Ćwiczenie 1 Roztwory, rozpuszczalność, stężenia.

Transkrypt

1 Ćwiczenie 1 Roztwoy, ozpuszczalność, stężenia. Roztwoy są ieszaninai, składającyi się pzynajniej z dwóch składników. Jeden ze składników, użyty w nadiaze stanowi fazę dyspesyjną (fazę ozpaszającą), dugi fazę zdyspegowaną (fazę ozpaszaną). Podział oztwoów: a. oztwoy zeczywiste (właściwe): śednica cząsteczek substancji ozposzonej w ośodku ozpaszający jest w pzybliżeniu ówna śednicy ośodka ozpaszającego i wynosi od do Roztwoy właściwe stanowią układy hoogeniczne, w któych nie ożna wyodębnić składników np. ieszanina wody i cuku. b. oztwoy koloidalne: śednica cząsteczek substancji ozposzonej jest większa od śednicy cząsteczek ośodka ozpaszającego ; jej wielkość waha się w ganicach od 10-9 do c. zawiesiny: śednica cząsteczek substancji ozposzonej jest większa od śednicy cząsteczek ośodka ozpaszającego i wznosi powyżej Koloidy i zawiesiny zalicza się do układów heteogenicznych o ozdobnieniu akoskopowy. Roztwoy zeczywiste (właściwe). W oztwoach tych jedny ze składników jest ozpuszczalnik ( najczęściej woda, ale oże być użyty alkohol, ete, benzyna, aceton), a pozostałe składniki stanowią substancję ozposzoną Rozpuszczalność. echą chaakteystyczną dla każdej substancji jest ozpuszczalność. Rozpuszczalnością nazywa się aksyalną liczbę gaów substancji, któą ożna w danej tepeatuze i pod dany ciśnienie ozpuścić w 100 g ozpuszczalnika. Rozpuszczalność substancji jest ówna stężeniu oztwou nasyconego. Roztwó nasycony zawiea tyle substancji ozpuszczonej, ile oże jej aksyalnie zawieać twoząc twały układ w danej tepeatuze i pod dany ciśnienie. Roztwó nienasycony oztwó, w któy w danej tepeatuze ożna ozpuścić dodatkową ilość substancji. 1

2 Rozpuszczalność substancji zależy od : 1. odzaju ozpuszczanej substancji (substancje o budowie polanej lepiej się ozpuszczają w ozpuszczalnikach polanych, a substancje o budowie niepolanej lepiej ozpuszczają się w ozpuszczalnikach niepolanych), 2. odzaju ozpuszczalnika,. tepeatuy (ozpuszczalność ciał stałych w cieczach ośnie ze wzoste tepeatuy, ozpuszczalność gazów w cieczach aleje ze wzoste tepeatuy), 4. ciśnienia (ozpuszczalność gazów w cieczach ośnie ze wzoste ciśnienia). Z ozpuszczalnością związane jest pojęcie solwatacji otaczanie cząsteczek substancji ozpuszczonej cząsteczkai ozpuszczalnika. W pzypadku, kiedy ozpuszczalnikie jest woda ówi się o hydatacji. Różnice w ozpuszczalności wykozystuje się do oczyszczania substancji pzez kystalizację. Poces ozpuszczania jest pocese fizyczny, po usunięciu ozpuszczalnika uzyskujey tę saą substancję, któą upzednio ozpuszczaliśy. heicy opócz pocesu ozpuszczania wyóżniają jeszcze poces oztwazania. Poces oztwazania to eakcja cheiczna. Po wzuceniu opiłków żelaza do kwasu siakowego obsewujey oztwozenie się etalu w kwasie. Fe + H 2 SO 4 Fe SO 4 + H 2 Po zakończeniu pocesu i odpaowaniu ozpuszczalnika (kwasu) nie uzyskay etalicznego żelaza, lecz sól siaczan VI żelaza II. 2

3 Stężenia. Zawatość składnika w oztwoze ożna wyazić za poocą stężeń. Stężenie pocentowe oztwou % wyażone w pocentach asowych oznacza liczbę gaów substancji ozpuszczonej, zawatej w 100 g oztwou. Stężenie oztwou wyażone w pocentach objętościowych oznacza liczbę centyetów sześciennych substancji ozpuszczonej, zawatej w 100 c oztwou. s % 100% gdzie: s asa lub objętość substancji ozpuszczonej, asa lub objętość oztwou s + ozp ozp asa lub objętość ozpuszczalnika. Stężenie olowe oztwou oznacza liczbę oli substancji ozpuszczonej, zawatej w 1 d oztwou, wyaża się w ol d -. n ol V d gdzie: n - liczba oli substancji ozpuszczonej - asa substancji M - asa olowa substancji V - objętość oztwou [d ] n V M V Do okeślania stężeń składników oztwou stosuje się ównież ułaki olowe. Stężenie składnika oztwou wyażone w ułaku olowy jest to stosunek liczby oli tego składnika do suy liczby oli wszystkich składników oztwou. Dla oztwou wieloskładnikowego, o składnikach n 1, n 2.n i ułaek olowy X 1 składnika n 1 wynosi: X 1 n1 n + n n i Sua ułaków olowych wszystkich składników oztwou jest zawsze ówna jedności. Do pzeliczania stężeń olowego na pocentowe potzebna jest znajoość gęstości oztwou ( d ) d V

