Eritmalar va konsentratsiya

Kimyoviy reaksiyalarning aksariyati eritmalarda boradi: tirik organizmdagi jarayonlar, laboratoriya tajribalari, sanoat ishlab chiqarishi. Shuning uchun eritma tarkibini miqdoriy ifodalash va u bilan hisob qilish — kimyoning eng amaliy ko‘nikmasi. Imtihonda eritma masalalari eng ko‘p uchraydi: aralashtirish, suyultirish, bug‘latish, kristallogidrat eritish, reaksiyadan keyingi konsentratsiya. Hammasi ikki formulaga — massa ulushi va molyar konsentratsiyaga — hamda "erigan modda massasi saqlanadi" tamoyiliga tayanadi. Bu mavzu "Elektrolitik dissotsilanish" va "Hisob masalalari" mavzulari bilan chambarchas bog‘liq.

§1. Eritma va erish jarayoni

Eritma — erituvchi va erigan modda(lar)dan iborat bir jinsli (gomogen) sistema. Eng muhim erituvchi — suv; spirt, benzol, aseton ham erituvchi bo‘la oladi. Eritmani suspenziya (suyuqlikda qattiq zarrachalar, masalan loyqa suv) va emulsiya (suyuqlikda boshqa suyuqlik tomchilari, masalan sut) dan farqlash kerak: ular bir jinsli emas va vaqt o‘tishi bilan ajraladi.

D. I. Mendeleyev nazariyasiga ko‘ra, erish — fizik-kimyoviy jarayon. Fizik tomoni — erigan modda zarrachalarining butun hajm bo‘ylab tarqalishi (diffuziya), kimyoviy tomoni — ularning erituvchi molekulalari bilan birikishi (suvda — gidratlanish). Shuning uchun erish issiqlik yutilishi bilan ham (NH₄NO₃ eriganda eritma soviydi), issiqlik ajralishi bilan ham (H₂SO₄ yoki NaOH eriganda eritma qiziydi) borishi mumkin. Konsentrlangan sulfat kislotani suyultirishda kislota suvga oz-ozdan quyiladi, aksincha emas — aks holda suv qaynab, kislota sachrab ketadi.

§2. Eruvchanlik va kristallogidratlar

Eruvchanlik — ma’lum haroratda 100 g suvda eriy oladigan moddaning eng ko‘p massasi. Ko‘pchilik qattiq moddalarning eruvchanligi harorat ko‘tarilganda ortadi, gazlarniki esa kamayadi (shuning uchun gazli ichimlik isiganda gaz tez chiqadi); gaz eruvchanligi bosim ortganda ortadi. Eruvchanligiga ko‘ra moddalar yaxshi eriydigan, kam eriydigan va amalda erimaydigan bo‘ladi.

Eritmalar turlari: to‘yingan — berilgan haroratda modda boshqa erimaydi; to‘yinmagan — yana eritish mumkin; o‘ta to‘yingan — eruvchanlikdan ortiq modda saqlaydi, beqaror, bitta kristall tashlansa ortig‘i kristallanadi.

Ba’zi moddalar eritmadan suv molekulalari bilan birga kristallanadi — kristallogidratlar: CuSO₄·5H₂O (mis kuporosi), FeSO₄·7H₂O (temir kuporosi), Na₂SO₄·10H₂O (glauber tuzi), Na₂CO₃·10H₂O (kristall soda). Kristallogidratdagi suv eritma tarkibiga qo‘shiladi, qizdirilganda esa u ajralib chiqadi.

Misol

Ma’lum haroratda tuzning eruvchanligi 25 g. Shu haroratdagi to‘yingan eritmaning massa ulushini toping.

1. 100 g suvda 25 g tuz eriydi, to‘yingan eritma massasi 100 + 25 = 125 g.
2. ω = 25/125 = 0,2.
3. Javob: 20 %.

§3. Konsentratsiyani ifodalash usullari

Eritma suyultirilganda yoki bug‘latilganda erigan modda massasi (va mol miqdori) o‘zgarmaydi — hisoblarning asosiy g‘oyasi shu. Molyar konsentratsiya uchun: C₁·V₁ = C₂·V₂. Massa ulushi o‘lchamsiz bo‘lib, haroratga bog‘liq emas; molyar konsentratsiya esa hajmga bog‘liq, shuning uchun aniq analizlarda eritma ma’lum haroratda o‘lchov kolbasida tayyorlanadi. Tibbiyotda ishlatiladigan fiziologik eritma — 0,9 % li NaCl eritmasi.

Misol

20 % li 200 g eritmaga 50 g suv qo‘shildi. Yangi massa ulushini toping.

