פתרונות וריכוזים

פתרונות נמצאים בכל מקום בכימיה. הם משמשים לאחסון ומטפלים בכמויות קטנות של חומר, לבצע תגובות כימיות, ולפתח חומרים עם תכונות לשליטה. פתרון הוא תערובת הומוגנית המכילה כמה רכיבים בכמויות קטנות, הנקראים מסיסים, ורכיב אחד בכמות גדולה, הנקרא הממס. כמות solute ביחס לכמות הכוללת של פתרון ידוע בשם "הריכוז" שלה. תלוי אם זה המסה, נפח, או כמות מולים של רכיבי הפתרון כי הם נחשבים, מדידה זו יכולה לבוא לידי ביטוי במספר דרכים שונות, על פי הצרכים של הניסוי. בסרטון זה נסקור תחילה את סוגי היחידות השונים למדידת ריכוז הפתרון. לאחר מכן נעבור על פרוטוקול להכנת פתרון סוכרוז. לבסוף, נבחן כיצד נעשה שימוש במדידת ריכוז ביישומים כימיים מגוונים.

ריכוז הפתרון יכול לבוא לידי ביטוי במספר יחידות שונות, שכל אחת מהן עשויה להתאים יותר ליישומים מסוימים מאחרות. אחת היחידות הנפוצות ביותר היא הטוחנות, שהיא כמות solute לכל נפח של פתרון; טחנת אחת שווה שומה אחת של solute לליטר של פתרון. בשל הפשטות של מדידת נפחי הנוזלים, הטוחנת היא אחת היחידות הנוחות ביותר לחישובים סטויצ'יומטריים של תגובות בתמיסה. סטויצ'ומטריה מבוססת על מספר המולקולות המעורבות בתגובה. לכן, ידיעת הטוחנת מפשטת את החישוב של ריאגנטים נדרשים.

כאשר הריכוז מתבטא ככמות של solute לכל מסה של ממס, המדידה נקראת מוליות. נפח החומרים משתנה עם הטמפרטורה, ולכן מדידת ריכוז עם מוליות היא יתרון בעת לימוד תכונות פיזיות של פתרונות, המכונה תכונות קולגיקטיביות, אשר כרוכים הבדלי טמפרטורה. שבר שומה הוא יחידת ריכוז נפוצה נוספת, והוא ניתן על ידי מספר השומות של solute לכל מספר כולל של שומות של כל רכיבי הפתרון - מסיסים וממס. שברי שומה שימושיים, למשל, בעת חקירת "לחץ האדים" של פתרונות. זה משקף את המידה שבה חלקיקים ממסים וממסים "בורחים" מפתרון נוזלי לשלב הגזי, שכן שבר השומה שווה ליחס של לחצים חלקיים ללחץ מוחלט. עכשיו שיש לך מושג איך הריכוז של פתרון ניתן למדוד, בואו נעבור פרוטוקול להכנת פתרון עם ריכוז שן הטוחנת ספציפית.

התחל על ידי חישוב המסה של סוכרוז הדרוש, על ידי שימוש תחילה בנפח הרצוי וריכוז של הפתרון כדי להגיע למספר מולים של סוכרוז, ולאחר מכן באמצעות המסה המולקולרית להמיר למסה. בדוגמה זו, 100 מ"ל של פתרון סוכרוז 0.01 M נעשה, כך 0.342 גרם יהיה צורך. כדי לשקול את המסה הנדרשת של סוכרוז, ראשית, מקום נקי, ריק לשקול סירה על האיזון. הגדר את "משקל טרה", כלומר הגדרת המשקל של סירת השקילה הריקה כאפס. לאחר מכן, באמצעות סקופולה, להעביר את אבקת סוכרוז מבקבוק ריאגנט על סירת שקילה עד הסכום הרצוי מתקבל. מניחים משפך אבקה לתוך בקבוקון נפחי נקי ויבש של 100 מ"ל. יוצקים בזהירות את הסורוז דרך המשפך. באמצעות בקבוק כביסה המכיל את הממס, במקרה זה מים מזוקקים, לשטוף כל מוצק שנותר מסירת שקילה לתוך הבקבוקון.

מוסיפים עוד מים מזוקקים, אך עוצרים לפני שהם מגיעים לסימן הכיול. מכסים ומערבבים בעדינות כדי להמיס את המוצק. חשוב לא למלא את הבקבוקון כל הדרך בשלב זה, כפי שהוא עשוי להיות קשה עבור מוצק להתמוסס באופן מלא.

