פתרונות וריכוזים

פתרונות נמצאים בכל מקום בכימיה. הם משמשים לאחסון וטיפול בכמויות קטנות של חומר, ביצוע תגובות כימיות ופיתוח חומרים בעלי תכונות הניתנות לשליטה. תמיסה היא תערובת הומוגנית שמכילה כמה רכיבים בכמויות קטנות, שנקראים מומסים, ורכיב אחד בכמות גדולה, שנקרא ממס. כמות המומס ביחס לכמות הכוללת של תמיסה ידועה כ"ריכוז "שלה. תלוי אם המסה, הנפח או הכמות בשומות של רכיבי התמיסה הם שנבחנים, מדידה זו יכולה להתבטא במספר דרכים שונות, בהתאם לצרכי הניסוי. בסרטון זה נסקור תחילה את סוגי היחידות השונות למדידת ריכוז התמיסה. לאחר מכן נעבור על פרוטוקול להכנת תמיסת סוכרוז. לבסוף, נבחן כיצד מדידת ריכוז משמשת ביישומים כימיים מגוונים.

ריכוז התמיסה יכול לבוא לידי ביטוי במספר יחידות שונות, שכל אחת מהן עשויה להתאים יותר ליישומים מסוימים מאחרות. אחת היחידות הנפוצות ביותר היא מולריות, שהיא כמות המומס לנפח תמיסה; טוחנת אחת שווה ערך לשומה אחת של מומס לליטר תמיסה. בשל הפשטות של מדידת נפחי הנוזלים, מולריות היא אחת היחידות הנוחות ביותר לחישובים סטויכיומטריים של תגובות בתמיסה. סטוכיומטריה מבוססת על מספר המולקולות המעורבות בתגובה. לכן, ידיעת המולריות מפשטת את חישוב הריאגנטים הנדרשים.

כאשר הריכוז מתבטא ככמות המומס למסה של ממס, המדידה נקראת מולאליות. נפח החומרים משתנה עם הטמפרטורה, ולכן מדידת ריכוז עם מולאליות היא יתרון בעת לימוד תכונות פיזיקליות של תמיסות, הידועות כתכונות קוליגטיביות, הכרוכות בהבדלי טמפרטורה. שבר שומה הוא יחידת ריכוז נפוצה נוספת, והוא ניתן על ידי מספר שומות המומס למספר כולל של שומות של כל מרכיבי התמיסה ?? מומסים וממסים. שברי שומה שימושיים, למשל, כאשר חוקרים את "לחץ האדים" של תמיסות. זה משקף את המידה שבה חלקיקי מומס וממס "בורחים" מתמיסה נוזלית לשלב הגזי, מכיוון שחלק השומה שווה ליחס בין לחצים חלקיים ללחץ הכולל. כעת, כשיש לכם מושג כיצד ניתן למדוד את הריכוז של תמיסה, בואו נעבור על פרוטוקול להכנת תמיסה עם ריכוז מולארי ספציפי.

התחל בחישוב מסת הסוכרוז הדרושה, על ידי שימוש תחילה בנפח ובריכוז הרצויים של התמיסה כדי להגיע למספר שומות הסוכרוז, ולאחר מכן שימוש במסה המולקולרית כדי להמיר למסה. בדוגמה זו מייצרים 100 מ"ל של תמיסת סוכרוז של 0.01 M, כך שיהיה צורך ב-0.342 גרם. כדי לשקול את המסה הנדרשת של סוכרוז, הניחו תחילה סירת משקל נקייה וריקה על המאזניים. הגדר את "משקל הטרה", כלומר הגדרת משקל סירת המשקל הריקה כאפס. לאחר מכן, בעזרת כף, העבירו את אבקת הסוכרוז מבקבוק המגיב אל סירת השקילה עד לקבלת הכמות הרצויה. מניחים משפך אבקה לתוך בקבוק נפח נקי ויבש של 100 מ"ל. שופכים בזהירות את הסוכרוז דרך המשפך. בעזרת בקבוק כביסה המכיל את הממס, במקרה זה מים מזוקקים, שטפו את כל המוצק שנותר מסירת השקילה לתוך הבקבוק.

הוסף עוד מים מזוקקים, אך עצור לפני שהם מגיעים לסימן הכיול. יש לכסות ולסובב בעדינות כדי להמיס את המוצק. חשוב לא למלא את הבקבוק עד הסוף בשלב זה, מכיוון שעלול להיות קשה למוצק להתמוסס במלואו.

לאחר שכל הסוכרוז נמס, מוסיפים בזהירות את הממס באמצעות בקבוק כביסה עד שתחתית המניסקוס מגיעה לסיום הנפחי. מכסים שוב את הבקבוק והופכים אותו מספר פעמים כדי להבטיח פירוק וערבוב מוחלטים.

