KAS YRA TIRPALAS Pasūdytą bulijoną išmaišius šaukštu, druskos neliks nė pėdsako. Nereikia galvoti, kad jos kruopelės paprasčiausiai nematomos plika akimi. Druskos kristalėlių jokiais būdais nepavyks rasti, nes jie ištirpo. Įbėrę į buljoną pipirų, tirpalo negausime. Nors ir parą maišytume, mažytės juodos kruopelytės neišnyks.kaip suprasti-‘medžiaga ištirpo’? Juk atomai ar molekulės, iš kurių ji susideda, negali be pėdsakų pranykti?Žinoma ne, jie ir nedingsta.Išnyksta tik tirpinamos medžiagos kruopelės, kristalėliai, vienos rūšies molekulių aglomeratas. Tirpinimas-tai toks mišinio dalelių maišymasis, kai vienos medžiagos molekulės pasiskirsto tarp kitos medžiagos molekulių. Tirpalas-skirtingų medžiagų molekulių arba atomų mišinys. Tirpale gali būti nevienodas ištirpintos medžiagos kiekis. Tirpalo sudėtį apibūdina koncentracija,pvz. ištirpintos medžiagos gramų ir tirpalo litrų skaičiaus santykis. Beriant tirpinamą medžiagą, tirpalo koncentracija didėja, tačiau ne be galo.Anksčiau ar vėliau tirpalas prisisotina ir ‘nebepriima’ tirpinamos medžiagos. Sočiojo tirpalo koncentracija, t.y. ‘ribinė’ tirpalo koncentracija, vadinama tirpumu. Stebėtinai daug cukraus galima ištirpinti karštame vandenyje. Stiklinėje vandens, kurio temperatūra 80C, be pėdsakų ‘išnyksta’ 720g cukraus. Šis sotusis tirpalas yra tirštas bei tąsus.Virėjai jį vadina cukraus sirupu.Kai kurių medžiagų tirpumas labai priklauso nuo temperatūros. Kambario temperatūros (20C) vandenyje cukraus tirpumas sumažėja iki 2000gl. Priešingai, druskos tirpumas, kintant temperatūrai, labai mažai kinta. Cukrus ir druska gerai tirpsta vandenyje. O štai naftalinas vandenyje praktiškai netirpsta. Skirtingos medžiagos įvairiuose tirpikliuose tirpsta visiškai nevienodai. Tirpalai naudojami monokristalams auginti. Jei sočiajame tirpale pakabinsime mažytį ištirpintos medžiagos kristalėlį, tai, tirpikliui garuojant, ištirpusi medžiaga nusės šio kristalėlio paviršiuje. Prisijungiančios molekulės laikysis griežtos tvarkos, todėl mažytis kristalėlis virs dideliu monokristalu.
SKYSČIŲ BEI DUJŲ TIRPALAI Ar galima skystį ištirpinti skystyje? Žinoma. Pvz.degtinė-tai alkoholio vandeninis tirpalas(arba, jei taip patogiau, vandens alkoholinis tirpalas,- žiūrint kurios medžiagos yra daugiau). Degtinė-tikras tirpalas, vandens ir alkoholio molėkulės jame visiškai susimaišiusios. Tačiau, sumaišę du skysčius, ne visada gausime tokį rezultatą. Pabandykite į vandenį įpilti žibalo. Vienalyčio tirpalo jokiais būdais nepavyks gauti. Tai beviltiška, kaip ir ištirpdyti sriuboje pipirus. Nebemaišomas skystis pasiskyrsto sluoksniais: sunkesnis vanduo-apačioje, lengvesnis žibalas-viršuje. Vanduo su žibalu bei alkoholis su vandeniu-sistemos, kurių tirpumo savybės yra priešingos. Be to, yra ir tarpinių atvejų. Sumaišę eterį su vandeniu, inde aiškiai pamatysime du sluoksnius. Iš pirmo žvilgsnio gali atrodyti, kad viršuje yra eteris, o apačioje-vanduo. Iš tikrųjų ir žemesnysis, ir aukštesnysis sluoksniai yra tirpalai: apačioje-vanduo, kuriame ištirpusi dalis eterio (koncentracija-25g eterio litre vandens), o viršuje-eteris, kuriame yra nemažas vandens kiekis(60g1). Dabar susidomėsime dujų tirpalais. Aišku, jog vienų dujų ištirpsta kitose neribotas kiekis. Dujos visuomet susimaišo taip, kad vienų molekulės įsiskverbia tarp kitų molekulių. Mat jos mažai sąveikauja, ir bet kurios dujos tarsi nekreipia’dėmesio’ į kitas, mišinį sudarančias dujas. Dujų gali ištirpti ir skystyje, tačiau riboti kiekiai. Šiuo aspektu jos nesiskiria nuo kietųjų medžiagų. Be to, skirtingos dujos nevienodai tirpsta, o tie skirtumai gali būti labai dideli. Vandenyje nesunku ištirpinti milžinišką amoniako kiekį(pusėje stiklinės šalto vandens 100g),daug sieros vandenilio bei angliarūgštės.Vandenyje ištirpsta nedideli deguonies ir azoto kiekiai(0.07g bei0.03g litre šalto vandens). Taigi litre šalto vandens oro yra vos šimtosios gramo dalys. Tačiau ir šis menkas kiekis labai svarbus žemės gyvūnijai -juk ištirpusiu deguonimi kvėpuoja žuvys.
