Məhlullar və dispers sistemlər

Məhlullar — iki və ya daha artıq komponentlərdən təşkil olunmuş birfazalı sistemdir.

Dispers sistem- bir maddənin kiçik hissəciklər şəklində başqa maddə mühitində paylanmasından alınan sistemə deyilir. Məhlulların məlum olan bütün növlərini dispers sistemlərə aid edirlər.

 Məhlullar 
Təmiz maddələrdə olduğu kimi məhlul da homogen sistemdir. Yəni məhlulun komponentləri qarşılıqlı surətdə bir-birinin kütləsində molekul, atom və ya ionlar şəklində bərabər paylanır. Bu zaman aqreqat halını dəyişməyən komponent "həlledici" adlanır. Məsələn, müxtəlif duzlar, şəkər və s. suda həll olduqda, suyun aqreqat halı dəyişməz qalır. Məhlulun eyni aqreqat halına malik komponentlərdən (qaz+qaz, maye+maye, bərk+bərk) əmələ gəlməsi zamanı isə miqdarca çoxluq təşkil edən komponent həlledici olur.

 Doymamış, doymuş və ifrat doymuş məhlul 
Verilmiş müəyyən temperaturda məhlulda həll olan maddənin yeni əlavə edilmiş kristalları həll olarsa, belə məhlul doymamış məhlul adlanır. Doymamış məhlul birfazalı sistemdən ibarətdir. Əksinə həll olan maddənin məhlula daxil edilmiş əlavə miqdarı artıq həll olmursa və ayrıca bir faza əmələ gətirirsə, məhlul doymuş məhlul adlanır. Beləliklə, doymuş məhlul, bərk maddə, məhlul və buxardan ibarət çoxfazalı sistemdir. Həll olan maddə uçucu xarakterli deyilsə, qaz faza yalnız həlledicinin buxarından ibarət olur.

Məhlula həll olan maddənin kristalı (monokristalı) daxil edilərkən həll olan maddənin kristallaşması baş verirsə, belə məhlul ifrat doymuş məhlul adlanır. Nəticədə həll olan maddənin artığı məhluldan kristal şəklində ayrılır və ifrat doymuş məhlul doymuş məhlula çevrilir. İfrat doymuş məhluldan ayrıklan kristalın tərkibi məhlula daxil edilən kristalın tərkibinə müvafiq olur.

 Məhlulun ikitəbiətliliyi 
Məhlul müəyyən xarakteri cəhətlərə malik olmaqla öz təbiəti etibarilə bir tərəfdən kimyəvi birləşmələri, digər tərəfdən isə mexaniki qarışığı xatırladır. Məhlulu xarakterizə edən əsas cəhət onun homogenliyidir (eyni cinsliyidir). Yəni məhlul dəyişkən tərkibli sistem kimi yalnız bir fazadan (bərk və ya maye fazadan) ibarət olur. Bu cəhətinə görə məhlullar əsasən kimyəvi birləşmələri xatırladır və mexaniki qarışıqdan fərqlənir.

Məhlulları kimyəvi birləşmələrə yaxınlaşdıran başqa cəhətlər həllolmanın müəyyən istilik effekti ilə əlaqədar olması və məhlulun həcminin dəyişməsidir.

Məhlullarda tərkibin qeyri-sabitliyi, yəni həll olan maddə ilə həlledicinin miqdarı arasında müəyyən ekvivalentlik insbətinin olmaması və həll olan ilə həlledici molekulları arasında baş verən qarşılıqlı təsirin kimyəvi birləşmələrə nisbətən çox zəif olması, məhlulu kimyəvi birləşmələrdən fərqləndirərək mexaniki qarşığa yaxınlaşdırır.

Beləliklə, məhlullara özündə kimyəvi birləşmələrin və mexaniki qarışıqların bəzi cəhətlərini cəmləyən mürəkkəb fiziki-kimyəvi sistem kimi baxıla bilər.

 Dispers faza və dispers mühit 
Dispers sözü latın sözü olan "dispergere"dən götürülmüşdür ki, o da "səpələnmə, xırdalanma" mənasını verir. Dispers sistemdə xırdalanmış fazanın kiçik hissəciklərinin cəmi dispers faza, içərisində bu hissəciklərin paylandığı faza isə dispers mühit adlanır.

