I mühazirə Kimya fənni və onun vəzifələri Məhlullar və onların təsnifatı. Məhlulların təbiəti haqqında klassik və müasir nəzəriyyələr. Elektrolitik dissosasiya, dissosasiya dərəcəsi və sabiti. Suyun ion hasili

I Mühazirə


Kimya fənni və onun vəzifələri Məhlullar və onların təsnifatı . Məhlulların təbiəti haqqında klassik və müasir nəzəriyyələr. Elektrolitik dissosasiya, dissosasiya dərəcəsi və sabiti. Suyun ion hasili

Kimya fənni təbiət elmlərindən biridir. Təbiət elmi dedikdə isə adətən 4 klassik elm sahəsi nəzərdə tutulur: kimya, fizika, biologiya və geologiya. Lakin son zamanlar təbiətin öyrənilməsində bu elmlərlə yanaşı onların sərhədində yaranan yeni elm sahələri (biokimya, geokimya və s.) dayanır. Bu elm sahələrinin hər birinin qarşısında isə konkret vəzifələr durur. Məs., fizika elmi maddələrin fiziki parametrlərini, materiyanın hərəkət formalarını, onların qarşılıqlı çevrilmələrini öyrənirsə, kimya elmi maddələrin molekulyar tərkibini, kimyəvi xassələrini və onların bir-birinə çevrilmələrini öyrənir.

