ЕРІТІНДІЛЕРДІҢ ЖАЛПЫ ҚАСИЕТТЕРІ

Сұйықтың қатты күймен көптеген ұқсастығы бар. Бөлшектердің компактілі орналасуы жоғары тығыздықты мүмкін етіп, газдармен салыстырғанда сұйықтарды аз сығылатын етеді. Сұйықтардың құрылымы мен ішкі құрылысы қатты күйдегі заттардағы тәрізді бөлщектердің реттеліп орналасуымен сипатталады. Кристалды заттарда реттілік аса үлкен атом аралық қашықтыққа таралады, яғни жақын арадағы тәртіптілік алысқа ұласады. Ал, сұйықтарда бөлшектердің жоғары қозғалмалығына орай тәртіптілік кішігірім аймақтармен (агрегат немесе кластер) шектеледі. Соңғылары бір біріне қатысты алғанда ретсіз күйде болғандықтан олардың аралығы көпшілік жағдайда бос болады. Аталған түзілістер тұрақсыз, олардың арасындағы байланыстар қайта түзіліп отырады. Сонымен бірге көршілес кластерлер арасында бөлшектер алмасуы жүреді.

Сұйықтарда құрылымдық жағынан алғанда лабильді (сусымалы) тепе-теңдіктің болуы байқалады. Ол бөлшектердің салыстырмалы орын ауыстыру еркінділігін көрсетеді. Осындай лабильді агрегаттардың сұйықтарда түзілуі кристалдану температурасынан жоғары температурада байқалады. Температура төмендегенде мұндай агрегаттардың тұрақтылығы артады да сұйық кристалдану температурасына таяғанда квазикристалдық құрылысты болады, яғни агрегат саны артып, мөлшері өседі де бір-біріне қатысты алғанда белгілі түрде бағыттала бастайды.

Сонымен қатар, қатты және сұйық күйлер арасында айырмашылық та бар. Ең алдымен сұйық күйдің кристалдардан айырмашылығы олар изотропты, олардың физикалық қасиеттері барлық бағытта бірдей болады. Ал кристалдық күйге анизатропты құбылыс тән, олардың өлшенуі жүргізілген бағытқа байланысты.

Қатты денелер мен сұйықтар деформация беретін салмаққа қатысты да айырмашылықта болады. Сұйықтар күш түсіргенде формасын оңай өзгертеді, оларға аққыштық тән. Ал қатты денелер деформация әсеріне серпімділік көрсетеді. Аққыштық (оған кері шама тұтқырлық) әр түрлі сұйықтар үшін кең аумақта өзгереді. Кейбір сұйықтардың тұтқырлығы өте жоғары мысалы битумдардың кей түрлерін алуға болады. Қатты соққыдан олар қатты денелер тәрізді сынады. Ал салмақты біртіндеп үздіксіз арттырсақ онда аққыштықты байқауға болады.

Осы тұрғыдан алғанда шыны тәрізді күйді суыған тұтқырлығы үлкен сұйықтық түрінде қарастыруға болады. Шыныға сұйықтар тәрізді изотоптық тән. Кристалды заттардан айырмасы шынының тұрақты балқу температурасы жоқ, қыздырғанда біртіндеп жұмсарады. Шыны тәрізді күй ұзақ уақыт сақталғанмен термодинамикалық тұрақсыз (метастабильді) болады.Сонымен құрылымдық жағынан алып қарағанда сұйық күй газдар мен қатты заттар аралығында болады. Сұйық белгілі температуралық интервалда бір жағынан балқу екінші жағынан критикалық температурамен шектеліп күй кешеді.

Балқу температурасына жақын температурада сұйық квазикристалды құрылысты, яғни қатты денелерге ұқсас. Ал критикалыққа жақын температурада сұйық газ тәріздес күйде болады.

Ерітінді деп екі не одан да көп (компонент) құрамдас бөліктен тұратын біртекті (гомогенді) жүйені айтады, ол еріткіштен (артық мөлшерде алынған компонент) және еріген заттан тұрады. Осы құрамдас бөліктерінің агрегаттық күйлеріне байланысты ерітінділерді үшке бөледі: сұйық (газды су), газ (ауа) және қатты ерітінді (құйма).

Маңызды сұйық ерітінділер:

А) Сулы, сусыз және органикалық ерітінділер;

Б) галогенид, сульфид, оттекті қосылыстардың жоғары температурадағы тұздық балқындылары;

В) жоғары температурадағы металл балқындылары. Хаосты түрде олар еркін қатынаста болады.

Қатты ерітінділер 3 типті: алмасу, ену, бөліп алу.