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

פתרון רווי הוא אחד שבו יותר solute מומס אז היה צפוי, בהתחשב בטמפרטורה או תכונות פיזיות אחרות של הממס. המידה שבה מבוססת על ההמולה, הממס וקצב הקירור. רוויית-על מושגת על ידי המסת ההמולה תחילה במצב שבו המסיסות גבוהה, ולאחר מכן שינוי מהיר של מצב הפתרון - למשל, הפחתת הטמפרטורה או נפחו - מהר יותר מאשר החלקיקים הנוחים יכולים לצאת מהפתרון. בשלב זה, יותר solute יישאר פתרון בתנאים החדשים מאשר יהיה אפשרי על ידי המסת solute ישירות בתנאים אלה. כדי ליצור פתרון סוכרוז רווי, במקום הראשון 100 מל של מים לתוך. מוסיפים מוט ערבוב מגנטי, ואז מערבבים על צלחת חמה. מוסיפים 220 גרם סוכרוז לתוך המים המערבבים, ומאפשרים לתערובת סוכרוז לבחוש במשך 15 דקות. לאחר 15 דקות, שימו לב שלא כל הסוכרוז נמס. בשלב זה, לחמם את התערובת ל 50 °C (50 °F). ממשיכים לערבב את התערובת במשך 10 דקות נוספות.

בדוק את הפתרון שוב. כל הסוכרוז היה צריך להיות מומס במים 50 מעלות צלזיוס. עכשיו, תן לפתרון להתקרר לאט לטמפרטורת החדר ולהסיר את בר הערבוב. שים לב כי סוכרוז עדיין נשאר מומס. פתרון טמפרטורת החדר הוא עכשיו רווי. הוספת אפילו כמות קטנה של אבקת סוכרוז נוספת לתוך פתרון זה יכול לעורר recrystallization מהיר של כל סוכרוז מומס.

עכשיו לאחר שראיתם כיצד להכין פתרונות עם ריכוזים ספציפיים, בואו נסתכל על כמה דוגמאות כיצד הרעיון יכול להיות שיקול חשוב עבור יישומים שונים.

ריכוז ריאגנטים, רכיבי ממס, ורכיבים אחרים של תגובה כימית לעתים קרובות יש השפעה משמעותית על קצב המוצרים של התגובה. ריכוזים גבוהים יותר של מגיבים מגדילים את הסבירות שהמולקולות ייתקלו זו בזו ויגיבו, ובכך עשויים להגדיל את קצב התגובה. יחד עם זאת, ריכוזים מוגברים של יונים מלוחים טעונים בתמיסה עשויים גם להעדיף את הצטברות של מולקולות הידרופוביות, או "דוחות מים".

חוקרים כאן חקרו את ההרכבה העצמית של מולקולה מורכבת לפולימרים ארוכים בנוכחות ריכוזים שונים של מלח בממס התגובה. הם מצאו כי בריכוזים גבוהים יותר של מלח, הרכבה של המולקולות לתוך פולימרים מתרחשת בקלות רבה יותר.

הריכוז משפיע גם על קצב התהליכים הפיזיים כגון התגבשות. ביולוגים מגבשים לעתים קרובות מולקולות כגון חלבונים, שם הם מסודרים בצורה מסודרת בסריג קריסטל, כך שניתן להסיק את המבנה שלהם על ידי לימוד כיצד קרני רנטגן מתפזרות דרך גבישים אלה. כדי לגבש חלבונים, פתרונות חלבון מעורבבים עם "משקעים", בדרך כלל מלח מסוג כלשהו, בריכוזים שונים ו- pH. טיפה של תערובת זו מוכנסת לאחר מכן לתא סגור עם מאגר של פתרון משקעים מרוכז יותר. כאשר המים מתאדים מטיפות תמיסת החלבון על מנת לשקם את ריכוז המשקעים בין הטיפה למאגר, החלבון הופך להיות רווי יותר ויותר ובסופו של דבר מתגבש מתוך התמיסה. לקבלת מידע נוסף, עיין בסרטון שלנו על גידול גבישים.

לבסוף, הבנה של ריכוז חשוב להערכת רמות של רעלים בסביבה. בדוגמה זו, מדענים פיתחו בדיקת ניסיון כדי לזהות את כמות הרעלן החיידקי שעלול להיות קטלני בדגימות מזון או מים, על ידי זיהוי המידה שבה הרעלן נצמד לחלבון מסוים. כדי לבצע את ההסתה, "עקומת תקן" נוצרת תחילה על ידי מדידת רמת הפעילות של ריכוזים ידועים שונים של הרעלן. רעלן מבודד מדגימות לא ידועות יכול להיות נתון לבדיקה, ואת הריכוז יכול להיות interpolated על ידי השוואת פעילותו לעקומה הסטנדרטית.

הרגע צפית בהקדמה של JoVE ליצירת פתרונות. עכשיו אתה צריך להבין מתי להשתמש ביחידות שונות כדי להביע ריכוז, הדגמה להכנת פתרון עם ריכוז מסוים, ולבסוף, כמה יישומים הממחישים את חשיבות הנושא.

תודה שצפיתם!