Suyuqliklarni suyuqliklarda erishi

5.Suyuqliklarni suyuqliklarda erishi
Ikki suyuqlik bir-biri bilan aralashtirilganda quyidagi uch holat kuzatiladi: 1)suyuqliklar o’zaro istalgan nisbatda aralashadi (masalan,suv bilan spirt); 2)suyuqliklar o’zaro ma’lum chegaradagina aralashadi (masalan,suv bilan fenol); 3) suyuqliklar o’zaro aralashmaydi (masalan,suv bilan simob).
Alohida ta’kidlash kerakki, bir-birida mutlaqo erimaydigan suyuqliklar bo’lmaydi, bir suyuqlik ikkinchi suyuqlikda ozgina bo’lsada eriydi.
Bir–birida istalgan nisbatda aralashadigan suyuqliklarga, masalan, suv bilan etanol, benzol va toluollar kiradi. Ular birgalikda erib bir jinsli (gomogen) eritma hosil hiladi. Ba’zi bir suyuqliklar bir-birida umuman erimaydi. Masalan, agar suvga ma’lum miqdorda benzol qo’shilsa, u holda aralashmani juda kuchli aralashtirilganda ham alohida benzol va suv qatlamlariga ajrab qoladi. Suv benzolda juda kam miqdorda eriydi, benzol esa suvda bundan ham kam miqdorda eriydi. Shuning uchun ularning bir-birida erishi hisobga olinmaydi.
Agar ikki suyuqlik bir-birida juda yaxshi erisa, ularning eruvchanligi qandaydir chegaraviy qiymatga erishadi va ularni o’zaro ma’lum chegarada aralashadigan suyuqliklar deyiladi. Bunday sistemalarga suv–fenol, metanol-geksan, anilin-suvlar misol bo’la oladi. Anilin suv bilan aralashtirilganda ikkita qatlam hosil bo’ladi. Yuqori qatlamda ko’proq suv kam miqdorda anilin, ya’ni bu suvdagi anilinning to’yingan eritmasi bo’ladi. Ko’proq anilin va kamroq suvdan iborat quyi qatlami suvning anilindagi to’yingan qatlamidan iborat. O’zgarmas temperaturada bu qatlam muvozanat holatda bo’lib, ulardagi moddalarning konsentratsiyasi aniq bo’ladi. Bu aralashmaga ozgina anilin yoki suv qo’shilishi faqat anilinli yoki suvli qatlamning hajmini ma’lum miqdorda ortishiga olib keladi va ularning konsentratsiyalari esa o’zgarmaydi.
Тemperaturaning ortishi suyuqliklarning o’zaro to’la erishiga olib kelishi mumkin. Aralashmaning ikkala komponentasi ham bir-birida chegaralanmagan miqdorda eriydigan temperaturadan yuqori temperaturani V.F.Alekseev erishning kritik temperaturasi deb atadi. Anilin-suv aralashmasi uchun bu temperatura 1680C ga teng.
Ba’zan suyuqliklarning o’zaro eruvchanligi temperatura kamayishi bilan ortadi (suv-dietilamin). U holda shunday temperatura mavjud bo’lishi zarurki, undan past temperaturada aralashma bir jinsli bo’lishi kerak. Bunday temperatura erishdagi kritik temperaturaning eng kichik qiymatiga mos keladi. Shunday sistemalar ham mavjudki, ularda to’la erish ikki hil temperaturalarda kuzatiladi: bu temperaturalar oralig’ida esa qatlamlarga ajralish (suv-anilin) kuzatiladi.
Qattiq moddalarning suyuqliklarda erishi
Qattiq moddalarning suyuqliklarda erishi erituvchi va eriyotgan moddalarning tabiati hamda ularning temperaturalari orqali aniqlanadi. Qattiq moddaning suyuqlikda erishida shunday konsentratsiya qaror topadiki, unda qattiq moddaning erishi butunlay to’xtaydi va eritma bilan qattiq modda o’rtasida muvozanat vujudga keladi. Bunday eritma to’yingan eritma deb ataladi. Berilgan temperaturada har qanday modda to’yingan eritmasining konsentratsiyasi o’zgarmas va bu modda eruvchanligini xarakterlaydi.
Ma’lum sharoitlarda shunday eritmalarni olish mumkinki, ularning konsentratsiyalari to’yingan eritma konsentratsiyalaridan yuqori bo’ladi. Bunday eritmalar o’ta to’yingan eritmalar deyiladi. Ular juda beqaror bo’lib, ayniqsa aralashtirilganda, silkitilganda yoki ularga qattiq zarrachalar (chang va boshqalar) tushganda erigan moddaning va to’yingan eritmaning qoldiqlariga ajraladi.