Алмасу типіне жататын ерітінділер әдетте екі немес одан да көп элементтерден түзіледі. Бір элемент крисалды торлы құрылымда екінші элемент атомымен бей-берекет алмасқан күйде болады. Нәтижесінде әр элементтің таралуы хаосты түрде, олар еркін қатынаста кездеседі. Алмасу типті қатты ерітінділерге мыс пен никель құймасы немесе натрий хлориді мен натрий бромидінің аралас кристалдарын жатқызуға болады.

Қатты ендіру ерітінділерінің мөлшері аса үлкен емес оларды бейметалл атомдарын металл торларына енгізу арқылы аламыз. Мысалы (Fe-C) көміртектің темірдегі ерітіндісі. Бейметалл атомдары металл атомдары арасында хаосты еркін қатынаста таралады.

Бөліп алу қатты ерітінділері дефектілі құрылымды болып, хаосты, бей-берекет элемент атомдары арасында орналасуымен сипатталады. Ондай құрылымға өз құрамын монотонды біртіндеп өзгертетін сульфидті минерал пирротинді (FeS_1,09-1,16) жатқызуға болады.

Химия үшін маңыздысы сұйық күйдегі ерітінділер, бұларда көбінде еріткіш ретінде су алынады. Олардың адам тіршілігінде және өндіріс орындарының жұмыс істеуінде маңызы зор.

Егер қандай да бір ортада ұсақ бөлшектер түрінде екінші бір зат таралып орналасса мұндай жүйе дисперсті деп аталады. Таралушы заттың агрегаттық күйіне және ортаға байланысты дисперсті жүйелердің 9 типі белгілі (Г – газ тәріздес, С – сұйық, Қ – қатты күй, бірінші әріп таралушы зат, ал екіншісі ортаны белгілейді).

2)С + Г 5)С + С 8)С + Қ

3)Қ + Г 6)Қ + С 9)Қ + Қ
Химияда сұйық зат орта ретінде кездесетін дисперсті жүйелер маңызды болып есептеледі. Дисперсті жүйелердің қасиеттері ең алдымен олардың тұрақтылығы таралушы бөлшектер мөлшеріне байланысты. Күрделі дисперсті жүйеге сүтті жатқызуға болады. Сүттің негізгі құрамы (суды есептемегенде) май, казеин және сүт қантынан тұрады. Май сүтте эмульсия түрінде болады да қаймақ түрінде бетіне көтеріледі. Казеин коллоидты ерітінді түрінде болып, өздігінен бөлінбейді, егер сүт қышқылданса ірімшік түрінде тұнады. Табиғи жағдайда казеиннің бөлінуі сүт ашығанда жүреді. Сүт қанты молекулалық ерітінді түрінде кездесіп, суы буланғанда бөлінеді.

Ерітіндінің тұрақтылығы еріткіш арасында тараған бөлшектердің мөлшеріне байланысты болады, осыған байланысты ерітінділерді жүзгіндер (бөлшектер радиусы 10^-5 – 10^-3 см), коллоидты ерітінділер (бөлшектер радиусы 10^-7 – 10^-5см) және нағыз ерітінділер (10^-8 – 10^-7 см – таралатын бөлшектер өлшемі молекула, ион өлшемі мен бірдей) деп бөледі.

Химия даму барысында едәуір бөлігінде зерттеу объектісі негізінен тұрақты құрамды заттар болып келгені белгілі, ал ерітінді – айнымалы құрамды жүйе.

Ерітінділер теориясын жасау мына ғалымдар Д.И.Менделеев, Д.П.Коновалов, В.А.Кистяковский, Н.С.Курнаков, С.Аррениус, Вант-Гофф, Оствальд есімдермен байланысты.

Ерітіндінің түзілуін түсіндіретін физикалық және физико-химиялық теория бар. Физикалық теорияны жақтаушылар (Оствальд, Аррениус) пікірі бойынша ерітіндінің құрамдас бөліктері химиялық әсерлеспей, тек диффузия әсерінен біртекті жүйеге айналады деп саналады. Сұйық және қатты ерітінділерде еріткіш пен еріген зат бөлшектері бір бірімен әсерлесіп, химиялық қосылыстағы сияқты жақын қашықтықта орналасады. Еріткіш молекуласы мен еріген зат молекуласының әрекеттесуі табиғаты әр түрлі күштерге байланысты болады, нәтижесінде ерітіндіде тұрақты комплексті және полимерлі қосылыстар түзіледі.

Еріткіште заттың еру қабілеті ерітінді компоненттері Х₁ және Х₂ молекулалары арасындағы әрекеттесу сипатына тәуелді болады. Еріткіш-еріткіш (Х₁– Х₁), еріген зат-еріген зат (Х₂ – Х₂), еріткіш-еріген зат (Х₁ –Х₂).