 Dispers sistemin növləri 
Dispers mühit qaz, maye və bərk halda ola bilər. Dispers fazanın da həmçinin üç aqreqat halı mümkündür. 

 qaz-maye
 qaz-bərk
 maye-qaz
 maye-maye
 maye-bərk
 bərk-qaz
 bərk-maye
 bərk-bərk

 Dispers sistemlərin qrupları 
Disperslik dərəcəsinə (dispers mühitdə paylanan maddə hissəciklərinin ölçüsünə) görə bütün dispers sistemlər 3 əsas qrupa bölünür:
 Suspenziya və emulsiya — Bu halda dispers faza hissəciklərinin ölçüsü 1 mikrondan (mikron yunan hərfi olan μ ilə işarə edilir 1μ= 10−4 sm) artıq olur. Belə hissəcikləri mikroskopla, bəzən hətta adi gözlə görmək olur.
 Kolloid məhlullar — dispers mühitdə paylanan maddə hissəciklərinin ölçüsü 1–0,1 mikron həddində olur. Belə hissəciklər ultramikroskop altında görünür.
 Həqiqi məhlullar — dispers faza hissəciklərinin ölçüsü 0,1 mikrondan kiçik olur. Həqiqi məhlullarda həll olan maddə ayrı-ayrı molekullar və ya ionlara qədər parçalanır. Buna görə onları heç bir mikroskopla görmək olmur.

 Dispers sistemlərin davamlılığı 
Dispers sistemlərin ümumi davamlılığı iki xüsusi davamlılıq — kinetik və aqreqativ davamlılıq ilə müəyyənləşir.

Kinetik davamlılıq dispers faza hissəciklərinin sistemdə məxsusi istilik hərəkəti ilə əlaqədardır. "Broun hərəkəti" adlanan bu nizamsız hərəkətin intensivliyi hissəciklərin ölçüsü kiçik, dispers mühitün özlülüyü az və temperatur yüksək olduqca artır. Suspenziya və emulsiyada hissəciklərin ölçüsü böyük olduğundan, onlarda "broun hərəkəti" zəifdir. Buna müvafiq olaraq suspenziya və emulsiyanın kinetik davamlılığı aşağı olur. Bu da öz növbəsində suspenziya hissəciklərinin mühitdən ayrılaraq, adətən qabın dibinə çökməsinə səbəb olur. Emulsiya hissəcikləri isə xüsusi çəkilərindən asılı olaraq, ya səthdə yığılır və ya həmçinin dibə çökür.

Həqiqi məhlulların hissəcikləri (molekul və ya ionlar) çox kiçik olduğundan, onların kinetik davamlılığı yüksək olur.

Kolloid məhlullar kinetik davamlılığına görə həqiqi məhlullar ilə suspenziya və emulsiya arasında aralıq yer tutur. Adətən kolloid məhlullar kinetik davamlı olur. Onların dağılması əsasən məhlulun aqreqativ davamlılığının pozulması ilə əlaqədar olaraq baş verir.

Aqreqativ davamlılıq- dispers faza hissəciklərinin bir-biri ilə toqquşma zamanı birləşərək iriləşməməsi ilə əlaqədardır. Aqreqativ davamlılıq olmadığı halda məhlulda koaqulyasiya gedir. Yəni dispers faza hissəcikləri bir-biri ilə birləşərək, daha iri hissəciklərə çevrilir və sistemdən ayrılır. Bu qayda ilə öz aqreqativ davamlılığını itirmiş sistem, həmçinin kinetik davamlılığa da malik olmur.

Həqiqi məhlullardan fərqli olaraq, kolloid məhlulların, xüsusilə suspenziya və emulsiyaların aqreqativ davamlılığı az olur.

 Məhlulların aqreqat halı 
Aqreqat halına görə məhlullar maye, bərk, qaz halında olurlar. Məsələn: duzların suda məhlulu, mis ilə nikelin ərintisi, qaz qarışığı məhluldur. Təbiətdə və texnikada maye məhlulların rolu böyükdür. Təbii sular, qan, limfa və fizioloji mayelər məhluldur; qidanın mənimsənilməsi onun məhlula keçməsi nəticəsində mümkün olur; kimyəvi çevrilmələrin çoxu mühiti maye olan müxtəlif məhlullarla bağlıdır. Həll olan maddə və həlledici eyni aqreqat halında olduqda çoxluq təşkil edən maddə həlledici hesab edilir. Həqiqi məhlullardan əsas xüsusiyətlərindən biri odur ki, onlar həllolan maddə ilə həlledicinin sadəcə olaraq toxunmasından əmələ gəlir. Bu isə öz-özünə baş verən qarşılıqlı diffuziya prosesi ilə əlaqədardır. Qarışdırma, çalxalama və başqa mexaniki təsir isə məhlulun əmələgəlmə prosesini yalnız sürətləndirir. Maddənin həllolma qabiliyyəti onun müəyyən həlledicidə həll olması xassəsidir. Həllolma qabiliyyəti müəyyən temperaturda maddənin 100 q həlledicidə həll olan maksimum miqdarı ilə ifadə olunur. Suda həllolmalarına görə bütün maddələri 3 qrupa bölürlər: yaxşı həll olan, pis həll olan və praktiki olaraq həll olmayan maddələr.