Qattiq moddalarning erishi issiqlik ajralishi yoki yutilishi bilan boradi, bu issiqlik odatda bir mol erigan moddaga tegishlidir. Erish issiqlik effekti ishoralarining farqlanishini quyidagicha izohlash mumkin, qattiq jismning suyuqlikda erishida bir vaqtning o’zida ikki jarayon-erituvchi molekulalari bilan qattiq modda molekulalari yoki ionlarining o’zaro ta’siri (solvatatsiya yoki suvda erishda gidratatsiya) va qattiq moddaning parchalanishi tufayli eritmaning butun hajmi bo’ylab tarqalishi sodir bo’ladi. Solvatatsiyada energiya ajraladi (), qattiq jismning parchalashga energiya sarf bo’ladi (). Yig’indi issiqlik effekti larning qiymatlariga bog’liq bo’lib, ular musbat ham, manfiy ham bo’lishlari mumkin.
Masalan, yetarlicha mustahkam kristall panjaraga ega bo’lgan kaliy xloridning suvda erishida, kaliy va xlor ionlari gidradlanadi va bunda ajralib chiqadigan energiya kristall panjarani buzish uchun zarur bo’lgan energiyaning katta qismini kompensatsiyalaydi. Shuningdek, absolyut qiymati bo’yicha dan katta va kaliy xlorid suvda eriganda atrof-muhitdan issiqlik yutiladi, ya’ni jarayon endotermikdir. Natriy xlorning suvda erish jarayoni issiqlik effektisiz kuzatiladi, chunki gidratatsiya energiyasi deyarli kristallning bo’linish energiyasiga tengdir.
Issiqlik effektining ishorasi erish jarayoniga temperaturaning ta’sirini bildiradi. Ko’pgina qattiq jismlarning erish jarayoni endotermik bo’lib, temperatura ortishi bilan eruvchanlik ham ortadi. Ba’zi bir moddalarda tempeeratura ortishi bilan eruvchanlik kamayadi, chunki ulardagi erish jarayoni ekzotermikdir.
Eritmalardagi diffuziya, osmos hodisalari, eritma ustidagi bug’ bosimining toza erituvchinikiga qaraganda pastligi, eritmaning qaynash, muzlash temperaturalari erigan modda zarrachalari soniga bog’liq xossalar bo’lib, ular eritmaning kolligativ xossalari deb yuritiladi. Agar katta shisha silindrga kandning suyuq eritmasi solinib, ustiga ehtiyotlik bilan suv quyilsa, qand zarrachalari vaqt o,tishi bilan sekin-asta yuqoriga ko’tarila boshlaydi. Qand molekulalari garchi suv molekulalariga qaraganda og’ir bo’lsa ham yuqoriga ko’tarilaveradi. Bu o’zaro aralashish jarayoni butun hajmda qand konsentratsiyasi bir xil bo’lguncha davom etadi. Bir modda zarrachalarining ikkinchi modda ichida o’z-o’zicha taqsimlanish jarayoni diffuziya deyiladi.
Agar erituvchi bilan eritma o’rtasiga yarim parda qo’ysak, bu parda orqali erituvchi eritmaga o’tib, uni suyultira boshlaydi. Erituvchining yarim parda orqali o’tish jarayoni osmos deyiladi.
Osmos ikki xil sababga ko’ra kuzatiladi. Birinchidan toza suvda suv molekulalarining konsentratsiyasi eritmadagiga qaraganda yuqori bo’ladi. Ikkinchidan eritmada suv molekulalari eruvchi modda molekulalari bilan birikib, gidratlar hosil qiladi. Suyultirilgan eritmalarda osmos eruvchi va erituvchi moddalar xiliga emas, asosan eritmaning hajm birligida eruvchi modda zarrachalari soniga bog’liq bo’ladi. Eritma bug’i bosimining toza erituvchi bug’ bosimiga qaraganda past bo’lishi bilan osmos hodisasi orasida yaqin
bog’lanish bor. Osmosni miqdoriy xarakterlash uchun osmotik bosim tushunchasi bilan tanishamiz.
Kichik idish katta idishga tushirilganligi uchun unga yarim o’tkazgich parda orqali suv o’tib, naycha ichida suyuqlik sirti ko’tarila boshlaydi.
Binobarin eritma ustidagi gidrostatik bosim ortadi. Bu bosim ortgan sari suv molekulalarining yarim o’tkazgich parda orqali katta idishga o’tish tezligi orta boradi. Ma’lum vaqtdan keyin bu ikki qarama-qarshi jarayonlar tezligi tenglashib, muvozanat qaror topadi.