Практикадағыдан жоғары ерігіштікке жету үшін аталған күштер бірдей сипатты болу керек. Полярсыз немесе аз полярлы қосылыстар аз полярлы немесе полярсыз еріткіштерде жақсы еріп, полярлығы жоғары қосылыстарды нашар ериді.

Заттың еруін үш сатыдан тұратын процесс ретінде қарастыруға болады:

1. 
   Заттың кристалдық торын бұзып, байланыстарын үзу, бұл, әрине, энергия жұмсалуымен байланысты, олай болса ΔH₁ > 0,
   
2. 
   Еріткіш молекулаларымен еріген еріген зат молекулаларының химиялық әсерлесуі, егер еріткіш су болса – гидраттар, басқа еріткіш болса – сольваттар түзеді. Сольваттар ерітіндіден тыс өмір сүре алады. Бұл сатысы энергияның бөлінуімен бйланысты, сондықтан ΔH₂ < 0,
   
3. 
   Еритін зат және еріткіш молекулаларының диффузия әсерінен бір – бірінде өздігінен араласуы энергияның сіңірілуімен байланысты, олай болса ΔH₃ > 0.
   

ΔH_еру = ΔН₁ + ΔН₂ + ΔН₃ (1.1)

Егер |ΔН₁ + ΔН₃|>|ΔН₂| болса, еру – эндотермиялық, |ΔН₁ + ΔН₃| < |ΔН₂| болғанда экзотермиялық үрдіс болады.

Газдардың еруі – экзотермиялық болады (ΔН_еру<0), оның себебі ΔН₁ шамасының аз болуына байланысты (молекулалық кристалдық торды бұзуға энергия аз жұмсалады). Изобара – изотермиялық потенциалға әсер ететін екінші энтропиялық факторы (газдар үшін) кішірейеді. (ΔS<0), сондықтан газ еруі үшін мына шарт орындалуға тиіс: |ΔH|>|TΔS|, сонда ΔG<0, осыдан газдар еруі үшін төмен температураның қажеттігі туындайды.

Заттың еруі кезінде оның физикалық қасиеттерінің өзгеруімен қатар химиялық өзгерістер болуына байланысты жылу бөлінуі немесе сіңірілуі байқалады. Кейде еру процесі көлемнің өзгеруімен немесе түсінің өзгеруімен сипатталады. Мысалы калий гидроксиді суда ерігенде ысиды.
КОН + аq → КОН* аq ∆H=-54 кДж
Ал аммоний нитраты ерігенде суу байқалады.
NH₄NO₃ + аq → NH₄NO₃* аq ∆H= +25 кДж
100мл су мен 100мл этил спиртін араластырсақ 200мл орнына 180мл шамасында ерітінді алынады, яғни еру барысында көлем азаяды.

Сусыз ақ түсті мыс сульфаты суда ерігенде көгілдір түсті ерітінді түзіледі. Осы айтылғандардың барлығы еру кезінде оның компоненттерінің химиялық табиғаты өзгеретінін көрсетеді.

Кейбір заттар суда ерігенде өте берік гидраттар түзеді, олар кристалданған кезде су молекуласы байланысқан күйде бөлінеді, оларды кристалогидраттар деп атайды: CuSO₄*5H₂O, Na₂SO₄*10H₂O, CrCl₃*6H₂O т.б.

Еріген зат пен еріткіштің агрегаттық күйі әр түрлі болғанымен, көпшілік жағдайда сұйықтарда әсіресе суда еріген заттар практикалық маңызды болып есептеледі. Сондықтан осыдан былай біз сулы ерітінді қарастырамыз.

Газдардың суда ерігіштігі әр түрлі. Мысалы, кәдімгі жағдайда 1 көлем суда 0,02 көлем Н₂, 400 көлем НСl ериді. t артқанда газдардың сұйықта ерігіштігі төмендейді. Сұйықтар қайнағанда онда еріген газдар бөлінеді (дегазизация).

Газдардың қысымға байланысты ерігіштігін газдардың ерігіштік заңы (Генри, 1803ж) түсіндіреді: газдардың сұйықтарда ерігіштігі олардың парциалды қысымына тура пропорционалды. Парциалды қысымның төмендеуі ерігіштіктің төменденуіне әкеледі. Мысалы, газдалған су жоғары қысымда әзірленгендіктен кәдімгі жағдайда да ашық ауада СО₂ бөлінеді. Себебі, көмір қышқыл газының порциальды қысымы 0,2 мм с.б. тең.

Сұйықтардың сұйықтарда еруі әр түрлі болады. Мысалы, спирт пен су кез-келген қатынаста араласады, ал бензол мен су бір-бірінде ерімейді. Сұйық ерітінділерге қатысты алғанда бұл өзгерістер екі типті болуы мүмкін:

1. 
   Еритін зат табиғатына тәуелді
   
2. 
   Іс жүзінде еритін зат табиғатына тәуелсіз.