Liuos (kemia)

In kemia , joka on liuos on homogeeninen seos (joka koostuu yhdestä vaihe ), jotka johtuvat liukeneminen yhden tai useamman liukenevan aineen (s) ( liuotettuna kemiallista ) kanssa liuottimessa . Sitten liuenneet molekyylit (tai ionit) solvatoidaan ja dispergoidaan liuottimeen.

Nestemäinen liuos

Nestemäinen liuos on tunnetuin esimerkki. Liuosta, jossa on vettä liuottimena, kutsutaan vesiliuokseksi . On mahdollista laittaa ratkaisu:

• yksi neste toisessa: rajoittaa kahden nesteen sekoittuvuus ;
• kiinteä aine nesteessä: rajoittaa kiinteän aineen liukoisuus liuottimeen, jonka jälkeen kiinteä aine ei ole enää liuennut. Tätä kutsutaan sitten tyydyttyneeksi liuokseksi;
• kaasu nesteessä.

Kiinteä liuos

Kiinteä liuos vastaa useiden puhtaiden aineiden seosta .

Liuos kaasussa

Puhumme harvoin kaasun "ratkaisusta". Kaasuseos on yleensä homogeeninen lyhyen ajan kuluttua, termisen sekoituksen vuoksi (katso artikkelit Brownin liike ja diffuusio ), mutta kerrostuminen voi tapahtua painovoimakentän läsnä ollessa, jos astian korkeus on tärkeä.

Vaiheiden rinnakkaiselo

Ratkaisu voi olla:

• tyydyttynyt: tietyssä lämpötilassa ja paineessa tyydyttynyt liuos on liuos, joka ei enää pysty liuottamaan liuenneita aineita;
• tyydyttymätön: tyydyttymätön liuos on liuos, joka voi liuottaa enemmän liuenneita aineita järjestelmäolosuhteissa;
• ylikyllästetty  : ylikyllästetty liuos on liuos, joka sisältää suuremman määrän liuenneita aineita kuin se, joka vastaa kyllästymisrajaa.

Vaiheiden ja konsentraation osuus

Olkoon minä komponentteja. Komponentin pitoisuus voidaan ilmaista useilla tavoilla, mukaan lukien jakeet ja konsentraatiot:

• Murtoluvut  : murtoluku on kahden saman tyyppisen määrän suhde, järjestelmän osaan sovellettavan osoittajan määrän ja nimittäjän suhde järjestelmän kaikkien ainesosien määrien summaan. Seoksiin levitettynä jakeita voi olla kolmenlaisia:
  • moolifraktio x i (ilman yksikön tai mol-%), joka on suhde lukumäärän n i moolien i yli koko määrä n moolien  ;
    xi=eiiei=eii∑j=1leij{\ displaystyle x_ {i} = {\ frac {n_ {i}} {n}} = {\ frac {n_ {i}} {\ summa _ {j = 1} ^ {l} n_ {j}}} }
  • massaosuus w i (ilman yksikön tai% m), joka on massan suhde m i on i kokonaismassan m .
    wi=mim=mi∑j=1lmj{\ displaystyle w_ {i} = {\ frac {m_ {i}} {m}} = {\ frac {m_ {i}} {\ summa _ {j = 1} ^ {l} m_ {j}}} }
  • tilavuusjae V i (ei yksiköitä tai til-%), joka on tilavuuden välinen suhde komponentin i n tilavuuksien summa kaikkien komponenttien käytetään tekemään tätä seosta  : .∑j=1lvj{\ displaystyle \ summa _ {j = 1} ^ {l} v_ {j}}Vi=vi∑j=1lvj{\ displaystyle V_ {i} = {\ frac {v_ {i}} {\ sum _ {j = 1} ^ {l} v_ {j}}}}

• Pitoisuudet  : pitoisuus on määrä, joka kuvaa seoksen koostumusta suhteessa sen tilavuuteen V  :
  • molaarinen pitoisuus c i (Moll -1 ), välinen suhde moolien lukumäärä i ja nesteen tilavuus  :;vs.i=eiiV{\ displaystyle c_ {i} = {\ frac {n_ {i}} {V}}}
  • massakonsentraatio p i , suhde massan i ja nesteen tilavuus  :;ρi=miV{\ displaystyle \ rho _ {i} = {\ frac {m_ {i}} {V}}}
  • tilavuusosuus (kutsutaan ”tilavuuspitoisuus” tapauksessa ihanteellisia ratkaisuja ) V i  ; tapauksessa nesteiden seoksessa, tilavuuden v i on i jaettuna kokonaistilavuus V  : .Vi=viV=vi∑j=1lvj{\ displaystyle V_ {i} = {\ frac {v_ {i}} {V}} = {\ frac {v_ {i}} {\ summa _ {j = 1} ^ {l} v_ {j}}} }

Kaasun tapauksessa käytämme:

• osapaine P i , joka on osuus vaiheen i on kokonais- paine P  ;
• tilavuusosuus (ilman yksikköä tai tilavuusprosenttia), joka on asetetuissa paine- ja lämpötilaolosuhteissa tilavuus v i, jota vaihe i edustaisi yksinään koko tilavuudessa; tapauksessa ihanteellinen kaasujen , se on helppo osoittaa, että tilavuusprosentti on yhtä suuri kuin osapaine jaettuna paine P : .Vi=viV=PPi{\ displaystyle V_ {i} = {\ frac {v_ {i}} {V}} = {\ frac {P} {P_ {i}}}}

On olemassa useita muita tapoja ilmaista koostumus tai konsentraatio:

• molaalisuus  ;
• luokitus "osissa"  ;
• CH tai DH: C entesimaalinen tai D ekimaalilaimennus, H ahnemanian (varattu homeopatialle ).