4 gdzie: - asa oztwou [ g lub kg ] V - objętość oztwou [ c lub d ] g kg d - gęstość oztwou[ lub ] c d M - asa olowa substancji % d 100% M % M 100% d Pzykłady obliczeń dla oztwoów pocentowych. Pzykład I Jakie jest stężenie pocentowe oztwou otzyanego pzez ozpuszczenie 40g soli w 200g wody? dane: s asa substancji 40g ozp. asa ozpuszczalnika 200g obliczyć: % sposób 1 Najpiew obliczay asę otzyanego oztwou. s + ozp 40g soli + 200g wody 240g Więc z popocji : w 240g oztwou jest 40g substancji z definicji % w 100g oztwou X g substancji 100g 40g x 240g 16,66 g subs tan cji Z definicji stężenia pocentowego ilość g substancji zawata w 100g oztwou wyaża stężenie tego oztwou. odp: Stężenie otzyanego oztwou wynosi 16,66% 4

5 sposób 2 Podstawiając do wzou z definicji stężenia pocentowego 40g *100% 200g + 40g s % ozp + s 16,66% odp: Stężenie otzyanego oztwou wynosi 16,66% Pzykład II Ile gaów kwasu salicylowego należy ozpuścić w etanolu, aby otzyać 250g 2% oztwou (tzw. spiytus salicylowy)? dane: % 2% asa oztwou 250g obliczyć: s asa substancji - kwasu salicylowego Sposób 1 Masę kwasu salicylowego obliczay z popocji: 250g oztwou stanowi 100% x g stanowi 2% 2g 250g x 5g 100% Należy odważyć 5 gaów kwasu salicylowego. Sposób 2 Kozystając z def. % s % 100% % po pzekształceniu tego wzou otzyujey s 100% 2% 250g s 5g 100% Należy odważyć 5 gaów kwasu salicylowego. 250 g oztwou 5 g substancji 245 g ozpuszczalnika Odp. Należy ozpuścić 5 g kwasu salicylowego w 245 g etanolu by otzyać 250 g etanolowego oztwou. 5

6 Pzykład III Ile gaów siaczanu iedzi należy odważyć do spoządzenia 150 gaów 5% oztwou tej soli? Najpiew należy zauważyć, że siaczan iedzi kystalizuje w postaci uwodnionej soli uso4 5H 2O 5-hydat siaczanu VI iedzi II dane: % 5% 150g obliczyć: s asa soli uwodnionej Z popocji obliczy asę uso 4 jaki a być w oztwoze 100g oztwou 5 g soli 150g oztwou x g soli 150g 5g x 7, 5 100g g soli bezwodnej Następnie obliczy z popocji, w jakiej ilości soli uwodnionej gaa soli bezwodnej. W ty celu obliczay asę olową. uso4 5H 2O znajduje się 7,5 M H 6,54 + 2,06 + (4 15,99) + 5 (2 1, ,99) 2 159, ,95 249,51 uso4 5 O M uso 4 159,56 z popocji 249,51g - 159,56g xg - 7,5g 7,5g 249,51g x 11, 7g 159,56g odp. Należy odważyć 11,7g soli uwodnionej (5-hydatu siaczanu VI iedzi II) 6

7 Pzykład IV Ile gaów sachaozy należy odważyć oaz jaką objętość wody należy odiezyć, aby spoządzić 00 c 15% oztwou? dane : % 15% V 15% 00c obliczyć : s asa substancji (sachaozy) V ozp objętość ozpuszczalnika (wody) Najpiew usiy obliczyć asę oztwou, czyli ile waży 00c 15% oztwou sachaozy V d 15% Gęstość sachaozy d 15% odczytay z odpowiednich tablic w Poadniku fizykocheiczny: d 15% 1,05916 g/c Stąd 00c * 1,05916 g/c 17,75 g Następnie z popocji obliczay: 100g oztwou - 15 g substancji 17,75g oztwou - x g 17,75g 15g x 47, 66g 100g Należy odważyć 47,66 g sachaozy. A ile wody? Skoo asa całego oztwou wynosi 17,75 g to oztwou - substancji ozpuszczalnika 17,75g 47,66g 270,09g Należy odważyć 270,09 g wody. W pzypadku cieczy zazwyczaj odiezay jej objętość należy więc obliczyć, jaką objętość ozpuszczalnika, w ty pzykładzie wody należy odiezyć. Pzekształcay podany wcześniej wzó: g V d 1g / c c H 2O d g / c V 270,09g 270, 09c 1g / c wody wody dh 2O odp. W celu spoządzenia 00 c 15% oztwou sachaozy należy odważyć 47,66g sachaozy i odiezyć 270,1 c wody. 7

