ROZTWORY.doc

(163 KB) Pobierz
ROZTWORY – STĘŻENIA

ROZTWORY – STĘŻENIA             

Związek chemiczny różni się od mieszaniny tym, że w związku chemicznym obowiązuje prawo Proust’a (stałych stosunków wagowych). Ponadto mieszaniny można rozdzielić stosunkowo prostymi metodami fizycznymi:

a.     filtracja (sączenie) – oddzielanie osadu od roztworu za pomocą bibuły filtracyjnej, sączka,

b.    sedymendacja – opadanie osadu na dno wskutek grawitacji,

c.     wirowanie – odzielanie osadu od roztworu wykorzystując bezwładną siłę odśrodkową,

d.    dekantacja – zlewanie roztworu, czyli tzw. supernatantu znad osadu,

e.     ekstrakcja – rozdział składników mieszaniny wykorzystując różnicę w rozpuszczalności,

f.      krystalizacja – wytrącanie kryształów wskutek obniżania temperatury roztworu lub odparowywanie rozpuszczalnika,

g.    destylacja – rozdział mieszaniny ciekłej na tzw. frakcje wykorzystując różnice w temperaturach wrzenia,

h.    flotacja (wzbogacanie minerału) - oddzielenie minerału od zanieczyszczeń wykorzystując różnice w zwilżalności,

i.       chromatografia – rozdział składników mieszaniny wykorzystując różnice w migracji na nośniku (bibuła, octan celulozy),

j.       elektroforeza – rozdział składników mieszaniny w polu elektrostatycznym,

k.    elektrofokusowanie (elektroogniskowanie) – wyznacznie punku izoelektrycz-nego białek w polu elektrostatycznym,

l.       inne metody z wykorzystaniem różnic we właściwościach rozdzielanych substancji np. właściwości magnetycznych.

W mieszaninach rozróżnia się fazę zdyspergowaną – substancję „rozpuszczaną” – oraz fazę dyspersyjną – substancję „rozpuszczającą”. Stan skupienia fazy zdyspergowanej i dyspersyjnej może być różny. Faza dyspersyjna w postaci cieczy nazywa się rozpuszczalnikiem.

Z uwagi na rozmiary cząstek fazy zdypergowanej mieszaniny dzielimy na:

1.    roztwory właściwe – średnica cząstek jest mniejsza od 1nm,

2.    koloidy – średnica cząstek wynosi od 1nm do 100nm,

3.    zawiesiny – średnica cząstek jest większa od 100nm.  

Światło w roztworach tych ulega nastepującym zjawiskom:

 

Ponadto mieszaniny dzielimy na:

1.    mieszaniny niejednorodne – dowolnie mała objętość nie posiada takich samych właściwości co cała mieszanina. Zauważalna jest granica podziału pomiędzy poszczególnymi fazami mieszaniny (składnikami mieszaniny).       


 

2.    mieszaniny jednorodne – dowolnie mała objętość mieszaniny wykazuje te same właściwości co cała mieszanina (gołym okiem nie można odróznić składników mieszaniny).

a.     stałe,

b.    ciekłe zwane roztworami właściwymi,

c.     gazowe.

Ilość substancji rozpuszczonej w mieszaninie jednorodnej w stanie ciekłym, wyrażana jest za pomocą następujących stężeń:

1. Procentowe cp (c%):

a.              wagowo–wagowe: cpw/w - ilość gramów substancji rozpuszczonej w 100 gramach roztworu. Stężenie to jest dopuszczalne w chemii.

gdzie:              ms - masa rozpuszczonej substancji w gramach,

                            mr – masa roztworu w gramach,

                            mrozp. – masa rozpuszczalnika w garamach.

W celu otrzymania 20% w/w roztworu NaCl należy rozpuścić 20g chlorku sodu w 80g wody (masa roztworu równa się 100g).

b.              wagowo–objętościowe: cpw/v - ilość gramów substancji rozpuszczonej w 100cm3 roztworu. Z uwagi na zmianę objętości roztworu w zależności od temperatury stężenie to nie powinno być stosowane w chemii.

gdzie:              ms - masa rozpuszczonej substancji w gramach,

                            Vr - objętość roztworu w cm3.

W celu otrzymania 20% w/v roztworu NaCl należy 20g chlorku sodu rozpuścić w niewielkiej objętości wody i dopełnić wodą w kolbie miarowej do 100cm3 roztworu. Oczywiście 20% w/w roztwór NaCl jest roztworem o innym stężeniu niż 20% w/v roztwór NaCl.

c.              objętościowo-objętościowe: cpv/v - ilość cm3 substancji rozpuszczonej w 100cm3 roztworu. Z tego samego powodu co stężenie procentowe wagowo–objętościowe nie powinno być stosowane w chemii.

gdzie:              Vs - objętość substancji w cm3,

                            Vr - objętość roztworu w cm3.

