Розчини в хімії зазвичай є бінарними, тобто вони складаються з двох компонентів: розчиненої речовини та розчинника , один з яких є речовиною, що розчиняється, а інший - розчинником.
Виходячи з цього, їх можна розділити на два типи: стандартизовані розчини та емпіричні розчини , останні - це ті, в яких кількість розчиненої речовини та розчинника, яку вони можуть містити, не враховується кількісно та точно.
Зазвичай в емпіричних розчинах розчинені речовини та розчинники є відносними, оскільки вони можуть просто змінюватися залежно від кількості; якщо у нас є розчин з однаковою кількістю обох елементів, будь-яка з двох назв може бути присвоєна кожному з них, хоча за домовленістю речовина, яка знаходиться в більшій пропорції , вважається розчинником.
Що таке рішення?
Щоб повністю зрозуміти термін « емпіричні розчини», необхідно знати, що таке розчин. У хімії розчин визначається як однорідна суміш , зазвичай що складається з частинок розміром менше 10 атомів або відносно малих молекул. Ці розчини зазвичай складаються з двох основних речовин: розчинених речовин та розчинників.
Однорідна суміш — це суміш, у якій її компоненти рівномірно розподілені на мікроскопічному рівні, тому фази нерозрізнені неозброєним оком. Типовими прикладами є солона вода, газований напій або повітря, яким ми дихаємо (суміш кількох газів).
Розчинені речовини
Розчинені речовини – це речовини, які розчиняються в суміші, оскільки вони присутні в меншій кількості порівняно з розчинником. Розчинена речовина може бути твердою, рідкою або газоподібною, якщо вона може бути рівномірно диспергована в розчиннику. Типовим прикладом є розчинення цукру у воді.
Розчинники
Розчинники – це речовини, які розчиняють розчинені речовини; вони присутні в більших пропорціях , ніж сама розчинена речовина. Розчинник забезпечує середовище, в якому дисперговані частинки розчиненої речовини. Вода є найпоширенішим розчинником у повсякденному житті та відома як універсальний розчинник завдяки своїй здатності розчиняти широкий спектр речовин.
Розчини поділяються на два основні типи: ті, в яких можна визначити точну кількість розчиненої речовини та розчинника в суміші, які називаються стандартними розчинами ; а також емпіричні розчини , які не дозволяють точно визначити кількість цих компонентів, оскільки не дотримуються формальних методів вимірювання.
Що таке емпіричне рішення?
Емпіричні розчини – це суміші, в яких точну кількість розчиненої речовини та розчинника неможливо визначити за допомогою кількісних розрахунків або лабораторних приладів. У цих розчинах співвідношення між ними встановлюється якісно та на основі досвіду чи особистої оцінки, без використання одиниць концентрації, таких як молярність, нормальність або відсоток.
В емпіричному розв'язку можуть бути присутніми різні агрегатні стани: тверді речовини можуть бути розділені або об'єднані в рідинах , рідини в рідинах , гази в рідинах і гази в газах , причому речовина більшого об'єму зазвичай діє як розчинник і розчиняє ту, що міститься в меншій пропорції.
Слово «емпіричний» стосується того факту, що ці розчини є продуктом практики та досвіду людини , яка їх готує. Вони також відомі як якісні розчини , оскільки описується такими термінами, як «невелика кількість», «багато», «щіпка» або «ложка», без вираження точних мас, молярних чи об’ємних значень.
Час розчинення залежить від таких факторів, як температура , тиск та природа розчиненої речовини . У випадку газоподібних розчинів ці фактори значною мірою визначають здатність газу розчинятися в розчиннику, потенційно збільшуючи в'язкість або густину, коли кількість газоподібного розчиненого речовини є значною.
Важливо зазначити, що емпіричні розчини поширені в повсякденних контекстах, таких як будинки, ресторани, бари та кухні . Будь-хто може їх приготувати без спеціальної підготовки з хімії чи використання вимірювальних приладів. Наприклад, приготування соку, коктейлю чи лате часто є емпіричними процесами: більше чи менше додається відповідно до особистого смаку.
