Оффтоп: "кипячение воды для чайников" или основы дистилляции
Рассказывая про алкоголь и его суть я как-то упускал дин важный момент - а как его получают-то? И вот, общаясь в прекрасном чате вопросами и обсуждениями пришла в голову мою мысль, а не выразить ли своими словами то, по чему написаны умные книги и трактаты.
Конечно, описать все не получится, да и зачем, ведь для этого и существует профессиональная литература. Тут же попробуем научпокнуть дистилляцию на бытовом, понятном уровне, но с научной подоплекой.
Конечно, описать все не получится, да и зачем, ведь для этого и существует профессиональная литература. Тут же попробуем научпокнуть дистилляцию на бытовом, понятном уровне, но с научной подоплекой.
Что такое растворы
Прежде, чем начинать что-то там объяснять, нужно разобраться в понятиях, на базе которых все это и будем разбирать. И основой любых дальнейших вещей будет самое основополагающие (на нашем уровне) понятие - раствор.
В этих ваших интернетах есть вполне сносное и понятное определение этого термина:
Раствор - это однородная смесь двух или более веществ, в которой одно вещество (растворенное вещество) равномерно распределено в другом (растворителе)
Самое важное, что нам отсюда нужно вытащить, что есть что-то растворенное и что-то, в чем мы это растворенное растворяем. Взяли соли, бахнули в воду и получили раствор. Или спирта в ту же воду. Или натрия в жидкий аммиак. Или Кислорода в азот. Оно равномерно распределяется в другом, образуя гомогенную единую фазу, без границы разделения (в отличии от механической смеси).
Второе важное определение, которое вытекает из первого и связано с самим процессом взаимодействия растворителя и растворенного вещества, звучит так:
Растворение — физико-химический процесс, где происходит взаимодействие между частицами, образующими раствор.Происходит в результате взаимодействия атомов (молекул) растворителя и растворённого вещества и сопровождается увеличением энтропии при растворении твёрдых веществ и её уменьшением при растворении газов.При растворении межфазная граница исчезает, при этом многие физические свойства раствора (например, плотность, вязкость, температура кипения, иногда — цвет, и другие) меняются.
Почему важно знать про растворение? Да потому что именно оно говорит нам ключевое - в растворах меняются некоторые свойства веществ, в частности, температуры кипения и плавления, плотность, давление пара и т.д. т.к. вещества ВЗАИМОДЕЙСТВУЮТ друг с другом. Какие-то сильнее, какие-то слабее, но взаимодействуют всегда.
А теперь подробнее поговорим как раз о свойствах и почему они такие.
Концентрация
Растворы относят к системам переменного состава (что и отличает их от химических веществ), т.е. из двух компонентов можно приготовить целую кучу растворов, которые будут отличать друг от друга по меньшей мере соотношением этих компонентов. Такую количественную характеристику соотношения веществ в растворе назвали концентрацией.
Концентрация – это величина, выражающая относительное содержание данного компонента в растворе.
Вариантов записать относительное содержание куча, но на практике пользуются достаточно ограниченным диапазоном вариантов, каждый из которых хорош для своей области. Ниже разберу топовый топ.
Массовая доля - самый простой вариант. Это соотношение массы растворенного компонента к общей массе раствора
Прежде, чем начинать что-то там объяснять, нужно разобраться в понятиях, на базе которых все это и будем разбирать. И основой любых дальнейших вещей будет самое основополагающие (на нашем уровне) понятие - раствор.
В этих ваших интернетах есть вполне сносное и понятное определение этого термина:
Раствор - это однородная смесь двух или более веществ, в которой одно вещество (растворенное вещество) равномерно распределено в другом (растворителе)
Самое важное, что нам отсюда нужно вытащить, что есть что-то растворенное и что-то, в чем мы это растворенное растворяем. Взяли соли, бахнули в воду и получили раствор. Или спирта в ту же воду. Или натрия в жидкий аммиак. Или Кислорода в азот. Оно равномерно распределяется в другом, образуя гомогенную единую фазу, без границы разделения (в отличии от механической смеси).