Maddələrin suda həll olması ilk növbədə onun təbiətindən asılıdır. Müəyyən edilmişdir ki, qeyri-polyar və ya az polyar həlledicilərdə elə maddələr yaxşı həll olur ki, onların molekulları qeyri-polyar və ya az polyar olsun. Belə həlledicilərdə polyarlığı çox olan maddələr az, ion quruluşlu olan maddələr isə praktiki olaraq həll olmur. Əksinə, polyarlıq dərəcəsi nisbətən çox olan həlledicilər polyar və ion tipli maddələri yaxşı, qeyri-polyar maddələri isə pis həll edir.Atkins and de Paula, p.184

Bərk maddələrdən nitrat vı nitritlər, ammonium və qələvi metalların bütün duzları, sulfat turşusunun dəmir, manqan, sink, alüminium və mislə əmələ gətirdiyi duzlar suda yaxşı həll olur. Sulfat turşusunun barium və qurquşunla, sulfid turşusunun isə ağır metallarla əmələ gətirdiyi duzlar suda praktiki olaraq həll olmur. Temperatur artıqda bəzi bərk maddələrin, məsələn, kalium-nitratın, ammonium-nitratın həll olma qabiliyyəti artır.P. Atkins and J. de Paula, Physical Chemistry (8th ed., W. H. Freeman 2006) p.146

 Raul prinsipləri 
Qapalı qabda mayenin buxarlanması ilə buxarın kondesləşərək yeniden mayeyə çevrilməsi arasında tarazlıq yarandıqda maye üzərindəki buxara doymuş buxar deyilir. Buxarlanma endotemik proses olduğundan, Le-Şateyle prinsipinə əsasən, temperaturun artması buxarəmələgəlmə prosesini sürətləndirir və buna görə də buxarın təzyiqi artır.A to Z of Thermodynamics by Pierre Perrot

Fransız alimi F. M. Raul uçucu olmayan qeyri-elektrolitlərin duru məhlularının buxar təzyiqini öyrənərək 1887-ci ildə qanun vermişdir: Həlledicinin məhlul üzərindəki buxar təzyiqinin nisbi azalması, həll olan maddənin mol sayının məhlulda olan molların ümumi sayına olan nisbətinə bərabərdir/

Raul müəyyən etmişdir ki, buxar təzyiqinin nisbi azalması 0C ilə 20C arasında temperaturdan asılı deyildir. Uçucu olmayan qeyri-elektrolitlərin duru məhlulları üzərində həlledicinin buxar təzyiqinin nisbi azalması həll olan maddənin mollarının sayı ilə düz mütənasibdir.
Raulun I qanunu yalnız uçucu olmayan qeyri-elektrolitlərin duru məhlulları üçün doğrudur

 Raulun II qanunu 
Həllediciyə nisbtən məhlulların buxar təzyiqinin azalması ilə əlaqədar olaraq, onların donma və qaynama temperaturu da dəyişir. Belə ki, məhlul saf həllediciyə nisbətən aşağı temperaturda donur və yüksək temperaturda qaynayır. Maddənin eyni vaxtda həm maye, həm də bərk halda mövcud olduğu temperatura donma teperaturu deyilir, lakin hər iki fazanın birlikdə qala bilməsi üçün həmin temperaturda onların buxar təzyiqləri bərabər olmalıdır. Məhlulların donma və qaynama temperaturunu öyrənərək, Raul aşağıdakı 2-ci qanununu vermişdir:

Donma temperaturunun azalması və qaynama temperaturunun artması məhlulun molyar qatılığı ilə düz mütənasibdir.Raoult's Law | Solution | Vapour pressure | Binary solution

 Ebulioskopiya 
Ebulioskopiya — məhlulun qaynama temperaturunun saf həlledicinin qaynama temperaturuna nəzərən nə qədər yüksəldiyini müəyyənetmə üsulu. Həllolmuş maddənin molekul kütləsinin və zəif elektrolitlərin dissosiasiya dərəcəsinin təyinində tətbiq edilir — Raul qanunları.

 Mənbə 
 Z. Qarayev "Qeyri üzvi kimya"

 Xarici keçidlər 
 Raoult's Law — How To Calculate The Vapor Pressure of a Solution With a Nonvolatile Solute

 İstinadlar 
6 madenin 4 aqreqat halı var 

Kateqoriya:Məhlullar
Kateqoriya:Dispers sistemlər