Skip to main content
Global

11.1: Mchakato wa Uvunjaji

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    176232

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    Malengo ya kujifunza
    • Eleza mali ya msingi ya ufumbuzi na jinsi wanavyounda.
    • Kutabiri kama mchanganyiko uliopewa utazalisha suluhisho kulingana na mali ya Masi ya vipengele vyake.
    • Eleza kwa nini baadhi ya ufumbuzi ama kuzalisha au kunyonya joto wakati wao fomu.

    Sura ya awali ya maandishi haya ilianzisha ufumbuzi, hufafanuliwa kama mchanganyiko wa homogeneous wa vitu viwili au zaidi. Mara nyingi, sehemu moja ya suluhisho iko kwenye mkusanyiko mkubwa zaidi, katika hali hiyo inaitwa kutengenezea. Vipengele vingine vya suluhisho vilivyopo katika viwango vidogo vinaitwa solutes. Sukari ni imara ya covalent inayojumuisha molekuli ya sucrose,\(\ce{C12H22O11}\). Wakati kiwanja hiki kinapasuka ndani ya maji, molekuli zake zinagawanywa kwa usawa kati ya molekuli za maji:

    \[\ce{C12H22O11 (s) ⟶ C12H22O11 (aq) } \label{Eq1} \]

    Subscript “aq” katika equation inaashiria kwamba molekuli ya sucrose ni solutes na kwa hiyo hutawanyika kila mmoja katika suluhisho la maji (maji ni kutengenezea). Ingawa molekuli za sucrose ni nzito kuliko molekuli za maji, zinabaki kutawanyika katika suluhisho; mvuto hauwafanya “kukaa nje” baada ya muda.

    Potassium dichromate\(\ce{K_2Cr_2O_7}\),, ni kiwanja ionic linajumuisha ions colorless potasiamu\(\mathrm{K^+}\),, na machungwa dichromate ions,\(\ce{Cr_2O_7^{2−}}\). Wakati maji aliongeza kiasi kidogo cha dichromate imara potassium, kiwanja dissolves na dissociates kutoa ions potassium na ions dichromate enhetligt kusambazwa katika mchanganyiko (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)), kama inavyoonekana katika equation hii:

    \[\ce{K2Cr2O7(s) ⟶ 2K^{+} (aq) + Cr2O7^{2-} (aq)} \label{Eq2} \]

    Kama ilivyo na mchanganyiko wa sukari na maji, mchanganyiko huu pia ni suluhisho la maji. Solutes yake, ions ya potasiamu na dichromate, hubakia kila mmoja kutawanyika kati ya molekuli za kutengenezea (maji).

    Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Wakati dichromate ya potasiamu (\(\ce{K_2Cr_2O_7}\)) imechanganywa na maji, huunda suluhisho la machungwa la kawaida. (mikopo: muundo wa kazi na Mark Ott).
    Picha ya kwanza inaonyesha kilima kidogo cha imara ya fuwele ya machungwa. Kuna mshale unaoelekea kulia. Picha ya pili inaonyesha kioevu kilicho na rangi isiyo na rangi katika chombo kilicho wazi. Kuna mshale unaoelekea kulia. Picha ya tatu inaonyesha kioevu cha machungwa cha machungwa katika chombo kilicho wazi, kilichofunikwa.

    Maji hutumiwa mara nyingi kama kutengenezea kwamba suluhisho la neno limekuja kuashiria suluhisho la maji kwa watu wengi. Hata hivyo, karibu gesi yoyote, kioevu, au imara inaweza kutenda kama kutengenezea. Aloi nyingi ni ufumbuzi imara wa chuma kimoja kilichopasuka kwa mwingine; kwa mfano, sarafu za Marekani tano za senti zina nikeli iliyoyeyushwa kwa shaba. Air ni suluhisho la gesi, mchanganyiko mzuri wa nitrojeni, oksijeni, na gesi nyingine kadhaa. Oksijeni (gesi), pombe (kioevu), na sukari (imara) zote hupasuka katika maji (kioevu) ili kuunda ufumbuzi wa kioevu. Jedwali\(\PageIndex{1}\) linatoa mifano ya ufumbuzi mbalimbali na awamu ya solutes na solvents.