Второе важное определение, которое вытекает из первого и связано с самим процессом взаимодействия растворителя и растворенного вещества, звучит так:
Растворение — физико-химический процесс, где происходит взаимодействие между частицами, образующими раствор.Происходит в результате взаимодействия атомов (молекул) растворителя и растворённого вещества и сопровождается увеличением энтропии при растворении твёрдых веществ и её уменьшением при растворении газов.При растворении межфазная граница исчезает, при этом многие физические свойства раствора (например, плотность, вязкость, температура кипения, иногда — цвет, и другие) меняются.
Почему важно знать про растворение? Да потому что именно оно говорит нам ключевое - в растворах меняются некоторые свойства веществ, в частности, температуры кипения и плавления, плотность, давление пара и т.д. т.к. вещества ВЗАИМОДЕЙСТВУЮТ друг с другом. Какие-то сильнее, какие-то слабее, но взаимодействуют всегда.
А теперь подробнее поговорим как раз о свойствах и почему они такие.
Концентрация
Растворы относят к системам переменного состава (что и отличает их от химических веществ), т.е. из двух компонентов можно приготовить целую кучу растворов, которые будут отличать друг от друга по меньшей мере соотношением этих компонентов. Такую количественную характеристику соотношения веществ в растворе назвали концентрацией.
Концентрация – это величина, выражающая относительное содержание данного компонента в растворе.
Вариантов записать относительное содержание куча, но на практике пользуются достаточно ограниченным диапазоном вариантов, каждый из которых хорош для своей области. Ниже разберу топовый топ.
Массовая доля - самый простой вариант. Это соотношение массы растворенного компонента к общей массе раствора
Массовая доля, где m – масса (г)
Тут у нас появляется понятие "моль". Моль - это не только падла, которая доедает чью-то шубу, но еще и такое количество вещества (любого) в котором содержится 6,02214076 × 10²³ частиц. Т.е. моль воды - это такое ее количество, в котором это число молекул воды. Моль этанола - молекул этанола. Моль слонов - такое количество слонов. Логику, думаю, вы поняли.
Молярность - категорически удобная концентрация, т.к. в моле всегда одно и то же количество частиц, что бы мы не взяли. А т.к. вещества взаимодействуют прям частицами, то можно смело сказать, что соотношение будет одинаковым на любом уровне. Т.е. если взаимодействует 1 частица одного вещества и 2 другого, то можно сказать. что будут взаимодействовать 1 моль и 2 моль. С граммами такой фокус не прокатит.
Растворимость - это способность вещества растворяться в том или ином растворителе; она характеризуется концентрацией насыщенного раствора и выражается количеством граммов растворенного вещества в 100г растворителя (при 20ºC).
Например, если поместить 50 г хлорида натрия NaCl в 100г H2O, то при 20ºC
растворится только 36 г соли. Это значит, что растворимость хлорида натрия Р(NaCl)=36 г.
Если в 100 г растворителя растворяется более 10 г вещества, то такое вещество
называют хорошо растворимым; если растворяется менее 1 г вещества - малорастворимым; если в раствор переходит менее 0,01 г вещества – практически нерастворимым. Но абсолютно нерастворимых веществ не бывает - хоть немного, но всегда растворится.
Кипение и замерзание или фазовые переходы
Любая жидкость при любой температуре испаряется. Параллельно процессу испарения осуществляется процесс конденсации паров данной жидкости. В некоторый момент времени между этими процессами устанавливается динамическое равновесие, т.е. сколько частиц раствор покинуло, столько и вернулось назад (при условии стабильности всех внешних факторов). Такое равновесие называется фазовым.
Пар над жидкостью, который находится в состоянии фазового равновесия с ней,
называется насыщенным паром. При данной температуре концентрация насыщенного пара над каждой жидкостью – величина постоянная, а, следовательно, и давление тоже будет постоянным. Соответственно, если мы увеличим температуру, увеличатся и концентрация с давлением насыщенного пара, т.к. бОльшее количество частиц будут обладать энергией, достаточной, чтобы свалить из раствора (преодолеть силы взаимодействия частиц друг с другом).