Juo didesnis dujų slėgis, juo geriau jos tirpsta skystyje. Jeigu ištirpusių dujų kiekis nėra labai didelis, tai jis tiesiog proporcingas virš skysčio paviršiaus esančių dujų slėgiui.KIETIEJI TIRPALAI Sakydami ‘tirpalas’, paprastai turime galvoje skystį. Tačiau būna ir kietųjų mišinių, kurių atomai bei molekulės tolygiai pasiskirstę. O kaip gauti kietuosius tirpalus? Grūsdami piestoje negausime. Todėl maišomas medžiagas pirmiausia reikia suskystinti, t.y. išlyditi, paskui sumaišyti skysčius ir leisti mišiniui sukietėti. Galima ir kitaip elgtis- ištirpinti dvi medžiagas skystyje, o paskui išgarinti tirpiklį. Šiais būdais įmanoma gauti kietus tirpalus. Įmanoma, tačiau dažniausiai nepavyksta. Kietieji tirpalai -rytenybė. Į sūrų vandenį įmestas cukraus gabalėlis puikiausiai ištirps. Išgarinkime vandenį; taurelės dugne rasime smulkius druskos bei cukraus kristalėlius. Druska ir cukrus nesudarys kietojo tirpalo. Tame pačiame tiglyje išlydikime kadmį ir bismutą. Atšaldę pamatysime mikroskopinių bismuto bei kadmio kristalų mišinį. Ir jie nesudarys kietojo tirpalo. Būtina, nors nepakankama kietųjų tirpalų atsiradimo sąlyga-maišomų medžiagų atomų arba molėkulių matmenų bei formos panašumas. Šiuo atvėju užšąlančiame mišinyje susidaro vienos rūšies kristalai. Kiekvieno jų gardelės mazguose paprastai yra skirtingų rušių atomai(molekulės). Plačiai taikomi technikoje metalų lydiniai iš dalies yra kietieji tirpalai. Ištirpdžius nedidelį kiekį priemaišų, galima stipriai pakeisti metalo savybes. Ryškus pavyzdys- plačiausiai technikoje naudojema medžiaga-plienas.Jis yra nedidelio kiekio anglis-0.5 svorio procentų eilės -kietasis tirpalas geležyje. Beje, anglies atomai be jokios tvarkos įsiterpę tarp geležies atomų. Absoliuti dauguma medžiagų nesudaro kietųjų tirpalų, ir, kaip minėjome, pro mikroskopą nesunku įžiurėti, jog sustingęs lydinys susideda iš mažiausių abiejų medžiagų kristalėlių mišinio.
KAIP UŽŠĄLA TIRPALAI Atšaldžius bet kokios druskos vandenį tirpalą, matyti, kad užšalimo temperatūra sumažėjo. Gyvsidabrio stulpelis praslinko nulinę padalą, o medžiaga nekietėja. Tiktai kelias laipsniais žemesnės už nulį temperatūros skystyje atsiras kristalėlių. Tai gryno ledo kristalai, kietame lede druska netirpsta. Užšalimo temperatūra priklauso nuo tirpalo koncentracijos. Pastarąją didindami, žeminame kristalizacijos temperatūrą. Sočiojo tirpalo ji yra žemiausia. Kietėjančio tirpalo temperatūra gerokai sumažėja: pvz. užšąla-21C valgomosios druskos vandeninis sotusis tirpalas. Panaudojus kitas druskas, įmanoma dar labiau pažeminti temperatūrą: tirpdant kalcio chloridą, gaunamas tirpalas, kuris kietėja atvėsęs iki-55C. Dabar išnagrinėkime, kaip vyksta užšalimas. Atsiradus tirpale pirmiesiems ledo kristalėliams, padidėja tirpalo koncentracija, o kartu ir santykinis svetimų molekulių skaičius. Tai trukdo ledui kristalizuotis, ir užšąlimo temperatūra sumažėja. Jeigu nežeminsime temperatūros, kristalizacija nebevyks. Toliau krintant temperatūrai, atsiranda vis nauji vandens kristalėliai. Pagaliau tirpalas pasidaro sotusis. Ištirpusios medžiagos koncentracija nebegali padidėti, ir visas tirpalas iš karto užšąla. Mikroskopu ištyrę užšąlusį mišinį, pamatytume, kad jį sudaro ledo ir druskos kristalėliai. Vadinasi, tirpalas kietėja kitaip negu paprastas skystis. Užšalimo procesas apima didelį temperatūrų intervalą. Sumaišytas su druska ledas skystėja, o druska ištirpsta vandenyje. Tačiau virsdamas vandeniu, ledas eikvoja šilumą, kurią paima iš aplinkos. Todėl, užbėrus ant ledo druskos, temperatūra nukrinta.
TIRPALŲ VIRIMAS Tirpalų virimo bei užšalimo reiškiniai turi daug bendrų bruožų. Ištirpusi medžiaga trukdo skysčiui kristalizuotis. Dėl tų pačių priežasčių ji neleidžia tirpalui užvirti. Abiem atvėjais svetimos molekulės tarsi kovoja už labiausiai atskiestą tirpalą. Kitaip tariant, jos stabilizuoja pagrindinės medžiagos, kurioje gali ištirpti, būseną.
Todėl svetimos molekulės trukdo skysčiui kristalizuotis ir, vadinasi, sumažina kristalizacijos temperatūrą. Analogiškai jos trukdo skysčiui virti, taigi padidina virimo temperatūrą. Įdomu tai, kad iki tam tikros koncentracijos kristalizacijos temperatūros sumažėjimas ir virimo temperatūros padidėjimas priklauso ne nuo ištirpusios medžiagos savybių, o tik nuo jos molekulių kiekio. Šiuo reiškiniu remiamasi nustatant tirpinamosios medžiagos molekulinę masę.MEDŽIAGA:D.Kitrienė, A.Spudulis “Chemija Lietuvoje” 1996 JonavaL.Landau, A.Kitagorskis “Molekulės” 1993 “ŠVIESA”