Løsning (kjemi)

I kjemi er en løsning en homogen blanding (bestående av en enkelt fase ) som resulterer fra oppløsning av en eller flere oppløste stoffer ( oppløste kjemiske arter ) i et løsningsmiddel . De oppløste molekylene (eller ionene) blir deretter solvatisert og dispergert i løsningsmidlet.

Flytende løsning

Væskeoppløsningen er det mest kjente eksemplet. En løsning med vann som løsningsmiddel kalles en vandig løsning . Det er mulig å få i løsning:

en væske i en annen: begrenset av blandbarheten av de to væskene;
et fast stoff i en væske: begrenset av oppløseligheten til det faste stoffet i løsningsmidlet, utover det faste stoffet ikke lenger er oppløst. Dette blir da referert til som en mettet løsning;
en gass i en væske.

Solid løsning

En fast løsning tilsvarer en blanding av flere rene stoffer .

Løsning i gass

Vi snakker sjelden om en "løsning" for gass. En gassblanding er vanligvis homogen etter kort tid på grunn av termisk omrøring (se artiklene Brownian motion og Diffusion ), men det kan være stratifisering i nærvær av et tyngdefelt hvis høyden på beholderen er viktig.

Sameksistens av faser

En løsning kan være:

mettet: ved en gitt temperatur og et gitt trykk er en mettet løsning en løsning som ikke lenger kan oppløse løsemiddel;
umettet: en umettet løsning er en løsning som kan oppløses mer løst under systemforhold;
overmettet : en overmettet løsning er en løsning som inneholder en større mengde oppløst løsemiddel enn den som tilsvarer metningsgrensen.

Andel faser og konsentrasjon

La meg være komponenter. Konsentrasjonen av komponenten kan uttrykkes på flere måter, inkludert fraksjoner og konsentrasjoner:

Brøker : en brøkdel er forholdet mellom to størrelser av samme type, mengden teller som gjelder for en bestanddel av systemet og den for nevneren til summen av mengdene av alle bestanddelene i systemet. Når det brukes på blandinger, kan fraksjoner være av tre typer:
- den molfraksjonen x i (uten enhet eller mol%), som er forholdet mellom antall n i mol jeg til den totale antallet n mol ;
  ${\ displaystyle x_ {i} = {\ frac {n_ {i}} {n}} = {\ frac {n_ {i}} {\ sum _ {j = 1} ^ {l} n_ {j}}} }$
- den massefraksjonen w i (uten enhet eller% m), som er forholdet av massen m i i i til den totale massen m .
  ${\ displaystyle w_ {i} = {\ frac {m_ {i}} {m}} = {\ frac {m_ {i}} {\ sum _ {j = 1} ^ {l} m_ {j}}} }$
- den volumfraksjon V i (ingen enheter eller volum%), som er forholdet mellom volumet av komponenten i av summen av volumene av alle komponenter som brukes for å gjøre denne blanding : . ${\ displaystyle \ sum _ {j = 1} ^ {l} v_ {j}}$ $V_ {i} = {\ frac {v_ {i}} {\ sum _ {{j = 1}} ^ {l} v_ {j}}}$

Konsentrasjoner : en konsentrasjon er en mengde som karakteriserer sammensetningen av en blanding i forhold til volumet V :
- den molare konsentrasjonen c i (moll -1 ), forholdet mellom antall mol av i og volumet av væske :; ${\ displaystyle c_ {i} = {\ frac {n_ {i}} {V}}}$
- den massekonsentrasjon p i , forholdet mellom massen av i og volumet av væske :; ${\ displaystyle \ rho _ {i} = {\ frac {m_ {i}} {V}}}$
- den volumfraksjonen (kalt “volumkonsentrasjon” i tilfellet av en ideell løsning ) V i ; i tilfelle av en blanding av væsker, volumet v i av i dividert med det totale volum V : . ${\ displaystyle V_ {i} = {\ frac {v_ {i}} {V}} = {\ frac {v_ {i}} {\ sum _ {j = 1} ^ {l} v_ {j}}} }$