Но мы тут начали говорить про кипение вроде как, а пока не разобрались, че это такое.
Итак, испаряется все. Получается, рано или поздно, при нагреве мы достигнем такой точки, когда давление пара будет равно атмосферному и сдерживать молекулы станет нереально. Начинается процесс интенсивного парообразования, т.е. кипения. Не будем углубляться в физику самого процесса, на данном этапе она нам не пригодится.
Если все зависит от температуры (и еще внешнего давления), получается, мы можем изменять один параметр, записывая другой, потом нанести это на график. Получится линия, показывающая, как меняется температура фазового перехода от давления или давление от температуры. Добьемся еще, чтобы наша жижа замерзла и это тоже нанесем на график. Итак, мы получили визуальное отражение зависимости, называемое фазовой диаграммой.
Молярность - категорически удобная концентрация, т.к. в моле всегда одно и то же количество частиц, что бы мы не взяли. А т.к. вещества взаимодействуют прям частицами, то можно смело сказать, что соотношение будет одинаковым на любом уровне. Т.е. если взаимодействует 1 частица одного вещества и 2 другого, то можно сказать. что будут взаимодействовать 1 моль и 2 моль. С граммами такой фокус не прокатит.
Растворимость - это способность вещества растворяться в том или ином растворителе; она характеризуется концентрацией насыщенного раствора и выражается количеством граммов растворенного вещества в 100г растворителя (при 20ºC).
Например, если поместить 50 г хлорида натрия NaCl в 100г H2O, то при 20ºC
растворится только 36 г соли. Это значит, что растворимость хлорида натрия Р(NaCl)=36 г.
Если в 100 г растворителя растворяется более 10 г вещества, то такое вещество
называют хорошо растворимым; если растворяется менее 1 г вещества - малорастворимым; если в раствор переходит менее 0,01 г вещества – практически нерастворимым. Но абсолютно нерастворимых веществ не бывает - хоть немного, но всегда растворится.
Кипение и замерзание или фазовые переходы
Любая жидкость при любой температуре испаряется. Параллельно процессу испарения осуществляется процесс конденсации паров данной жидкости. В некоторый момент времени между этими процессами устанавливается динамическое равновесие, т.е. сколько частиц раствор покинуло, столько и вернулось назад (при условии стабильности всех внешних факторов). Такое равновесие называется фазовым.
Пар над жидкостью, который находится в состоянии фазового равновесия с ней,
называется насыщенным паром. При данной температуре концентрация насыщенного пара над каждой жидкостью – величина постоянная, а, следовательно, и давление тоже будет постоянным. Соответственно, если мы увеличим температуру, увеличатся и концентрация с давлением насыщенного пара, т.к. бОльшее количество частиц будут обладать энергией, достаточной, чтобы свалить из раствора (преодолеть силы взаимодействия частиц друг с другом).
Но мы тут начали говорить про кипение вроде как, а пока не разобрались, че это такое.
Итак, испаряется все. Получается, рано или поздно, при нагреве мы достигнем такой точки, когда давление пара будет равно атмосферному и сдерживать молекулы станет нереально. Начинается процесс интенсивного парообразования, т.е. кипения. Не будем углубляться в физику самого процесса, на данном этапе она нам не пригодится.
Если все зависит от температуры (и еще внешнего давления), получается, мы можем изменять один параметр, записывая другой, потом нанести это на график. Получится линия, показывающая, как меняется температура фазового перехода от давления или давление от температуры. Добьемся еще, чтобы наша жижа замерзла и это тоже нанесем на график. Итак, мы получили визуальное отражение зависимости, называемое фазовой диаграммой.
Фазовая диаграмма воды
Book design is the art of incorporating the content, style, format, design, and sequence of the various components of a book into a coherent whole. In the words of Jan Tschichold, "Methods and rules that cannot be improved upon have been developed over centuries. To produce perfect books, these rules must be revived and applied." The front matter, or preliminaries, is the first section of a book and typically has the fewest pages. While all pages are counted, page numbers are generally not printed, whether the pages are blank or contain content.