    Jedwali\(\PageIndex{1}\): Aina tofauti za Ufumbuzi
    Suluhisho Solute Kutengenezea
    hewa O 2 (g) N 2 (g)
    vinywaji baridi CO 2 (g) H 2 O (l)
    hidrojeni katika palladium H 2 (g) pedi (s)
    kusugua pombe H 2 O (l) C 3 H 8 O (l) (2-propanol)
    maji ya chumvi NaCl (s) H 2 O (l)
    shaba Zn (s) Cu (s)

    Ufumbuzi unaonyesha sifa hizi za kufafanua:

    • Wao ni sawa; yaani, baada ya suluhisho ni mchanganyiko, ina muundo sawa katika pointi zote (muundo wake ni sare).
    • Hali ya kimwili ya suluhisho-imara, kioevu, au gesi-ni sawa na ile ya kutengenezea, kama ilivyoonyeshwa na mifano katika Jedwali\(\PageIndex{1}\).
    • Vipengele vya suluhisho vinatawanyika kwa kiwango cha Masi; yaani, zinajumuisha mchanganyiko wa molekuli zilizotengwa, atomi, na/au ions.
    • Solute iliyovunjwa katika suluhisho haiwezi kukaa nje au kutenganisha na kutengenezea.
    • Utungaji wa suluhisho, au viwango vya vipengele vyake, vinaweza kuwa tofauti kwa kuendelea, ndani ya mipaka.

    Uundaji wa Solutions

    Kuundwa kwa suluhisho ni mfano wa mchakato wa hiari, mchakato unaofanyika chini ya hali maalum bila mahitaji ya nishati kutoka kwa chanzo cha nje. Wakati mwingine tunachochea mchanganyiko ili kuharakisha mchakato wa kuvunjwa, lakini hii sio lazima; suluhisho la homogeneous litaunda ikiwa tunasubiri kwa muda mrefu. Mada ya upepo ni muhimu sana kwa utafiti wa thermodynamics ya kemikali na inatibiwa vizuri zaidi katika sura ya baadaye ya maandiko haya. Kwa madhumuni ya majadiliano ya sura hii, itatosha kuzingatia vigezo viwili vinavyopendeza, lakini hazihakikishi, malezi ya pekee ya suluhisho:

    1. kupungua kwa nishati ya ndani ya mfumo (mabadiliko ya nje, kama ilivyojadiliwa katika sura ya awali juu ya thermochemistry)
    2. ongezeko la ugonjwa katika mfumo (ambayo inaonyesha ongezeko la entropy ya mfumo, kama utakavyojifunza juu ya sura ya baadaye juu ya thermodynamics)

    Katika mchakato wa kufutwa, mabadiliko ya nishati ya ndani mara nyingi, lakini si mara zote, hutokea kama joto linafyonzwa au limebadilika. Kuongezeka kwa ugonjwa daima husababisha wakati suluhisho linaunda.

    Wakati nguvu za vikosi vya intermolecular ya mvuto kati ya aina ya solute na kutengenezea katika suluhisho sio tofauti na wale waliopo katika vipengele vilivyotengwa, suluhisho hutengenezwa bila mabadiliko ya nishati yanayoambatana. Suluhisho hilo linaitwa suluhisho bora. Mchanganyiko wa gesi bora (au gesi kama vile heliamu na argon, ambayo inakaribia kwa karibu tabia bora) ni mfano wa suluhisho bora, kwani vyombo vinavyojumuisha gesi hizi hazipatikani vivutio muhimu vya intermolecular.

    Wakati vyombo vya heliamu na argon vimeunganishwa, gesi huchanganya kwa sababu ya kutenganishwa na kuunda suluhisho (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Kuundwa kwa suluhisho hili kunahusisha wazi ongezeko la ugonjwa, kwani atomi za heliamu na argon zinachukua kiasi mara mbili kubwa kama kile ambacho kila mmoja ulichukua kabla ya kuchanganya.

    Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Sampuli za heliamu na argon huchanganya kwa urahisi ili kutoa suluhisho ambalo ugonjwa wa atomi za gesi mbili huongezeka.
    Takwimu mbili zinaonyeshwa. Ya kwanza ina vyombo viwili vya spherical vilivyounganishwa na stopcock iliyofungwa. Chombo upande wa kushoto kinachoitwa H e Ina karibu thelathini sawasawa kutawanyika, ndogo, nyanja za bluu. Chombo upande wa kulia kinachoitwa A r na kina karibu thelathini kubwa ya bluu-kijani nyanja. Takwimu ya pili, sawa ina stopcock wazi kati ya vyombo viwili vya spherical. Sehemu ya bluu na kijani ni sawasawa kutawanyika na sasa katika vyombo vyote viwili.