Існує п'ять типів емпіричних розчинів, класифікованих за властивостями розчинника та розчиненої речовини: розбавлені , концентровані , насичені , ненасичені та пересичені . Ця класифікація базується на розчинності та кількості розчиненої речовини, доданої до розчинника, хоча точні цифри не використовуються в емпіричному контексті.
Якщо суміш містить обидві речовини як рідкі компоненти, вони втрачають свою ідентичність як вихідні матеріали, і єдиний спосіб розрізнити їх – це кількість, присутня в суміші. Це дуже поширене явище під час приготування коктейлів, сумішей олій або рідких соусів.
Характеристики емпіричних рішень
Серед найважливіших характеристик емпіричних рішень можна назвати наступні:
- Зазвичай їх готують у неформальній обстановці таких як будинки, бари, кафе, їдальні чи промислові кухні, а не в дослідницьких лабораторіях.
- Їх можна виготовити шляхом будь-яка людина, без необхідності спеціальної хімічної підготовки чи досвіду використання об'ємних матеріалів чи терезів.
- Вони створені для задоволення практичних потреб, таких як їжа, смак, текстура чи зовнішній вигляд харчових продуктів та напоїв, а не для точних аналітичних чи промислових цілей.
- Переважна особистий смак, особиста оцінка та досвід: більше або менше розчиненої речовини додається залежно від бажаного смаку, кольору, запаху або консистенції.
- Жодних методів зважування не дотримуються та не виконуються стехіометричні розрахункиТакож для його приготування не використовується інструментальне обладнання, таке як pH-метри чи бюретки.
- Вони зазвичай не використовуються об'ємні матеріали калібровані; замість цього використовуються ложки, склянки, глечики, чашки, «щипки» пальцями або будь-яка повсякденна ємність.
- У звичайних та дослідницьких лабораторіях його використовують нечастийоскільки там для отримання відтворюваних результатів потрібні стандартизовані розчини з відомою концентрацією.
- Найпоширенішими емпіричними рішеннями зазвичай є тверді розчинені речовини, розчинені в рідинах (як цукор у воді) або суміші рідина-рідина (наприклад, різні лікери в коктейлі).
Види емпіричних рішень
Ці типи поділяються за стійкістю речовин до розчинення та, перш за все, за кількістю розчиненої речовини , присутньої в суміші, завжди з якісної точки зору. Основні категорії включають наступне.
Розвести розчини
Це розчини, в яких кількість розчинника значно більша за кількість розчиненої речовини, що призводить до відносно невеликої частки розчиненої речовини. Вони також відомі як слабкі розчини через невелику кількість розчиненої речовини. Прикладом цього може бути додавання ложки цукру до гарячої кави, яка розчиниться надзвичайно швидко завдяки кількості розчинника.
В емпіричному підході розбавлений розчин розпізнається за такими характеристиками, як м'який смак , блідий колір або низька видима густина . Наприклад, сік, приготований з дуже малою кількістю фруктового концентрату та великою кількістю води, сприймається як легкий і не дуже солодкий.
Концентровані розчини
Це розчини, які містять більшу кількість розчиненої речовини порівняно з кількістю розчинника в суміші. Це також можна інтерпретувати як максимальну кількість речовини, яка розчиняється в кількості розчинника, яку людина, яка її готує, вважає за доцільне. Прикладом цього може бути ситуація, коли 10 грамів солі поміщають у ½ літра води або коли до лимонаду додають велику кількість цукру, доки він не стане дуже солодким.
Важливо зазначити, що з емпіричної точки зору немає точної межі між розбавленими та концентрованими розчинами; розмежування проводиться відповідно до якісних критеріїв, таких як смак, колір, в'язкість або сприйнята густина. Одна людина може вважати напій концентрованим, який інша сприймає як прийнятно солодкий.
