เจอวิธีแก้ปัญหาสารต่างๆทุกวัน แต่ไม่น่าเป็นไปได้ที่เราแต่ละคนจะตระหนักได้ว่าระบบเหล่านี้มีบทบาทสำคัญเพียงใด พฤติกรรมส่วนใหญ่ของพวกเขามีความชัดเจนในทุกวันนี้ผ่านการศึกษาอย่างละเอียดเป็นเวลาหลายพันปี ตลอดเวลานี้มีการแนะนำคำศัพท์มากมายที่คนทั่วไปไม่เข้าใจ หนึ่งในนั้นคือความปกติของการแก้ปัญหา มันคืออะไร? นี้จะกล่าวถึงในบทความของเรา เริ่มด้วยการดำดิ่งสู่อดีต
ประวัติการวิจัย
คนที่เริ่มศึกษาวิธีแก้ปัญหาคือนักเคมีชื่อดังอย่าง Arrhenius, van't Hoff และ Ostwald ภายใต้อิทธิพลของงานของพวกเขา นักเคมีรุ่นต่อๆ มาเริ่มเจาะลึกการศึกษาเกี่ยวกับสารละลายที่เป็นน้ำและเจือจาง แน่นอนว่าพวกเขาได้สะสมความรู้จำนวนมหาศาล แต่สารละลายที่ไม่ใช่น้ำถูกละเลยโดยไม่สนใจ ซึ่งยังไงก็ตาม ก็ยังมีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมและในด้านอื่นๆ ของชีวิตมนุษย์
มีความไม่เข้าใจกันมากในทฤษฎีการแก้ปัญหาที่ไม่ใช่น้ำ ตัวอย่างเช่น หากในระบบน้ำ ค่าการนำไฟฟ้าเพิ่มขึ้นตามระดับความแตกแยกที่เพิ่มขึ้น จากนั้นในระบบที่คล้ายกัน แต่ด้วยตัวทำละลายที่ต่างกันแทนที่จะเป็นน้ำ จะเป็นในทางตรงกันข้าม ค่าไฟฟ้าขนาดเล็กการนำไฟฟ้ามักสอดคล้องกับความแตกแยกในระดับสูง ความผิดปกติกระตุ้นให้นักวิทยาศาสตร์สำรวจด้านเคมีนี้ มีการรวบรวมข้อมูลจำนวนมาก ซึ่งการประมวลผลทำให้สามารถค้นหาความสม่ำเสมอที่เสริมทฤษฎีการแยกตัวด้วยไฟฟ้า นอกจากนี้ยังสามารถขยายความรู้เกี่ยวกับอิเล็กโทรไลซิสและธรรมชาติของไอออนเชิงซ้อนของสารประกอบอินทรีย์และอนินทรีย์
จากนั้นก็เริ่มทำการวิจัยเชิงรุกในด้านการแก้ปัญหาแบบเข้มข้น ระบบดังกล่าวแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญในคุณสมบัติจากสารเจือจางเนื่องจากความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้นของสารที่ละลายได้ ปฏิสัมพันธ์กับตัวทำละลายเริ่มมีบทบาทสำคัญมากขึ้น เพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ในหัวข้อถัดไป
ทฤษฎี
ในขณะนี้ คำอธิบายที่ดีที่สุดเกี่ยวกับพฤติกรรมของไอออน โมเลกุล และอะตอมในสารละลายเป็นเพียงทฤษฎีการแยกตัวด้วยไฟฟ้าเท่านั้น นับตั้งแต่ก่อตั้งโดย Svante Arrhenius ในศตวรรษที่ 19 ก็มีการเปลี่ยนแปลงบางอย่าง มีการค้นพบกฎบางอย่าง (เช่นกฎการเจือจางของ Ostwald) ซึ่งค่อนข้างไม่เข้ากับทฤษฎีคลาสสิก แต่ต้องขอบคุณผลงานของนักวิทยาศาสตร์ที่ตามมา การแก้ไขจึงเกิดขึ้นกับทฤษฎี และในรูปแบบที่ทันสมัย มันยังคงมีอยู่และอธิบายผลลัพธ์ที่ได้จากการทดลองด้วยความแม่นยำสูง
สาระสำคัญของทฤษฎีการแยกตัวด้วยไฟฟ้าคือว่าสารเมื่อละลายจะสลายตัวเป็นไอออนที่เป็นส่วนประกอบ - อนุภาคที่มีประจุ ขึ้นอยู่กับความสามารถในการย่อยสลาย (แยกส่วน) ออกเป็นส่วนๆ มีความแข็งแรงและอ่อนแออิเล็กโทรไลต์ ตัวที่แข็งแกร่งมักจะแยกตัวออกเป็นไอออนในสารละลาย ในขณะที่ตัวที่อ่อนแอนั้นมีเพียงเล็กน้อยเท่านั้น