    Ufumbuzi bora unaweza pia kuunda wakati maji ya kimuundo sawa yanachanganywa. Kwa mfano, mchanganyiko wa alkoholi methanol (CH 3 OH) na ethanol (C 2 H 5 OH) huunda ufumbuzi bora, kama vile mchanganyiko wa pentane ya hidrokaboni\(\ce{C5H12}\), na hexane,\(\ce{C6H14}\). Kuweka methanoli na ethanol, au pentane na hexane, katika balbu inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{2}\) itasababisha utbredningen huo na baadae kuchanganya ya maji haya kama ni kuzingatiwa kwa Yeye na Ar gesi (ingawa kwa kiwango cha polepole sana), kujitoa ufumbuzi na hakuna mabadiliko makubwa katika nishati. Tofauti na mchanganyiko wa gesi, hata hivyo, vipengele vya ufumbuzi wa kioevu-kioevu hufanya, kwa kweli, uzoefu wa vikosi vya kuvutia vya intermolecular. Lakini kwa kuwa molekuli ya dutu mbili kuwa mchanganyiko ni kimuundo sawa sana, vikosi intermolecular kuvutia kati ya kama na tofauti molekuli kimsingi ni sawa, na mchakato wa kuvunjwa, kwa hiyo, haina kuhusisha ongezeko lolote la thamani au kupungua kwa nishati. Mifano hii inaonyesha jinsi utbredningen peke yake inaweza kutoa nguvu ya kuendesha gari required kusababisha hiari malezi ya suluhisho. Katika baadhi ya matukio, hata hivyo, ukubwa wa jamaa wa vikosi vya intermolecular ya kivutio kati ya aina ya solute na kutengenezea inaweza kuzuia kuvunjwa.

    Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Uwakilishi huu wa schematic wa kuvunjwa unaonyesha mchakato wa hatua kwa hatua unaohusisha mgawanyo wa mwisho wa aina ya solute na kutengenezea (Hatua ya 1 na 2) na ufumbuzi wa nje (Hatua ya 3).
    Kanda ya juu, ya kati ya takwimu inaonyesha chembe za solute kama nyanja saba za bluu na chembe za kutengenezea kama nyanja 16 nyekundu katika masanduku tofauti, yaliyoandikwa. Chembe katika masanduku haya zinagusa. Mshale ulioitwa “Hatua ya 1" unasema kushoto wa sanduku la solute, na inaonyesha nyanja za bluu hazigusa tena kwenye sanduku lingine lililoitwa “solute iliyopanuliwa.” Mshale ulioitwa “Hatua ya 2” anasema moja kwa moja kutoka sanduku la kutengenezea na inaonyesha nyanja nyekundu hazigusa tena kwenye sanduku lingine lililoitwa “kutengenezea kupanuliwa.” Mishale kuendelea kutoka chini ya kupanua solute na kupanua masanduku kutengenezea na kujiunga chini ya takwimu ambapo hatua 3 studio inavyoonekana. Mishale iliyounganishwa inaelezea sanduku hapo juu ambayo nyanja nyekundu na bluu zinachanganywa pamoja na kugusa. Masanduku ya solute na kutengenezea yanajiunga na mshale mwingine ulioitwa “malezi ya moja kwa moja ya suluhisho” ambayo inaelezea chini katikati ya takwimu. Mshale huu pia unaonyesha sanduku iliyo na mchanganyiko wa rangi nyekundu na bluu karibu na chini ya takwimu.

    Aina tatu za vikosi vya kuvutia vya intermolecular ni muhimu kwa mchakato wa kuvunjwa: solute-solute, kutengenezea, na kutengenezea solvent. Kama inavyoonekana katika Kielelezo\(\PageIndex{3}\), malezi ya suluhisho inaweza kutazamwa kama mchakato wa hatua kwa hatua ambayo nishati hutumiwa kuondokana na vivutio vya soluti-solute na kutengenezea (taratibu za mwisho) na kutolewa wakati vivutio vya soluti-kutengenezea vimeanzishwa (mchakato exothermic inajulikana kama kutengenezea). Ukubwa wa jamaa wa mabadiliko ya nishati yanayohusiana na michakato hii ya hatua kwa hatua huamua kama mchakato wa kuvunjwa kwa ujumla utatoa au kunyonya nishati. Katika baadhi ya matukio, ufumbuzi haufanyi kwa sababu nishati inayotakiwa kutenganisha aina ya solute na kutengenezea ni kubwa zaidi kuliko nishati iliyotolewa na solvation.

    Picha hii inaonyesha rangi nyingi katika mchanganyiko wa maji ya mafuta.
    Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Mchanganyiko wa mafuta yasiyo ya polar ya kupikia na maji ya polar haitoi suluhisho. (mikopo: Gautam Dogra).