Når det gjelder gass, bruker vi:

det partialtrykket P- i , som er bidraget fra fase I til den totale trykket P ;
volumfraksjonen (uten enhet eller% vol), som er, under innstilte trykk- og temperaturforhold , volumet v i som fase i ville representere alene over det totale volumet; i tilfelle av ideelle gasser , er det lett vises at volumprosenten er lik partialtrykket delt på det totale trykk P : . ${\ displaystyle V_ {i} = {\ frac {v_ {i}} {V}} = {\ frac {P} {P_ {i}}}}$

Det er flere andre måter å uttrykke komposisjon eller konsentrasjon på:

molalitet ;
vurdering i “deler for” ;
CH eller DH: C entesimal eller D ekimal fortynning, H ahnemanian (reservert for homeopati ).

Fortynnet løsning, aktivitet

En fortynnet løsning kalles tilfellet med en løsning der mengden oppløste stoffer er mye mindre enn den totale mengden løsning. Hvis vi betegner løsningsmidlet med indeksen s , kan vi derfor bruke følgende tilnærminger:

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}

For flytende løsninger:

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

, c s er omvendt av molarvolumet av løsningsmidlet;

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

, ρ s er tettheten av løsningsmidlet;

v \ simeq v_ {s}

, ,

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

V_ {s} \ simeq 1

Når det gjelder en fortynnet løsning, er det kjemiske potensialet en affin funksjon av logaritmen til molarfraksjonen, for en fast temperatur :

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

Hvis løsningen ikke er fortynnet (eller i tilfelle gass, ved høyt trykk, når den ideelle tilnærmet gass ikke lenger kan gjøres ), må den kjemiske aktiviteten a i brukes :

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

i tilfelle av en flytende løsning, er a i = γ i · x i der γ i er aktivitetskoeffisienten til i ; referansetilstanden er ren væske i ;
i tilfelle en gassformig løsning, en i = ƒ i / P i der ƒ i er fugacity ; referansetilstanden er flytende i ren idealgass.

Dette er tilnærmingen fra et "kjemisk" synspunkt: vi starter fra det vi måler godt (volum, masse osv. ). Fra et termodynamisk synspunkt begynner vi med å definere aktiviteten, og deretter fastslår vi at når det gjelder fortynnede løsninger:

for en væske er aktiviteten til et oppløst stoff omtrent lik dens molare (væske) konsentrasjon og aktiviteten til løsningsmidlet er lik 1;
for en gass er aktiviteten til det oppløste stoffet delvis trykk i atmosfæren, en gass som har et delvis trykk på en atmosfære har en aktivitet på 1;
for et solid, er aktiviteten verdt 1.

Ideell løsning

Fra termodynamikkens synspunkt er en løsning i fase (gass, væske eller faststoff), ved P og T , ideell hvis hver av dens bestanddeler oppfyller loven til Lewis og Randall (1923) basert på flyktigheter : $\ phi$

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

med:

$P$ blandingens totale trykk ;
$T$ blandingens temperatur ;
$z_ {i}$ molfraksjon av komponent i ;
${\ displaystyle f_ {i} ^ {\ phi, id}}$ fugacity av komponent i i den ideelle løsningen ;
${\ displaystyle f_ {i} ^ {\ phi, *}}$ fugacity av ren komponent i , på samme P , T og fase som den ideelle løsningen. $\ phi$

Referanser

(i) " brøkdel " Compendium of Chemical Terminologi [ " Gold Book "], IUPAC 1997, korrigert versjon på nettet (2006-), 2 th ed.
(i) " brøkdel volum " Compendium of Chemical Terminologi [ " Gold Book "], IUPAC 1997, korrigert versjon på nettet (2006-), 2 th ed.
(i) " Konsentrasjon " Compendium of Chemical Terminologi [ " Gold Book "], IUPAC 1997, korrigert versjon på nettet (2006-), 2 th ed.

Se også

Relaterte artikler