Shu paytdan boshlab naychada suyuqlik ko’tarilishdan to’xtaydi ana shunday muvozanat holatga mos kelgan gidrostatik bosim osmotik bosim deyiladi. Demak, osmotik bosim osmos hodisasini to’xtatish uchun (ya’ni erituvchidan yarim o’tkazgich parda orqali ajratilgan eritmani erituvchi bilan muvozanat holatga keltirish uchun) eritmaga berilishi kerak bo’lgan bosimga teng.
Yarim o’tkazgich pardalar jumlasiga mol pufagi, ichak devorlari, o’simlik pardalari kiradi. Yarim o’tkazgich pardani sun’iy yo’l bilan ham tayyorlash mumkin. Masalan, pergament qog’oz, sellofan, kollodiy pardalar. Sun’iy yarimo’tkazgich pardani dastlab, 1867 yilda fiziolog Тraube tayyorlagan. Тraubega qadar yarim o’tkazgich parda sifatida o’simlik va hayvon to’qimalari-pufak, ichak, yurak haltasi va boshqalar ishlatib kelingan.
1877 yilda Pfeffer osmotik bosimni o’lchashga imkon beradigan yarim o’tkazgich pardalar tayyorladi. Buning uchun sirlanmagan chinni (yoki sopol) silindrni SiSO4 mis sulfat eritmasi bilan to’ldirib, uni sariq qon tuzi eritmasi solingan idishga tushirdi. Silindr devorlaridagi mayda teshiklarda [Cu2Fe(CN)6] tuzi cho’kib, natijada juda yaxshi yarim o’tkazgich parda hosil bo’ladi (bu 42.3–rasmda R bilan ko’rsatilgan). Bu silindr M manometrga birlashtiriladi va tayyorlangan asbob osmometr deb ataladi.
Agar S silindrga qandning quyuq eritmasi, Q stakanga toza suv solinsa, tubandagi hodisani kuzatish mumkin. Qand zarrachalari yarim o’tkazgich pardadan o’ta olmaydi; suv zarrachalari esa S silindrga kirib eritmani suyultiradi. Silindrda suyuqlik hajmi ortib, manometrning bir qismidagi simobni bosadi; manometrning ikkinchi qismidagi simob ko’tarila boshlaydi. Bir qancha vaqt o’tgandan keyin simob ko’tarilishi to’xtaydi, chunki silindrga suv kirgan sari nay ichidagi gidrostatik bosim
ortib borib, nihoyat osmotik bosimga tenglashib qoladi.
Shunday qilib, manometr ichidagi simobning balandligi h ni o’lchab eritmaning osmotik bosimini aniqlash mumkin. Eritmalarning osmotik bosimi juda katta qiymatga ega bo’la oladi. Masalan, dengiz suvining osmotik bosimi 28 atmosferaga yaqin.
1886 yilda Vant–Goff Pfeffer natijalarini Boyl–Mariott va Gey-Lyussak qonunlariga o’xshashligini ko’rsatadi. Ana shu o’xshashlikka asoslanib, Vant-Goff eritmalarning osmotik, ya’ni fizikaviy nazariyasini yaratdi. Bu nazariyaga muvofiq, erigan modda eritma ichida xuddi gaz holatiga o’xshagan holatda bo’ladi. Pfefferning natijalaridan foydalanib, Vant- Goff eritmalarning osmotik bosimi uchun Mendeleev-Klapeyron tenglamasiga o’xshash quyidagi tenglamani taklif
Bunda:R-eritmaning osmotik bosimi; V-eritmaning hajmi; n-erigan moddaning mol sonlari; R-gaz doimiysi; Т-eritmaning absolyut temperaturasi. Shu bilan u Avogadro qonuni ham eritmalar uchun tatbiq etilishi mumkinligini ko’rsatdi. Masalan, bir litr eritmada bir mol eruvchi modda bo’lsa, bunday eritmaning osmotik bosimi 22,4 atm.ga teng bo’lishi kerak
Vant-Goff qonuni: agar erigan modda eritma temperaturasida gaz holatida bo’lib, eritma hajmiga teng hajmni egallaganda edi, bu gazning bosimi eritmaning osmotik bosimiga barobar bo’lar edi. Bu qonun eritmalarning osmotik bosimi konsentratsiya va temperaturagagina bog’liq bo’lib, eruvchan modda tabiatiga bog’liq emasligini ko’rsatadi.
Mavzu: Fazoviy muvozanat
Guruh:____________________
Bajardi:___________________
Qabul qildi:________________
MUSTAQIL ISH
|