Løsning (kemi)

I kemi er en opløsning en homogen blanding (bestående af en enkelt fase ), der skyldes opløsning af en eller flere opløste stoffer ( opløst kemisk stof ) i et opløsningsmiddel . De opløste molekyler (eller ioner) solvatiseres derefter og dispergeres i opløsningsmidlet.

Flydende opløsning

Den flydende opløsning er det mest kendte eksempel. En opløsning med vand som opløsningsmiddel kaldes en vandig opløsning . Det er muligt at få en løsning:

en væske i en anden: begrænset af blandingen af de to væsker;
et fast stof i en væske: begrænset af det opløselige stof i opløsningsmidlet, ud over hvilket det faste stof ikke længere er opløst. Dette betegnes derefter som en mættet opløsning;
en gas i en væske.

Fast opløsning

En fast opløsning svarer til en blanding af flere rene stoffer .

Opløsning i en gas

Vi taler sjældent om en “løsning” på en gas. En gasblanding er normalt homogen efter kort tid på grund af termisk omrøring (se artiklerne Brownsk bevægelse og diffusion ), men der kan være lagdeling i nærværelse af et tyngdefelt , hvis beholderens højde er vigtig.

Sameksistens af faser

En løsning kan være:

mættet: ved en given temperatur og et bestemt tryk er en mættet opløsning en opløsning, der ikke længere kan opløse opløst stof;
umættet: en umættet opløsning er en opløsning, der kan opløses mere opløst under systembetingelser;
overmættet : en overmættet opløsning er en opløsning, der indeholder en større mængde opløst opløst stof end den, der svarer til mætningsgrænsen.

Andel af faser og koncentration

Lad mig være komponenter. Komponentens koncentration kan udtrykkes på flere måder inklusive fraktioner og koncentrationer:

Brøker : en brøkdel er forholdet mellem to størrelser af samme type, mængden af tælleren, der gælder for en bestanddel af systemet, og den for nævneren til summen af mængderne af alle systemets bestanddele. Når de anvendes på blandinger, kan fraktioner være af tre typer:
- den molfraktionen x i (uden enhed eller mol-%), som er forholdet mellem antallet n i mol i til samlede antal n mol ;
  ${\ displaystyle x_ {i} = {\ frac {n_ {i}} {n}} = {\ frac {n_ {i}} {\ sum _ {j = 1} ^ {l} n_ {j}}} }$
- den massefraktion w i (uden enhed eller% m), som er forholdet mellem massen m jeg af jeg til den samlede masse m .
  ${\ displaystyle w_ {i} = {\ frac {m_ {i}} {m}} = {\ frac {m_ {i}} {\ sum _ {j = 1} ^ {l} m_ {j}}} }$
- den fraktion volumen V i (ingen enheder eller% vol), som er forholdet mellem mængden af komponenten i af summen af de mængder af alle komponenter, der anvendes til at gøre denne blanding : . ${\ displaystyle \ sum _ {j = 1} ^ {l} v_ {j}}$ $V_ {i} = {\ frac {v_ {i}} {\ sum _ {{j = 1}} ^ {l} v_ {j}}}$

Koncentrationer : en koncentration er en mængde, der karakteriserer sammensætningen af en blanding i forhold til dens volumen V :
- den molære koncentration c jeg (moll -1 ), forholdet mellem antallet af mol i og det væskevolumen :; ${\ displaystyle c_ {i} = {\ frac {n_ {i}} {V}}}$
- den massekoncentrationen p jeg , forholdet mellem massen af i og det væskevolumen :; ${\ displaystyle \ rho _ {i} = {\ frac {m_ {i}} {V}}}$
- den fraktion volumen (kaldet ”volumen-koncentration” i tilfælde af ideelle løsninger ) V i ; i tilfælde af en blanding af væsker, mængden v i af jeg divideret med det totale volumen V : . ${\ displaystyle V_ {i} = {\ frac {v_ {i}} {V}} = {\ frac {v_ {i}} {\ sum _ {j = 1} ^ {l} v_ {j}}} }$

I tilfælde af en gas bruger vi:

den partialtrykket P i , som er bidraget af fase i den totale tryk P ;
volumenfraktionen (uden enhed eller volumenprocent), dvs. under de indstillede tryk- og temperaturbetingelser , volumen v i, som fase i alene repræsenterer over det samlede volumen; i tilfælde af idealgasser , er det let vises, at procentdelen rumfang er lig partialtrykket divideret med det totale tryk P : . ${\ displaystyle V_ {i} = {\ frac {v_ {i}} {V}} = {\ frac {P} {P_ {i}}}}$

Der er flere andre måder at udtrykke sammensætning eller koncentration på:

molaliteten ;
vurdering i "dele til" ;
CH eller DH: C entesimal eller D ecimal fortynding, H ahnemanian (forbeholdt homøopati ).