Ненасичені розчини
Ці розчини характеризуються тим, що концентрація розчиненої речовини нижча за максимальну кількість, яку розчинник може розчинити за певних умов температури та тиску. Іншими словами, все ще можливо розчинити більше розчиненої речовини без утворення осаду. Емпірично, це розчини, в яких, якщо додати більше розчиненої речовини, вона продовжує розчинятися без проблем. Прикладом може бути 30 грамів солі у 2 літрах води.
Насичені розчини
Насичені розчини є повною протилежністю ненасиченим розчинам, оскільки вони містять максимальну кількість розчиненої речовини , яку розчин може утримувати за певних умов тиску та температури. Коли розчин насичений, розчинена речовина більше не розчиняється , створюючи динамічну рівновагу між розчиненою та нерозчиненою розчиненою речовиною. У практичних, емпіричних спостереженнях зазначено, що незалежно від того, наскільки сильно розчин перемішується, частина розчиненої речовини залишається на дні посудини.
Перенасичені розчини
Ці розчини містять навіть більше розчиненої речовини , ніж насичені розчини за тих самих умов. Зазвичай їх отримують підвищенням температури розчинника , щоб він міг розчинити більше розчиненої речовини, ніж зазвичай, а потім охолодженням суміші без її порушення. Єдиний спосіб зберегти надлишок розчиненої речовини розчиненим – це підтримувати досягнуті умови; після охолодження або інших змін значна частина розчиненої речовини може повернутися до свого початкового стану та кристалізуватися.
Пересичені розчини нестабільні і при найменшому струсі чи різкому русі, або при введенні кристала розчиненої речовини, вони швидко перетворюються на насичені розчини, при цьому надлишок розчиненої речовини випадає в осад. Це явище дуже ілюстративне в лабораторних експериментах та у виробництві цукерок та кристалізованих солодощів.
Властивості розчину
Розчини мають багато властивостей, але однією з найважливіших є розчинність , яка являє собою кількість розчиненої речовини, що за певної температури може розчинитися в розчиннику до досягнення рівноваги. Кожна сполука має свій власний рівень розчинності, який залежить від таких факторів, як її хімічна природа та природа розчинника.
У контексті розчинів існують також інші властивості, пов'язані як з розчиненою речовиною, так і з розчинником. Для розчиненої речовини це включає електропровідність (у випадку електролітів), тиск пари та вплив на точку замерзання або кипіння розчину. Для розчинника вивчаються такі властивості, як температура кипіння , температура плавлення та діелектрична проникність.
З мікроскопічної точки зору, для утворення однорідного розчину має існувати певне притягання між молекулами розчиненої речовини та розчинника, яке долає сили притягання лише між молекулами розчиненої речовини. Це призводить до дисперсії частинок розчиненої речовини, які, у свою чергу, зв'язуються з частинками розчинника, створюючи однорідну систему.
Класичним прикладом є суміш води та цукру. Коли ви покладете ложку цукру у склянку води, він розчиниться, оскільки молекули води достатньо сильні, щоб взаємодіяти з молекулами цукру , руйнуючи кристалічну структуру цукру та оточуючи кожну розчинену частинку. У результаті утворюється однорідна рідина, в якій кристали цукру більше не видно неозброєним оком.
Спосіб приготування багатьох емпіричних розчинів (перемішування, нагрівання, подрібнення розчиненої речовини) також впливає на швидкість розчинення . Подрібнення твердої розчиненої речовини на дрібні частинки або підвищення температури розчинника зазвичай прискорює процес, навіть якщо кількісні вимірювання не проводяться.
Як готуються емпіричні рішення?
Під час приготування емпіричних розчинів переважають особисті вподобання та практичні вимоги . Кількість розчиненої речовини та кількість розчинника залежать від судження особи, яка готує суміш, без використання точного зважування або точних об'ємних вимірювань.