    Kwa mfano, mafuta ya kupikia na maji hayatachanganya kwa kiwango chochote cha thamani cha kutoa ufumbuzi (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)). Hidrojeni bonding ni kubwa intermolecular kuvutia nguvu sasa katika maji kioevu; nonpolar hydrocarbon molekuli ya mafuta ya kupikia si uwezo wa bonding hidrojeni, badala ya kuwa uliofanyika pamoja na vikosi vya utawanyiko. Kuunda ufumbuzi wa maji ya mafuta itahitaji kushinda nguvu sana hidrojeni bonding katika maji, pamoja na nguvu kwa kiasi kikubwa nguvu utawanyiko kati ya molekuli kiasi kikubwa mafuta. Na, kwa kuwa molekuli za maji ya polar na molekuli za mafuta zisizo na polar hazipatikani kivutio kikubwa cha intermolecular, nishati ndogo sana itatolewa na ufumbuzi.

    Kwa upande mwingine, mchanganyiko wa ethanol na maji utachanganya kwa kiwango chochote ili kutoa suluhisho. Katika kesi hiyo, vitu vyote vina uwezo wa kuunganisha hidrojeni, na hivyo mchakato wa ufumbuzi ni wa kutosha exothermic ili kulipa fidia kwa kujitenga kwa endothermic ya molekuli ya solute na kutengenezea.

    Kielelezo\(\PageIndex{5}\): papo baridi pakiti anapata baridi wakati baadhi ya chumvi, kama vile nitrati amonia, kufuta katika maji-mchakato endothermic.
    Takwimu hii inaonyesha moja matumizi papo baridi pakiti na maandiko kuonyesha mfuko wa ndani wa maji kuzungukwa na chembechembe nyeupe amonia nitrati.

    Kama ilivyoelezwa mwanzoni mwa moduli hii, malezi ya ufumbuzi wa hiari yanapendekezwa, lakini haihakikishiwa, na michakato ya kuvunjwa kwa exothermic. Wakati misombo mingi ya mumunyifu hufanya, kwa kweli, kufuta na kutolewa kwa joto, baadhi kufuta endothermically. nitrati amonia (NH 4 NO 3) ni mfano mmoja na hutumiwa kufanya Packs papo baridi kwa ajili ya kutibu majeraha kama moja pichani katika Kielelezo\(\PageIndex{5}\). Mfuko wa plastiki mwembamba wa maji umefungwa ndani ya mfuko mkubwa na NH 4 NO 3 imara. Wakati mfuko mdogo umevunjika, suluhisho la aina ya NH 4 NO 3, kunyonya joto kutoka kwa mazingira (eneo la kujeruhiwa ambalo pakiti hutumiwa) na kutoa compress baridi ambayo inapungua uvimbe. Uharibifu wa endothermic kama vile hii huhitaji pembejeo kubwa ya nishati ili kutenganisha aina za solute kuliko zinalipwa wakati solvated solvated, lakini ni hiari hata hivyo kutokana na ongezeko la ugonjwa unaoambatana na malezi ya suluhisho.

    Video\(\PageIndex{1}\): Tazama video hii fupi inayoonyesha michakato ya uharibifu wa endothermic na exothermic.

    Muhtasari

    Suluhisho linaunda wakati vitu viwili au zaidi vinachanganya kimwili ili kutoa mchanganyiko unaofanana na kiwango cha Masi. Kutengenezea ni sehemu iliyojilimbikizia zaidi na huamua hali ya kimwili ya suluhisho. solutes ni sehemu nyingine kawaida sasa katika viwango chini ya ile ya kutengenezea. Ufumbuzi unaweza kuunda endothermically au exothermically, kulingana na ukubwa wa jamaa wa majeshi ya kuvutia ya solute na kutengenezea intermolecular. Ufumbuzi bora huunda na mabadiliko yoyote yenye thamani katika nishati.

    maelezo ya chini

    1. Ikiwa Bubbles za gesi zinazingatiwa ndani ya kioevu, mchanganyiko sio sawa na, kwa hiyo, sio suluhisho.

    faharasa

    mchanganyiko
    mchanganyiko imara wa kipengele cha metali na mambo moja au zaidi ya ziada
    suluhisho bora
    ufumbuzi kwamba fomu na hakuna mabadiliko ya nishati kuandamana
    kutengenezea
    mchakato wa exothermic ambao vikosi vya kuvutia vya intermolecular kati ya solute na kutengenezea katika suluhisho huanzishwa
    mchakato wa hiari
    mabadiliko ya kimwili au kemikali ambayo hutokea bila ya kuongeza nishati kutoka chanzo cha nje