Təbiətdə biz müxtəlif maddələrə və hadisələrə rast gəlirik. Lakin bu müxtəlifliklərdə bir vəhdət var ki, o da dünyanın maddiliyindədir; təbiətdə bizim şüurumuzdan asılı olmayaraq mövcud olan hər nə varsa, onlar ümumi bir anlayışla, materiya anlayışı ilə ümumiləşmişdir. Materiyanın müxtəlif təzahür formaları var ki, onlardan da biri hərəkətdir. Hərəkətsiz materiya olmadığı kimi, materiyasız da hərəkət mövcud deyildir. Materiyanın hərəkət formaları yox olmur, sadəcə olaraq bir formadan digərinə çevrilir. Materiyanın təzahür formalarından biri də maddə və sahədir. Materiyanın sükunət kütləsi olan hissəsinə maddə, sükunət kütləsi olmayan hissəsinə isə sahə deyilir. Sahənin müxtəlif təzahür formaları vardır: elektrik sahəsi, maqnit sahəsi və s. Müasir anlayışlara görə sahə fotonlardan təşkil olunub. Fotonların enerjisi və tezliyi arasındakı asılılığı isə 1900-cu ildə alman alimi Plank vermişdir: E=h_{ }. Maddənin kütləsi ilə enerjisi arasındakı asılılığı isə 1905-ci ildə Eynşteyn vermişdir: E=m_{ }(1. 2). Buradan görünür ki, enerji kütlə ilə düz mütənasibdir. Eyni zamanda ondan asılı kəmiyyətdir. Hər bir daşınan enerji özü ilə müəyyən kütlə aparır. Hər bir kütlə isə ona müvafiq enerjiyə malikdir. Əgər kimyəvi reaksiyalar energetik dəyişilmələrlə baş verirsə, onda reaksiyaya daxil olan və reaksiya nəticəsində alınan maddələrin kütlələri arasında həmişə fərq yaranır. Lakin (1. 2) bərabərliyindəki c-yə nisbətən m-in ədəd qiyməti cox kiçik qiymətlərlə səciyyələnir. Buna görə də, adətən kimyəvi reaksiyaların istilik effekti demek olar ki, nəzərə alınmır.
XIX əsrin I yarısında alimlərin qarşısında duran problemlərdən biri də, kimyəvi reaksiyaların gedib-getməməsini müəyyən edə bilən bir kriteriyanın axtarıb tapılması idi. Aparılan tədqiqatlar nəticəsində məlum olmuşdur ki, istiliyin ayrılması ilə gedən reaksiyalar adətən öz-özünə gedir. İstiliyin udulması ilə gedən reaksiyaların baş verməsi üçün isə ətraf mühitdən sistemə enerji verilməlidir. Bu deyilənlərdən belə nəticə çıxır ki, kimyəvi reaksiyaların istilik effekti onların gedib-getməməsinin kriteriyası ola bilər. Lakin sonralar məlum olmuşdur ki, istilik effekti ümumi halda hal funksiyası deyildir. Odur ki, istilik effektinin reaksiyaların gedib-getməməsinin kriteriyası olması üçün heç olmasa onun hansı halda hal funksiyası olması məlum olmalıdır. Bunu isə termodinamikanın birinci qanununa görə müəyyən etmək mümkündür.
Əgər silindrdəki qaza xaricdən bir “Q” istiliyi versək, onda qazın daxili enerjisi _{ }-dən _{ }-yə qədər artacaq ki, bu da onun həcminin _{ }-dən _{ }-yə qədər artmasına səbəb olur. Deməli, sabit təzyiqdə gedən prosesin istilik effekti: _{ }=_{ }+_{ } (1. 3). Bu ifadə termodinamikanın birinci qanununun riyazi formuludur. Əgər sabit təzyiqdə (1. 3) bərabərliyini inteqrallasaq:
_{ }=_{ } ifadəsini alarıq.
Əgər (U+pV) ifadəsini bir “H” ilə işarə etsək, onda sabit təzyiqdə gedən prosesin istilik effekti:
_{ } bərabər olar (1. 4).
“U” hal funksiyası, “PV” isə hal parametri olduğundan “H” da hal funksiyası olacaqdır. Buradan belə məntiqi nəticə çıxır ki, sabit təzyiqdə gedən proseslərin istilik effektləri hal funksiyasının dəyişməsinə bərabərdir. “H” hal funksiyası olduğundan onun dəyişməsinin ölçü dərəcəsi olan istilik effekti də hal funksiyası olacaq. Əgər proses sabit həcmdə aparılsa, onda həcmin dəyişməsi baş verməyəcək və prosesin istilik effekti: Q_{v  } olacaqdır (1. 5).
“U” hal funksiyası olduğundan onun dəyişilməsinin ölçü dərəcəsi olan istilik effekti də hal funksiyası olacaq. (1. 4) və (1. 5) bərabərlikləri termodinamikanın birinci qanunundan çıxan nəticələrdir.Bu deyilənlərdən belə məntiqi nəticə çıxır ki, sabit təzyiqdə və sabit həcmdə gedən proseslərin istilik effektləri hal funksiyasıdır. Bu nəticələrə istinad edərək rus alimi Hess özünün aşağıdakı empirik (riyazi əsası olmayan) qanununu şərh etmişdirki, o da, belə ifadə olunur: kimyəvi reaksiyaların istilik effekti reaksiyanın mərhələləri sayından asılı olmayıb, reaksiyada iştirak edən maddələrin kimyəvi təbiətindən və fiziki halından asılıdır. Onda Hess qanununa görə aşağıda verimiş reaksiyaların istilik effektləri arasındakı asılılıq