Laimennettu liuos, aktiivisuus

Laimennettua liuosta kutsutaan liuoksen tapaukseksi, jolle liuenneiden aineiden määrä on paljon pienempi kuin liuoksen kokonaismäärä. Jos merkitsemme liuotinta indeksillä s , voimme käyttää seuraavia likiarvoja:

ei≃eis{\ displaystyle n \ simeq n_ {s}}, ,  ,xi≃eiieis{\ displaystyle x_ {i} \ simeq {\ frac {n_ {i}} {n_ {s}}}}xs≃1{\ displaystyle x_ {s} \ simeq 1} m≃ms{\ displaystyle m \ simeq m_ {s}}, , .wi≃mims{\ displaystyle w_ {i} \ simeq {\ frac {m_ {i}} {m_ {s}}}}ws≃1{\ displaystyle w_ {s} \ simeq 1}

Nestemäiset liuokset:

vs.i≃eiivs{\ displaystyle c_ {i} \ simeq {\ frac {n_ {i}} {v_ {s}}}}, c s on käänteinen liuottimen moolitilavuus ; ρi≃mivs{\ displaystyle \ rho _ {i} \ simeq {\ frac {m_ {i}} {v_ {s}}}}, ρ s on liuottimen tiheys ; v≃vs{\ displaystyle v \ simeq v_ {s}}, ,Vi≃vivs{\ displaystyle V_ {i} \ simeq {\ frac {v_ {i}} {v_ {s}}}}Vs≃1{\ displaystyle V_ {s} \ simeq 1}

Laimennetun liuoksen tapauksessa kemiallinen potentiaali on molaarisen osan logaritmin affiinifunktio kiinteässä lämpötilassa :

• nestemäisessä liuoksessa  ;μi(P,T)=μi0(T)+RT⋅ln⁡(xi){\ displaystyle \ mu _ {i} (P, T) = \ mu _ {i} ^ {0} (T) + RT \ cdot \ ln (x_ {i})}
• kaasuliuos .μi(P,T)=μi0(T)+RT⋅ln⁡(Pi){\ displaystyle \ mu _ {i} (P, T) = \ mu _ {i} ^ {0} (T) + RT \ cdot \ ln (P_ {i})}

Jos liuosta ei ole laimennettu (tai kun kyseessä on kaasu, korkeassa paineessa, kun ihanteellinen kaasu approksimaatio ei enää voida tehdä ), The kemiallista toimintaa i on käytettävä  :

μi(P,T)=μi0(T)+R⋅T⋅ln⁡(kloi){\ displaystyle \ mu _ {i} (P, T) = \ mu _ {i} ^ {0} (T) + R \ cdot T \ cdot \ ln (a_ {i})}

• tapauksessa nestemäisen liuoksen, i = y i · x i , jossa γ i on aktiivisuutta kerroin on i  ; vertailutila on puhdas neste i ;
• kaasumaisen liuoksen tapauksessa a i = ƒ i / P i, jossa ƒ i on fugasiteetti  ; viittaus tila on nestemäinen i puhdasta ihanteellinen kaasua.

Tämä on lähestymistapa "kemiallisesta" näkökulmasta: aloitamme siitä, mitä mittaamme hyvin (tilavuus, massa  jne. ). Termodynaamisesta näkökulmasta aloitetaan määrittelemällä aktiivisuus, sitten varmistetaan, että laimennettujen liuosten tapauksessa:

• nesteen osalta liuenneen aineen aktiivisuus on suunnilleen yhtä suuri kuin sen molaarinen (neste) pitoisuus ja liuottimen aktiivisuus on yhtä suuri kuin 1;
• kaasun osalta liuenneen aineen aktiivisuus on osapaine ilmakehässä, kaasun, jonka osapaine on yksi atmosfääri, aktiivisuus on 1;
• kiinteälle aineelle aktiivisuus on arvoltaan 1.

Ihanteellinen ratkaisu

Näkökulmasta katsottuna termodynamiikan , liuosta, jossa vaiheessa (kaasu, neste tai kiinteä aine), on P ja T , on ihanteellinen , jos kukin sen ainesosan täyttää lain Lewis ja Randall (1923), joka perustuu fugacities  : ϕ{\ displaystyle \ phi}

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

kanssa:

• P{\ displaystyle P} yhteensä paine seoksen;
• T{\ displaystyle T} seoksen lämpötila ;
• zi{\ displaystyle z_ {i}} komponentin i mooliosuus  ;
• fiϕ,id{\ displaystyle f_ {i} ^ {\ phi, id}} fugacity on komponentin i on ihanteellinen ratkaisu  ;
• fiϕ,∗{\ displaystyle f_ {i} ^ {\ phi, *}}puhtaan komponentin i fugasiteetti, samalla P , T ja faasilla kuin ihanteellinen ratkaisu.ϕ{\ displaystyle \ phi}

Viitteet

1. (in) "  murto  " Compendium of Chemical Terminologia [ "  Gold Book  "], IUPAC 1997 korjattu versio verkossa (2006-), 2 th  ed.
2. (in) "  fraktiotilavuus  " Compendium of Chemical Terminologia [ "  Gold Book  "], IUPAC 1997 korjattu versio verkossa (2006-), 2 th  ed.
3. (in) "  keskittyminen  " Compendium of Chemical Terminologia [ "  Gold Book  "], IUPAC 1997 korjattu versio verkossa (2006-), 2 th  ed.

Katso myös

Aiheeseen liittyvät artikkelit

• Liuosten kemia
• Liukeneminen
• Saostua
• Vapauta
• Vesiliuos
• Ihanteellinen ratkaisu
• Ratkaisujen termodynamiikka

<img src="https://fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1x1" alt="" title="" width="1" height="1" style="border: none; position: absolute;">