อนุภาคเหล่านี้ที่โมเลกุลแตกตัวสามารถโต้ตอบกับตัวทำละลายได้ ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการแก้ แต่มันไม่ได้เกิดขึ้นเสมอไป เนื่องจากมีประจุบนโมเลกุลไอออนและตัวทำละลาย ตัวอย่างเช่น โมเลกุลของน้ำเป็นไดโพล นั่นคือ อนุภาคมีประจุบวกด้านหนึ่งและมีประจุลบอีกด้านหนึ่ง และไอออนที่อิเล็กโทรไลต์สลายตัวก็มีประจุเช่นกัน ดังนั้นอนุภาคเหล่านี้จึงถูกดึงดูดโดยด้านที่มีประจุตรงข้าม แต่สิ่งนี้จะเกิดขึ้นกับตัวทำละลายที่มีขั้วเท่านั้น (เช่น น้ำ) ตัวอย่างเช่น ในสารละลายของสารใดๆ ในเฮกเซน จะไม่เกิดการละลาย
ในการศึกษาวิธีแก้ปัญหา จำเป็นต้องรู้ปริมาณตัวถูกละลายบ่อยครั้งมาก บางครั้งการแทนที่ปริมาณบางอย่างเป็นสูตรอาจไม่สะดวกนัก ดังนั้นจึงมีความเข้มข้นหลายประเภท ซึ่งเป็นเรื่องปกติของสารละลาย ตอนนี้เราจะบอกรายละเอียดเกี่ยวกับวิธีการแสดงเนื้อหาของสารด้วยวิธีการแก้ปัญหาและวิธีการคำนวณทั้งหมด
ความเข้มข้นของสารละลาย
เคมีมีสูตรมากมาย และบางสูตรก็ถูกสร้างขึ้นเพื่อให้สะดวกต่อการนำค่าในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่งไปใช้
รูปแบบการแสดงออกของความเข้มข้นรูปแบบแรกที่เราคุ้นเคยที่สุดคือเศษส่วนมวล มันถูกคำนวณอย่างง่ายมาก เราแค่ต้องหารมวลของสารในสารละลายด้วยมวลรวมของมัน ดังนั้นดังนั้นเราจึงได้คำตอบเป็นเศษส่วนของหนึ่ง การคูณจำนวนผลลัพธ์ด้วยหนึ่งร้อย เราจะได้คำตอบเป็นเปอร์เซ็นต์
รูปแบบที่รู้จักกันน้อยกว่าเล็กน้อยคือเศษส่วนปริมาตร ส่วนใหญ่มักใช้เพื่อแสดงความเข้มข้นของแอลกอฮอล์ในเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ คำนวณได้ค่อนข้างง่ายเช่นกัน: เราหารปริมาตรของตัวถูกละลายด้วยปริมาตรของสารละลายทั้งหมด เช่นเดียวกับกรณีก่อนหน้านี้ คุณสามารถรับคำตอบเป็นเปอร์เซ็นต์ ป้ายกำกับมักพูดว่า: "40% vol." ซึ่งหมายความว่า: 40 เปอร์เซ็นต์ของปริมาณ
ในวิชาเคมี มักใช้ความเข้มข้นประเภทอื่น แต่ก่อนจะพูดถึงพวกเขา เรามาคุยกันก่อนว่าโมลของสสารคืออะไร ปริมาณของสารสามารถแสดงได้หลายวิธี: มวล, ปริมาตร แต่ท้ายที่สุดแล้ว โมเลกุลของสารแต่ละชนิดมีน้ำหนักของมันเอง และจากมวลของตัวอย่าง มันเป็นไปไม่ได้ที่จะเข้าใจว่ามีโมเลกุลจำนวนเท่าใดในนั้น และสิ่งนี้จำเป็นต้องเข้าใจองค์ประกอบเชิงปริมาณของการเปลี่ยนแปลงทางเคมี ด้วยเหตุนี้จึงมีการแนะนำปริมาณเช่นโมลของสาร อันที่จริง 1 โมลเป็นจำนวนโมเลกุลที่แน่นอน: 6.021023 นี่เรียกว่าหมายเลขของอโวกาโดร ส่วนใหญ่มักจะใช้หน่วยเช่นโมลของสารในการคำนวณปริมาณของผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยา ในเรื่องนี้มีการแสดงความเข้มข้นอีกรูปแบบหนึ่งคือโมลาริตี นี่คือปริมาณของสารต่อหน่วยปริมาตร โมลาริตีแสดงเป็นโมล/ลิตร (อ่าน: โมลต่อลิตร)
มีประเภทของนิพจน์ที่คล้ายกันมากสำหรับเนื้อหาของสารในระบบ: molality มันแตกต่างจากโมลาริตีตรงที่มันกำหนดปริมาณของสารที่ไม่ได้อยู่ในหน่วยปริมาตร แต่เป็นหน่วยของมวล และแสดงไว้ในคำอธิษฐานต่อกิโลกรัม (หรือหลายเท่า เช่น ต่อกรัม)
เรามาถึงแบบฟอร์มสุดท้าย ซึ่งตอนนี้เราจะพูดคุยแยกกัน เนื่องจากคำอธิบายต้องใช้ข้อมูลเชิงทฤษฎี