Fortyndet opløsning, aktivitet

En fortyndet opløsning kaldes tilfældet med en opløsning, hvor mængden af opløste stoffer er meget mindre end den samlede mængde opløsning. Hvis vi betegner opløsningsmidlet med indekset s , kan vi derfor bruge følgende tilnærmelser:

n \ simeq n_ {s}

, , ;

{\ displaystyle x_ {i} \ simeq {\ frac {n_ {i}} {n_ {s}}}}

{\ displaystyle x_ {s} \ simeq 1}

m \ simeq m_ {s}

, , .

{\ displaystyle w_ {i} \ simeq {\ frac {m_ {i}} {m_ {s}}}}

{\ displaystyle w_ {s} \ simeq 1}

Til flydende opløsninger:

{\ displaystyle c_ {i} \ simeq {\ frac {n_ {i}} {v_ {s}}}}

, c s er det omvendte af det molære volumen af opløsningsmidlet;

{\ displaystyle \ rho _ {i} \ simeq {\ frac {m_ {i}} {v_ {s}}}}

, ρ s er densiteten af opløsningsmidlet;

v \ simeq v_ {s}

, ,

V_ {i} \ simeq {\ frac {v_ {i}} {v_ {s}}}

V_ {s} \ simeq 1

I tilfælde af en fortyndet opløsning er det kemiske potentiale en affin funktion af molarfraktionens logaritme til en fast temperatur :

i flydende opløsning ; ${\ displaystyle \ mu _ {i} (P, T) = \ mu _ {i} ^ {0} (T) + RT \ cdot \ ln (x_ {i})}$
gasopløsning . ${\ displaystyle \ mu _ {i} (P, T) = \ mu _ {i} ^ {0} (T) + RT \ cdot \ ln (P_ {i})}$

Hvis opløsningen ikke fortyndes (eller i tilfælde af gas ved højt tryk, når den ideelle tilnærmelse af gas ikke længere kan foretages ), skal den kemiske aktivitet a i anvendes :

{\ displaystyle \ mu _ {i} (P, T) = \ mu _ {i} ^ {0} (T) + R \ cdot T \ cdot \ ln (a_ {i})}

i tilfælde af en flydende opløsning er a i = γ i · x i hvor γ i er aktivitetskoefficienten for i ; referencetilstanden er ren væske i ;
i tilfælde af en gasformig opløsning, en i = ƒ i / P i hvor ƒ jeg er fugacitet ; referencetilstanden er flydende i ren idealgas.

Dette er tilgangen fra et ”kemisk” synspunkt: vi starter ud fra det, vi måler godt (volumen, masse osv. ). Fra et termodynamisk synspunkt starter vi med at definere aktiviteten, så fastslår vi, at i tilfælde af fortyndede løsninger:

for en væske er aktiviteten af et opløst stof omtrent lig med dets molære (flydende) koncentration, og aktiviteten af opløsningsmidlet er lig med 1;
for en gas er det opløste stofs partielle tryk i atmosfæren, en gas med et deltryk på en atmosfære har en aktivitet på 1;
for et fast stof er aktiviteten værd 1.

Ideel løsning

Fra synspunkt termodynamik , en fase-opløsning (gas, flydende eller faste), ved P og T , er ideelt , hvis hver af dens bestanddele opfylder lov Lewis og Randall (1923) baseret på fugacities : $\ phi$

{\ displaystyle f_ {i} ^ {\ phi, id} (P, T, z) = z_ {i} .f_ {i} ^ {\ phi, *} (P, T)}

med:

$P$ blandingens samlede tryk
$T$ blandingens temperatur
$z_ {i}$ molfraktion af komponent i ;
${\ displaystyle f_ {i} ^ {\ phi, id}}$ fugacity af komponent i i den ideelle løsning ;
${\ displaystyle f_ {i} ^ {\ phi, *}}$ fugacity af den rene komponent i ved samme P , T og fase som den ideelle løsning. $\ phi$

Referencer

(i) " fraktion " Compendium of Chemical Terminology [ " Gold Book "], IUPAC 1997 korrigeret udgave online (2006-), 2 th ed.
(i) " volumenfraktion " Compendium of Chemical Terminology [ " Gold Book "], IUPAC 1997 korrigeret udgave online (2006-), 2 th ed.
(i) " Koncentration " Compendium of Chemical Terminology [ " Gold Book "], IUPAC 1997 korrigeret udgave online (2006-), 2 th ed.

Se også

Relaterede artikler