1. Erigan modda: 200·0,2 = 40 g — o‘zgarmaydi.
2. Yangi eritma massasi: 200 + 50 = 250 g.
3. ω = 40/250 = 0,16, ya’ni 16 %.

§4. Aralashtirish va "krest" qoidasi

Ikki eritma aralashtirilganda massalar nisbati: m₁/m₂ = (ω₂ − ω₃)/(ω₃ − ω₁) ("krest" yoki diagonal usuli). Toza suv — ω = 0 %, toza modda — ω = 100 % deb olinadi. Aralashma konsentratsiyasi doimo boshlang‘ich ikki konsentratsiya orasida bo‘ladi.

Misol

40 % va 10 % li eritmalardan 300 g 20 % li eritma tayyorlash kerak. Har biridan necha gramm olinadi?

1. m₁/m₂ = (20 − 10)/(40 − 20) = 10/20 = 1/2.
2. Jami 3 qism, 1 qism 300/3 = 100 g.
3. 40 % li eritmadan 100 g, 10 % lidan 200 g.

§5. Reaksiya bilan bog‘liq masalalar

Reaksiyadan keyingi eritma massasi: m = m(eritmalar) + m(qo‘shilgan qattiq modda) − m(gaz) − m(cho‘kma). Ajralgan gaz va tushgan cho‘kma eritmadan chiqib ketadi, shuning uchun ayiriladi.

Misol

H₂O₂ eritmasi qisman parchalanib, eritma massasi 8 % ga kamaydi va 10 % li H₂O₂ eritmasi qoldi. Dastlabki massa ulushini toping.

1. 100 g eritma deb olamiz; massa kamayishi — ajralgan O₂: 8 g = 0,25 mol.
2. 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂: parchalangan H₂O₂ 0,5 mol = 17 g.
3. Qolgan eritma 92 g, unda H₂O₂ 0,1·92 = 9,2 g.
4. Dastlabki H₂O₂: 9,2 + 17 = 26,2 g → 26,2 %.

Misol

200 ml 0,5 M Na₃PO₄ (0,1 mol) ga 50 ml 1 M HCl (0,05 mol) qo‘shildi. Eritmada qaysi tuz yo‘q?

1. Na₃PO₄ + HCl → Na₂HPO₄ + NaCl — Na₃PO₄ dan 0,05 mol sarflandi.
2. Eritmada: Na₃PO₄ 0,05, Na₂HPO₄ 0,05, NaCl 0,05 mol.
3. Eritmada yo‘q tuz — NaH₂PO₄.

§6. Kristallogidratlar bilan hisob

Kristallogidratdan eritma tayyorlashda suvsiz tuz massasi kristallogidrat massasining bir qismi bo‘ladi: CuSO₄·5H₂O (M = 250) ning 160/250 = 0,64 qismi CuSO₄.

Misol

CuSO₄·5H₂O dan 8 % li 500 g eritma tayyorlash uchun necha gramm kuporos va suv kerak?

1. m(CuSO₄) = 500·0,08 = 40 g, n = 40/160 = 0,25 mol.
2. Kuporos ham 0,25 mol: m = 0,25·250 = 62,5 g.
3. Suv: 500 − 62,5 = 437,5 g.

O‘zingizni tekshiring

1. 250 ml 0,2 M NaOH eritmasida necha gramm ishqor bor?

2. 15 % li 400 g eritmadan 100 g suv bug‘latildi. Yangi massa ulushi qancha?

3. 98 % li H₂SO₄ (ρ = 1,84 g/ml) ning molyar konsentratsiyasi qancha?

4. 10 g NaCl va 90 g suvdan iborat eritmaga yana 10 g NaCl qo‘shildi. Massa ulushi qancha?

5. 5 % va 25 % li eritmalardan 15 % li eritma olish uchun massalar nisbati qanday?

6. 100 g 7,3 % li HCl ga mo‘l CaCO₃ qo‘shildi. Eritmadagi CaCl₂ ning massa ulushi qancha?

7. 2 M eritmadan 100 ml olib, 500 ml gacha suyultirildi. Yangi konsentratsiya qancha?

8. Gazlarning suvda eruvchanligi harorat ko‘tarilganda qanday o‘zgaradi?

Ko‘p uchraydigan xatolar

• Eritma massasini suv massasi bilan adashtirish: eritma = modda + suv.
• Gaz yoki cho‘kma chiqqanda uni eritma massasidan ayirmaslik.
• Kristallogidratdagi suvni hisobga olmaslik.
• Hajmlarni qo‘shib eritma hajmini topish: aralashma massasini zichlik orqali hisoblang.
• Suyultirishda erigan modda massasi ham o‘zgaradi deb o‘ylash.