Podstawy chemii - Cw 6 - Roztwory.docx

1 Roztworem nazywamy homogeniczną (jednorodną) mieszaninę zawierającą dwie lub więcej substancji (niezależnych składników). Zwykle czysta substancja, która stanowi większość roztworu nazywana jest rozpuszczalnikiem, a inne substancje w niej rozpuszczone nazywamy substancjami rozpuszczonymi.

2. Właściwości opisujące roztwory to:

a)      gęstość

b)     stężenie

c)      przeliczanie stężeń

d)   rozpuszczalność

3. Podział roztworów ze względu na stan skupienia:

a)            roztwory gazowe:

-   to roztwory, których wszystkie składniki są gazami. Roztwory gazowe mieszają się bez ograniczeń ilościowych. Zjawisko to wynika z tego, że odległości między cząsteczkami gazów są duże a oddziaływania międzycząsteczkowe bardzo słabe. Gazy w temperaturze i ciśnieniu większym od ciśnienia i temperatury punktu krytycznego mają wiele właściwości cieczy i mogą w nich rozpuszczać się ciecze i ciała stałe (są to tzw. roztwory nadkrytyczne)

b)           roztwory ciekłe:

-   roztwór gazu w cieczy - cząsteczki cieczy wnikają w gaz i mieszają się z nimi za pomocą dyfuzji i parowania, a cząstki gazu do cieczy za pomocą dyfuzji. Cząstki gazu wnikają w puste miejsca między cząsteczkami cieczy. Gaz wydostaje się na powietrze, ale nie wydostanie się z otoczki wody. Rozpuszczalność gazów w cieczach nie jest duża, można ją wyrazić na podstawie prawa Henry’ego za pomocą wzoru, który mówi, że w stałej temperaturze objętość gazu rozpuszczającego się w danej objętości cieczy jest stała i niezależna od ciśnienia:

v= kRTM

v – objętość gazu

k, R -  stałe gazowe

T – temperatura

M – masa molowa gazu

-   roztwór cieczy w cieczy - cząsteczki cieczy za sprawą ruchów koloidowych i dyfuzji mieszają się ze sobą. Rozpuszczalność cieczy w cieczy (i ciał stałych w cieczy) zależy od tego, czy między cząsteczkami obu faz występują oddziaływania  fizyczne lub chemiczne. Ogólnie można  stosować zasadę „podobne rozpuszcza się w podobnym”. Jeżeli oddziaływania między wszystkimi rodzajami cząsteczek są takie same, to otrzymujemy roztwór doskonały, który spełnia prawo Raoulta (całkowita prężność par nad roztworem jest równa sumie cząsteczkowych prężności par składników).

-   roztwór ciała stałego w cieczy - ich powstawanie jest wynikiem możliwości penetracji ciała stałego przez cząsteczki cieczy oraz powstające w trakcie tego procesu oddziaływania między nimi. Roztwory ciekłe ciał stałych posiadają własność nasycania się, dlatego (w zależności od nasycenia roztworu) rozróżniamy:

-   roztwory nienasycone

-   roztwory nasycone

-   roztwory przesycone

c)      roztwory stałe (kryształy mieszane) - powstają podczas krystalizacji

4. Podział roztworów ze względu na doskonałość:

a) roztwory właściwe są całkowicie jednorodne tzn. że dla objętości kilkakrotnie większych od wielkości cząsteczek, każda porcja zawiera taki sam skład ilościowy cząsteczek.

b) roztwory niewłaściwe nie są całkowicie jednorodne. Są to np. trwałe emulsje, skrajnie rozproszone zawiesiny, zole i żele.

5. Podział roztworów ze względu na rodzaj oddziaływań:

a)      homodynamiczne - między cząsteczkami występują oddziaływania jednego rodzaju, np. między cząsteczkami roztworów różnych węglowodorów

b)     heterodynamiczne - między cząsteczkami występują oddziaływania różnego rodzaju

6. Ilościowo skład roztworu określa się za pomocą stężenia. Do najczęściej stosowanych stężeń zalicza się:

a)      stężenie procentowe (procent wagowy) - podaje się liczbę gramów substancji zawartej w 100 g roztworu.

Cp = (ms • 100%) / mr

      - w cieczy często stosuje się procent objętościowy, który określa liczbę cm3 substancji          zawartej w 100 cm3 roztworu.

b)     stężenie molowe (molowość) - określa liczbę moli danej substancji znajdującej się w 1   dm3 roztworu.

C = n /V

c)  stężenie normalne (normalność) określa liczbę gramorównoważników substancji    zawartej w 1 dm3 roztworu.

     - stężenia normalne najczęściej stosowane są w alkali- i acydymetrii. Roztwory o jednakowej normalności zobojętniają się w jednakowych objętościach

c)      stężenie molarne (molarność) określa liczbę moli substancji rozpuszczonej w 1 kg rozpuszczalnika.

Cm = n / 1kg rozpuszczalnika

e)  ułamek molowy oznacza względną zawartość substancji A w roztworze zawierającym mA moli substancji A i mB substancji B. Ułamki molowe składnika A i B są równe:

xA = mA/(mA + mB)

xB = mB/(mA + mB)

      - suma ułamków molowych w roztworze zawsze równa się jedności.

xA + xB = 1

** Zależności między stężeniem procentowym Cp i molowym C dla roztworu o gęstości d dla substancji o masie molowej M wynoszą:

C = Cp × d / ( 100% × M )

Cp = C × 100% × M / d

*** W przypadku mieszania dwóch roztworów stężenie obliczamy wg reguły:

7. Rozpuszczalność to  ilość związku chemicznego, która tworzy roztwór nasycony w 100 g rozpuszczalnika w określonej temperaturze i ciśnieniu. Rozpuszczalność określa się w tych samych jednostkach jak stężenie, podając dodatkowo warunki, dla jakich została ona ustalona (zwykle są to tzw. warunki normalne).

8. Czynniki wpływające na rozpuszczalność substancji:

a) rodzaju substancji rozpuszczanej

b) rodzaju rozpuszczalnika

c) temperatury

d) ciśnienia

e) efektu solnego

f) wpływu wspólnego jonu

g) kompleksowania.

**Rozpuszczalność, wraz ze wzrostem temperatury, rośnie dla cieczy i ciał stałych, zaś       maleje dla gazów.

9.  Do typowych reakcji zachodzących na skutek rozpuszczania należą:

a) solwatacja (której szczególnym przypadkiem jest hydratacja) - polegająca na otaczaniu przez cząsteczki rozpuszczalnika, cząsteczek związku rozpuszczanego.

b) dysocjacja elektrolityczna - polegająca na rozpadzie związków chemicznych na jony.

c)tworzenie i zrywanie układu wiązań wodorowych.

10. Koloidy, są to układy dyspersyjne, najczęściej dwuskładnikowe, o wyglądzie układów fizycznie jednorodnych, chociaż w rzeczywistości oba składniki nie są ze sobą zmieszane cząsteczkowo. Rozmiary cząsteczek koloidu mieszczą się w granicach 1000-500000 pm.

11. Podział koloidów wg stanu ośrodka dyspersyjnego i fazy rozproszonej

12. Właściwości układów koloidalnych:

a)      optyczne:

-          efekt Tyndalla

-          adsorpcja światła

b)     elektryczne:

-          adsorpcja jonów elektrolitu

-          koagulacja

c)      wysalanie

d)     synereza

e)      tiksotropia