2C + O₂ = 2CO + ΔH₁

2CO + O₂ = 2CO₂ + ΔH₂
C + O₂ = CO₂ + ΔH_{3
 } şəkilində olacaqdır
Lakin sonralar aparılan təcrübələr nəticəsində məlum olmuşdur ki, kimyəvi reaksiyanın istilik effekti heç də onların gedib-getməməsinin kriteriyası ola bilməz. Elə endotermik reaksiyalar var ki, onlar müəyyən temperaturdan sonra öz-özünə gedir. Bütün bunlar isə termodinamikanın ikinci qanununun yaranmasına səbəb olmuşdur ki, onun da riyazi ifadəsi belədir: dG=dH-TdS.(1. 6) :
Məhlullar. Canlı aləmin əmələ gəlməsində və inkişaf edərək mövcud olmasında məhlullar əvəzsiz rola malikdir. Belə ki, həm bitkilər, həm də digər canlılar özlərinə lazım olan qida maddələrini adətən məhlul şəklində mənimsəyirlər. Hətta tibbdə istifadə olunan dərman preparatlarının böyük əksəriyyəti də venaya və ya dəri altına məhlul şəklində yeridilir. Ən sadə
zülalların da quruluşu məhlulda formalaşmışdır. Deməli, canlı aləmin mövcudluğunun saxlanılmasında və inkişafında məhlullar mühüm əhəmiyyət kəsb edir. Bundan başqa, maddələr mübadiləsinin əsasını da müxtəlif fiziki-kimyəvi proseslər, o cümlədən diffuziya, həllolma, osmos, dializ, hidroliz, buxarlanma, kondensləşmə və s. təşkil edir.
Beləliklə yuxarıda qeyd olunanlardan belə nəticəyə gəlmək olar ki, tibb təhsil sahəsində də məhlullar bəhsi geniş miqyasda tədris olunmalı və öyrənilməlidir.
Bir maddənin başqa maddə mühitində kiçik hissəciklər şəklində yayılmasından alınan sistem dispers sistem adlanır. Maddənin yayıldığı mühit dispers mühit, dispers mühitdə yayılan maddə isə dispers faza adlanır. Dispers faza və dispers mühitin aqreqat halına görə 9 növ dispers sistem var:

1. 
   Mühiti qaz olan dispers sistemlər:
   

Q_{ }Q
M_{ }Q
B _{ }Q

2. 
   Mühiti bərk olan dispers sistemlər:
   

Q_{ }B
M_{ }B
B _{ } B

3. 
   Mühiti maye olan dispers sistemlər:
   

Q _{ } M
M _{ } M
B _{ } M
Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, canı aləmin həyat tərzinin mövcudluğunun saxlanılmasında və inkişafında mühiti maye olan dispers sistemlər daha çox əhəmiyyət kəsb edir. Belə dispers sistemlərin bir çox xassələri, o cümlədən davamlılığı dispers fazanın ölçülərindən asılıdır. Odur ki, belə məhlullar dispers faza hissəciklərinin ölçüsünə görə 3 yerə bölünür: həqiqi məhlullar, kolloid məhlullar və asılqanlar.
İki və ya daha çox komponentlərdən ibarət olan, dəyişkən tərkibli bircinsli (homogen) sistemlərə həqiqi məhlul deyilir. Həqiqi məhlullarda dispers faza hissəciklərinin ölçüləri _{ }1 millimikrondan (mmk) kiçik olur. Belə məhlullar bircinsliliyi ilə bərabər eyni zamanda çox davamlı sistemlərdir. Elektrik keçiriciliyinə görə onlar iki yerə bölünür: elektrolitlərdən əmələ gələn ion məhlulları və qeyri-elektrolitlərdən əmələ gələn molekulyar məhlullar.
Adətən dispers mühiti maye olan məhlullarda dispers faza və dispers mühiti bir-birindən fərqləndirmək lazımdır (baxmayaraq ki, bu bölgü şərtidir). Əgər məhlulun komponentləri təmiz halda müxtəlif aqreqat haldadırsa, onda o komponent həlledici hesab edilir ki, onun aqreqat halı məhlulun aqreqat halı ilə eyni olsun. Əgər məhlulun komponentləri eyni aqreqat haldadırsa, onda hansı komponentin miqdarı çoxdursa, o həlledici adlandırılır. Digər tərəfdən, əgər məhlulda hər iki komponentin miqdarı bir-birinə bərabər və ya yaxındırsa və onlar eyni aqreqat haldadırsa, onda dispers faza və dispers mühit məfhumları öz məzmununu itirir; belə məhlulda, həllolma zamanı hansı komponentin daxili quruluşu dəyişmirsə, o həlledici qəbul olunur.
Saf mayelər kimi, məhlulların da daxili quruluşu var.Duru məhlullarda o həlledicinin, qatı məhlullarda isə həll olan maddənin daxili quruluşuna yaxın olur. Ümumiyyətlə, məhlul əmələ gələrkən həm həll olan maddənin, həm də həlledicinin daxili quruluşu nisbətən dəyişir. Bu isə endotermik prosesdir. Həllolan və həlledici hissəciklərinin qarşılıqlı təsir məhsulu olan solvatların əmələ gəlməsi isə ekzotermik prosesdir. Həllolmanın ümumi istilik effekti isə həllolma zamanı ayrılan (udulan) istilik effekti ilə solvatların əmələgəlmə istiliyi arasındakı fərqdən asılıdır ki, bu da ya müsbət (ekzotermik), ya da mənfi (endotermik) olur; 1 mol maddənin həllolması zamanı udulan və ya ayrılan istilik miqdarına həllolma istiliyi deyilir.
Qeyd etmək lazımdır ki, həllolma prosesi nəinki istilik effekti ilə eyni zamanda bəzi hallarda həcm və ya rəng dəyişikliyi ilə də müşayiət olunur. Odur ki, maye məhlullara kimyəvi birləşmələr kimi də baxmaq olar. Lakin məhlulların sabit tərkibinin, başqa sözlə, həll olan maddə ilə həlledici hissəcikləri arasında dəqiq çəki nisbətinin olmaması və onların tərkibinin daim dəyişməsi onları mexaniki qarışığa bənzədir. Buna görə də, məhlullar mexaniki qarışıqla kimyəvi birləşmə arasında orta mövqe “tutur”.
Məhlulların əmələgəlmə prosesi, adətən, öz-özünə gedir. Belə ki, istənilən təmiz maddə onu əhatə edən ətraf mühitdən qarışığı udaraq öz-özünə çirklənir. Həllolmanın öz-özünə getməsinin isə bir çox səbəbləri var. Məsələn, molekulyar-kinetik n.n. məhlulların öz-özünə əmələ gəlməsinə səbəb həll olan maddə hissəciklərinin həlledici daxilinə diffuziya etməsidir. Diffuziyaya səbəb isə məhlulun bütün həcmində həll olan maddə hissəciklərinin qatılıqlarının eyni olmamasıdır. Buna görə həll olmanın öz-özünə getməsi o vaxta qədər davam edir ki, məhlulun bütün həcmində qatılıq eyni olsun. Başqa sözlə, maddənin həllolmasının öz-özünə getməsi doymuş məhlul alınana qədər davam edir.
Termodinamik n.n. istənilən proseslər kimi sabit temperatur və sabit təzyiqdə həllolmanın öz-özünə getməsi üçün də həllolma zamanı _{ } şərti ödənilməlidir. Yəni həll olma ekzotermik (_{ }) olmalı və sistemin nizamsızlığı artmalıdır (_{ }). Bu isə o zaman mümkündür ki, solvatların əmələgəlmə enerjisi, həll olan maddənin kristal qəfəsinin dağılma enerjisindən şox olsun və həll olma zamanı nizamlı quruluş nizamsız quruluşa çevrilsin. Lakin _{ } olduğu prosesin entropiyası həm müsbət (_{ }), həm də mənfi qiymət ala bilər (_{ }); həllolma zamanı nizamlı quruluş nizamsız quruluşa keçirsə, _{ }, əgər solvatların əmələ gəlməsi ilə məhlulda nizamlı quruluş yaranırsa, _{ } olur.
Əgər həllolma prosesi endotermikdirsə, onda həllolma o zaman öz-özünə gedir ki, həllolma zamanı sistemdə _{ } olsun. Belə hal isə həll olan maddə ilə həlledici hissəcikləri arasında qarşılıqlı təsirin zəif olduğu halda ödənilir.
Məhlulun öz-özünə əmələ gəlməsinin səbəblərindən biri də, həllolma zamanı həll olan və həlledici hissəcikləri arasında həm fiziki, həm də kimyəvi qarşılıqlı təsirin baş verməsidir.
Fiziki qarşılıqlı təsirə orientasiya, induksiya və dispersion qarşılıqlı təsir növlərini misal göstərmək olar; bu molekulyar qarşılıqlı təsir növlərinə bəzən Van-der-Vaals qüvvələri də deyilir.