У цих типах розчинів формальні одиниці вимірювання відсутні . Замість грамів чи мілілітрів використовуються такі вирази, як «чайна ложка солі», «трішки молока», «щіпка цукру» або «два пальці лікеру», які є явно емпіричними, оскільки вони не виражають концентрацію через точну масу чи кількість присутніх молей.
Матеріали, що використовуються для приготування емпіричних розчинів, також неформальні: ложки, чашки, склянки, глечики, жмені або жмені, взяті пальцями. Ці контейнери не мають каліброваного індикатора об'єму, тому дві людини можуть готувати різні суміші, навіть використовуючи одну й ту саму, здавалося б, «міру».
Незважаючи на цю відсутність точності, багато людей досягають вражаючої емпіричної відтворюваності завдяки практиці: вони можуть приготувати, наприклад, той самий сорт кави або той самий коктейль з дуже схожим смаком у багатьох випадках, спираючись виключно на сенсорний досвід.
Повсякденні приклади емпіричних рішень
Емпіричні рішення постійно присутні в повсякденному житті. Деякі додаткові приклади, окрім тих, що представлені нижче:
- Приготування коктейлюХоча кількість алкогольних напоїв та інших інгредієнтів вказується, на практиці вона зазвичай змінюється залежно від смаку людини, яка готує напій, або відвідувача.
- Виготовлення тортів та тістечокЗмішайте яйця, борошно, молоко, цукор та олію в кількостях, які часто регулюються на ходу для досягнення бажаної текстури.
- Соуси та рагуКількість солі, спецій, бульйону або води регулюється відповідно до бажаного смаку, без зважування чи точних вимірювань.
- Соки та смузіПропорцію фруктової м'якоті, води, молока або льоду змінюють, щоб зробити їх густішими, легшими, солодшими або кислишими.
- Настої та чаїДодайте «ложку» або «жменю» трав у гарячу воду, але ця кількість варіюється від людини до людини.
8 прикладів, які допомагають визначити емпіричні рішення
- Під час підготовки кафе-кон-лечеКава, будучи твердою речовиною (цілі зерна або мелена, яку потім екстрагують), розглядається як розчинена речовина, а молоко – як розчинник, будучи рідиною. Залежно від того, скільки молока або кави додано, суміш буде світлішою або темнішою, без точного вимірювання співвідношення.
- Шоколад і водаШоколад (порошкоподібний або розтоплений) є розчиненою речовиною, а вода – розчинником. Інтенсивність смаку залежатиме від того, скільки шоколаду розчинено, що є яскравим прикладом емпіричного розчину.
- Коли його піддають розчину вода та повітряТуман або імла утворюється: дрібні краплі води, розсіяні в повітрі, утворюють систему, де газ діє як дисперсійне середовище.
- Фарба та розчинникЩоб олійну фарбу було легше використовувати, її потрібно розбавити розчинником, тобто тим самим розчинником, який використовується для цієї мети. Кількість доданого розчинника залежить від бажаної консистенції; точного вимірювання немає.
- мильна водаУ цьому розчині вода є розчинником, а мило – розчиненою речовиною. Це також може служити прикладом ненасиченого або концентрованого розчину, залежно від того, скільки мила додано.
- Кава з водоюПід час приготування фільтрованої або розчинної кави з водою генерується ще один емпіричний розчин, у якому вода діє як розчинник, а кількість кави регулюється за смаком.
- Цукрова водаЦукор – це речовина, яку потрібно розчинити, а вода – розчинник. Солодкість суміші залежить від кількості, доданої емпіричним шляхом.
- Вода зі штучними сокамиЦі напої є зневодненими продуктами, які функціонують як різновид ароматизованого цукру. Вони працюють так само, як і попередній приклад, регулюючи кількість порошку «на око» для досягнення бажаного смаку.
Увесь цей набір прикладів показує, як у повсякденному житті постійно готуються емпіричні розчини, в яких не обробляються точні цифри або концентрації, а інтуїтивно використовуються властивості розчинності, смаку, кольору та консистенції.