תמיסה סופר-רוויה היא כזו שבה מומס יותר מומס ממה שהיה צפוי, בהתחשב בטמפרטורה או בתכונות פיזיקליות אחרות של הממס. המידה שבה מבוסס על המומס, הממס וקצב הקירור. רוויה-על מושגת על ידי המסת המומס תחילה במצב בו המסיסות גבוהה, ולאחר מכן שינוי מהיר של מצב התמיסה? למשל, הפחתת הטמפרטורה או הנפח שלו? מהר יותר ממה שחלקיקי המומס יכולים לצאת מהתמיסה. בנקודה זו, יותר מומס יישאר בתמיסה בתנאים החדשים ממה שהיה אפשרי על ידי המסת המומס ישירות בתנאים אלה. כדי ליצור תמיסת סוכרוז רוויה במיוחד, הכניסו תחילה 100 מ"ל מים לכוס. מוסיפים מוט ערבוב מגנטי ואז מערבבים על פלטה חמה. מוסיפים 220 גרם סוכרוז למים המערבבים, ומניחים לתערובת הסוכרוז לערבב במשך 15 דקות. לאחר 15 דקות, שימו לב שלא כל הסוכרוז התמוסס. בשלב זה מחממים את התערובת ל-50 מעלות צלזיוס. ממשיכים לערבב את התערובת במשך 10 דקות נוספות.

בוחנים שוב את התמיסה. כל הסוכרוז היה צריך להתמוסס ב-50? ג?מים. כעת, הניחו לתמיסה להתקרר לאט לטמפרטורת החדר והסירו את מוט הערבוב. שימו לב שסוכרוז עדיין נשאר מומס. הפתרון בטמפרטורת החדר רווי כעת בסופר. הוספת אפילו כמות קטנה של אבקת סוכרוז נוספת לתמיסה זו יכולה לעורר התגבשות מהירה של כל הסוכרוז המומס.

כעת, לאחר שראיתם כיצד להכין פתרונות עם ריכוזים ספציפיים, בואו נסתכל על כמה דוגמאות לאופן שבו הרעיון יכול להוות שיקול חשוב עבור יישומים שונים.

לריכוז של ריאגנטים, רכיבי ממס ורכיבים אחרים של תגובה כימית יש לעתים קרובות השפעה משמעותית על קצב תוצרי התגובה. ריכוזי מגיבים גבוהים יותר מגדילים את הסבירות שהמולקולות יתקלו זו בזו ויגיבו, ובכך עלולים להגדיל את קצב התגובה. יחד עם זאת, ריכוזים מוגברים של יוני מלח טעונים בתמיסה עשויים גם להעדיף צבירה של מולקולות הידרופוביות, או "דוחות מים".

חוקרים כאן חקרו את ההרכבה העצמית של מולקולה מורכבת לפולימרים ארוכים בנוכחות ריכוזים משתנים של מלח בממס התגובה. הם מצאו כי בריכוזי מלח גבוהים יותר, הרכבת המולקולות לפולימרים מתרחשת בקלות רבה יותר.

הריכוז משפיע גם על קצב התהליכים הפיזיקליים כמו התגבשות. ביולוגים מגבשים לעתים קרובות מולקולות כמו חלבונים, שם הן מסודרות בצורה מסודרת בסריג גבישי, כך שניתן להסיק את המבנה שלהן על ידי חקר האופן שבו קרני רנטגן מתעקמות דרך הגבישים הללו. כדי לגבש חלבונים, מערבבים תמיסות חלבון עם "משקע", בדרך כלל מלח מסוג כלשהו, בריכוזים שונים וב-pH. לאחר מכן מכניסים טיפה מתערובת זו לתא סגור עם מאגר של תמיסת משקעים מרוכזת יותר. כאשר מים מתאדים מטיפת תמיסת החלבון על מנת לאזן את ריכוז המשקעים בין הטיפה למאגר, החלבון הופך לרווי יותר ויותר ובסופו של דבר מתגבש מתוך התמיסה. למידע נוסף, ראה את הסרטון שלנו על גידול גבישים.

לבסוף, הבנת הריכוז חשובה להערכת רמות הרעלים בסביבה. בדוגמה זו, מדענים פיתחו בדיקה לאיתור כמות הרעלן החיידקי בוטולינום שעלול להיות קטלני בדגימות מזון או מים, על ידי זיהוי המידה שבה הרעלן מבקע חלבון מסוים. כדי לבצע את הבדיקה, נוצרת תחילה "עקומה סטנדרטית" על ידי מדידת רמת הפעילות של ריכוזים ידועים שונים של הרעלן. לאחר מכן ניתן לבצע בדיקה רעלן מבודד מדגימות לא ידועות, וניתן לבצע אינטרפולציה של הריכוז על ידי השוואת פעילותו לעקומה הסטנדרטית.

זה עתה צפיתם בהקדמה של JoVE ליצירת פתרונות. כעת עליכם להבין מתי להשתמש ביחידות שונות לביטוי ריכוז, הדגמה ליצירת פתרון בריכוז מסוים, ולבסוף, מספר יישומים הממחישים את חשיבות הנושא.

תודה שצפית!