2.  Molowe (molarne): cm – ilość moli nm substancji rozpuszczonej w 1dm3 roztworu. Stężenie to stosowane jest w układzie SI.

gdzie:               nm = liczba moli substancji,

                            Vr - objętość roztworu w dm3,

                            ms - masa rozpuszczonej substancji w gramach,

                            Mm – masa molowa rozpuszczonej substancji w g/mol.

Aby otrzymać roztwór chlorku sodu o stężeniu: cm =  2mol/dm3 = 2M, należy
2 mole NaCl czyli 117 gramów rozpuścić w pewnej objętości wody i dopełnić wodą do 1000cm3.W przypadku tego stężenia wprowadza się pojęcie miana roztworu. Jest to wartość stężenia molowego z dokładnością do czwartego miejsca po przecinku.  

3.    Molalne: cmolalne = m – ilość moli nm substancji rozpuszczonej w 1kg rozpuszczalnika. Stężenie to także stosowane jest w układzie SI.

gdzie:               nm - liczba moli substancji,

                            mrozp. – masa rozpuszczalnika w kilogramach,

                            ms - masa rozpuszczonej substancji w gramach,

                            Mm – masa molowa rozpuszczonej substancji w g/mol.

4. Ułamek molowy: xA – ilość moli substancji rozpuszczonej nA przypająca na sumę moli wszystkich składników roztworu. Stężenie to dopuszczalne jest w chemii.

Przed omówieniem zadań związanych ze stężeniami, trzeba byłoby zapamiętać masy molowe najczęściej stosowanych związków:

Zadania związane ze stężeniami można podzielić na następujące grupy:

I.  Zadania związane z reakcjami chemicznymi.

Przykład 2: Oblicz stężenie cpw/w roztworu wodorotlenku potasu otrzymanego w wyniku rozpuszczenia 0,78g potasu w 19,22cm3 wody?

gdzie:               mK – masa potasu.

Przykład 3: Jakie jest stężenie cpw/w roztworu kwasu octowego otrzymanego w wyniku utlenienia 1kg 15% etanolu?

Ze wzoru na stężenie procentowe

Z równania reakcji utleniania etanolu obliczamy ilość otrzymanego kwasu octowego. Ponieważ tlen w tej reakcji pobierany jest z zewnątrz, masa roztworu zwiększa się o 104,3 gramów.

II.               Oblicznie ilości gramów, moli, substancji w danej objętości roztworu o znanym stężeniu.

Przykład 6: Ile gramów wodorotlenku sodu znajduje się w 50cm3 2M roztworu NaOH?

Ze wzoru na stężenie molowe wyznaczamy masę substancji:

Oczywiście zadania te mogą być inaczej sformułowane np. ilu molowy roztwór otrzymano w wyniku rozpuszczenia 4g wodorotlenku sodu w 50cm3 roztworu?

III.           Rozcieńczanie, zagęszczanie i mieszanie roztworów.

Przykład 7: Ilu procentowy roztwór otrzymamy w wyniku odparowania 100g wody z 300g 20% roztworu?

Ze wzoru na stężenie procentowe wyznaczamy masę substancji:

czyli stężenie procentowe roztworu o masie równej 300g – 100g = 200g wynosi:

Przykład 8: Ilu molowy roztwór otrzymano w wyniku zmieszania 0,5dm3 2M roztworu z 1,5dm3 6M roztworu?

Ze wzoru na stężenie molowe obliczamy ilość moli substancji w powyższych roztworach:

Po zmieszaniu roztworów liczba moli i ilości objętości zsumują się, czyli stężenie molowe wynosi:

Lepiej w zadaniach na rozcieńczanie i zagęszczanie stosować uproszczone wzory:

c1.m1  =  cx.mx                  c1.V1  =  cx.Vx

Natomiast w zadaniach na mieszanie roztworów należy stosować uproszczone wzory:

c1.m1 + c2.m2 + .... =  cx.mx          (mx = m1 + m2 + ...)               

c1.V1 + c2.V2 + .... =  cx.Vx                 (Vx = V1 + V2 + ...)             

gdzie:               c1, m1, V1  – odpowiednio stężenie, masa i objętość pierwszego roztworu,

              c2, m2, V2  – odpowiednio stężenie, masa i objętość drugiego roztworu,

              cx, mx, Vx  – odpowiednio stężenie, masa i objętość otrzymanego roztworu.

Spójrzmy jak zastosowanie uproszczonych wzorów w powyższych przykładach ułatwia rozwiązanie.

ad 7.

ad 8.

Można w tego typu zadaniach stosować regułę przekątnych:

gdzie: c1 > c2.

Jeżeli dodajemy do roztworu substancję to stężenie c1 = 100%. Jeżeli do roztworu dolewana jest woda to stężenie c2 = 0%.

Regulę przekątnych należy stosować w zadaniach typu:

...

Zgłoś jeśli naruszono regulamin