trong nước là dung dịch lỏng-lỏng.
- Muối thông thường trong nước là dung dịch rắn-lỏng.
- Thép, bao gồm các nguyên tử carbon trong một ma trận tinh thể của các nguyên tử sắt, là một ví dụ về dung dịch rắn-rắn.
- Nước carbon là dung dịch khí-lỏng.