ความปกติของสารละลาย
นี่อะไร? และต่างจากค่าเดิมอย่างไร? ก่อนอื่น คุณต้องเข้าใจความแตกต่างระหว่างแนวคิดต่างๆ เช่น ความปกติและโมลาริตีของวิธีแก้ปัญหา อันที่จริง พวกมันต่างกันเพียงค่าเดียว - ตัวเลขเทียบเท่า ตอนนี้คุณสามารถจินตนาการได้ว่าความปกติของการแก้ปัญหาคืออะไร มันเป็นแค่โมลาริตีที่ดัดแปลง หมายเลขสมมูลระบุจำนวนอนุภาคที่สามารถโต้ตอบกับไฮโดรเจนไอออนหรือไฮดรอกไซด์หนึ่งโมลได้
เราได้รู้จักกับความปกติของวิธีแก้ปัญหาแล้ว แต่ท้ายที่สุด มันก็คุ้มค่าที่จะขุดลึกลงไป และเราจะเห็นว่ารูปแบบที่ซับซ้อนของการอธิบายความเข้มข้นนั้นง่ายเพียงใดในแวบแรก มาดูกันดีกว่าว่าวิธีแก้ปัญหาปกติเป็นอย่างไร
สูตร
มันค่อนข้างง่ายที่จะจินตนาการถึงสูตรจากคำอธิบายด้วยวาจา มันจะมีลักษณะดังนี้: Cn=zn/N. โดยที่ z คือปัจจัยสมมูล n คือปริมาณของสาร V คือปริมาตรของสารละลาย ค่าแรกน่าสนใจที่สุด มันแสดงให้เห็นการเทียบเท่าของสสาร นั่นคือจำนวนของอนุภาคจริงหรือจินตภาพที่ทำปฏิกิริยากับอนุภาคที่น้อยที่สุดของสารอื่น ตามความเป็นจริงแล้วความปกติของการแก้ปัญหาซึ่งสูตรที่นำเสนอข้างต้นมีความแตกต่างในเชิงคุณภาพจากโมลาริตี
และตอนนี้เรามาดูส่วนสำคัญอื่นกัน: วิธีการกำหนดความปกติของวิธีแก้ปัญหา นี่เป็นคำถามที่สำคัญอย่างไม่ต้องสงสัย ดังนั้นจึงควรศึกษาด้วยความเข้าใจในแต่ละค่าที่ระบุในสมการที่แสดงด้านบน
วิธีหาความปกติของวิธีแก้ปัญหา
ใช้สูตรที่เรากล่าวข้างต้นล้วนๆ ค่าทั้งหมดที่ระบุในนั้นคำนวณได้ง่ายในทางปฏิบัติ อันที่จริง มันง่ายมากที่จะคำนวณภาวะปกติของสารละลาย โดยรู้ปริมาณบางอย่าง: มวลของตัวถูกละลาย สูตรของสารละลาย และปริมาตรของสารละลาย เนื่องจากเราทราบสูตรของโมเลกุลของสารแล้ว เราจึงสามารถหาน้ำหนักโมเลกุลของสารได้ อัตราส่วนของมวลของตัวอย่างตัวถูกละลายต่อมวลโมลาร์จะเท่ากับจำนวนโมลของสาร และเมื่อทราบปริมาตรของสารละลายทั้งหมดแล้ว เราก็สามารถพูดได้อย่างแน่นอนว่าความเข้มข้นของกรามของเราคืออะไร
การดำเนินการต่อไปที่เราต้องดำเนินการเพื่อคำนวณความปกติของการแก้ปัญหาคือการกระทำของการหาปัจจัยสมมูล ในการทำเช่นนี้ เราต้องเข้าใจว่ามีการสร้างอนุภาคจำนวนเท่าใดอันเป็นผลมาจากการแยกตัวซึ่งสามารถเกาะกับโปรตอนหรือไฮดรอกซิลไอออนได้ ตัวอย่างเช่น ในกรดซัลฟิวริก ค่าสมมูลเท่ากับ 2 ดังนั้น ความปกติของสารละลายในกรณีนี้จึงคำนวณโดยการคูณโมลาริตีด้วย 2
แอปพลิเคชัน
ในการวิเคราะห์ทางเคมี เรามักจะต้องคำนวณความปกติและโมลาริตีของสารละลาย สะดวกมากสำหรับการคำนวณสูตรโมเลกุลของสาร
อ่านอะไรอีก
เพื่อให้เข้าใจถึงความปกติของการแก้ปัญหามากขึ้น ทางที่ดีควรเปิดหนังสือเรียนเกี่ยวกับเคมีทั่วไป และหากคุณทราบข้อมูลทั้งหมดนี้แล้ว คุณควรอ้างอิงหนังสือเรียนวิชาเคมีวิเคราะห์สำหรับนักศึกษาสาขาเคมีเฉพาะทาง
สรุป
ขอบคุณบทความนี้ เราคิดว่าคุณเข้าใจว่าความปกติของสารละลายเป็นรูปแบบการแสดงความเข้มข้นของสาร ซึ่งส่วนใหญ่ใช้ในการวิเคราะห์ทางเคมี และตอนนี้ก็ไม่ใช่ความลับสำหรับทุกคนว่าคำนวณอย่างไร