8 Pzykłady obliczeń dla oztwoów olowych. Stężenie olowe oztwou okeśla ile oli substancji ozpuszczonej znajduje się w 1 d (1000 c ) oztwou. Okeślenie, że oztwó jest 2, olowy oznacza, że w 1000 c tego oztwou znajduje się 2, ola ozpuszczonej substancji. Ten sposób okeślania stężenia jest szczególnie pzydatny, gdyż uożliwia łatwe okeślanie stechioetycznych zależności poiędzy dwoa substancjai eagującyi w postaci oztwoów. 1. Ile gaów wodootlenku sodu (NaOH) znajduje się w 10 c 2,1 olowego oztwou? Najpiew obliczay asę olową NaOH : M NaOH 22,99g + 15,99g + 1,00g 9,98 g Z definicji oztwou olowego: 1 olowy oztwó to taki, gdy w 1000 c znajduje się 1 ol NaOH (9,98g). Kozystając z popocji 1-9,98g NaOH 2,1 - X g NaOH 92,5g NaOH c X - 10 c X 0,925g NaOH 2,1 9,98g x 92,5g NaOH w 1000 c 1 Odp. W 10 c 2,1 olowego oztwou znajduje się 0,925g NaOH. 2. W 250 c oztwou znajduje się 0,4904g kwasu siakowego. Obliczyć stężenie olowe tego kwasu. Obliczay asę olową H 2 SO 4 : M H 2 SO 4 2 1,00 + 2, ,99 98,08g w 250 c oztwou znajduje się 0,4904g H 2 SO 4, a zate w 1000c X g H 2 SO 4 0,4904g 1000c X 1,9616 gh 2SO 250c z def., gdy 98,08g H 2 SO 4 w 1000 c oztwou - to 1 olowy 1,9616g H 2 SO 4 w 1000 c oztwou - to X olowy 4 8

9 1,9616 1ol X 0,02 ola 98,08g / ol Stężenie olowe tego kwasu wynosi 0,02 ola. Ten sa wynik otzyuje się ównież, obliczając najpiew liczbę oli, któej odpowiada 0,4904g H 2 SO 4 98,08g - 1 ol 0,4904g - X oli 0,4909g X 0,005 ola 98,08g następnie z popocji 250 c oztwou zawiea 0,005 ola H 2 SO c oztwou zawiea X ola H 2 SO 4 X 0, c 0,02 ola 250c. Ile gaów sody kystalicznej Na 2 O 10 H 2 O ( 10-hydatu węglanu sodu) należy odważyć do spoządzenia 500 c oztwou o stężeniu 0,1 olowy? Obliczay asę cząsteczkową soli: M Na 2 O 10H 2 O 2 22, , , ( 2 1, ,99 ) 285,86g 285,86g substancji w 1000 c oztwou - to oztwó 1 olowy X g substancji w 1000 c oztwou - to oztwó 0,1 olowy 9 0,1 285,86 g X 28,29 g substancji w 1000 c 1 w 1000 c - 28,586g substancji w 500 c - X g substancji X 500c 28,586g 14,29 g substancji 1000c Odp. Należy odważyć 14,29 g Na 2 O 10 H 2 O by spoządzić 500 c 0,1 oztwou tej soli. 9

10 Spoządzanie oztwoów o zadany stężeniu pocentowy. Pzystępując do spoządzania oztwou o okeślony stężeniu należy najpiew wykonać stosowne obliczenia ilości substancji, któa a być ozpuszczona i ilość ozpuszczalnika koniecznego do spoządzenia danego oztwou. Następnie należy pzygotować naczynia, w któych będziey ozpuszczać. Zazwyczaj są to szklane kolby stożkowe lub zlewki, ale powinny być dobane pojenością tak, by pozwalały na swobodne ieszanie pzygotowanego oztwou. Obliczoną ilość substancji odważa się na wadze z dokładnością 0,01 g w naczyńku wagowy lub na szkiełku zegakowy, oczywiście upzednio zważony na tej saej wadze. W cylindze lub zlewce pzygotowujey obliczoną i odiezoną ilość ozpuszczalnika, któą użyjey do spoządzenia oztwou. Odważoną substancję pzenosiy ilościowo, tzn. pzepłukując kilkakotnie ałyi pocjai odiezonego ozpuszczalnika do pzygotowanego naczynia. Rozpuszczay substancję całkowicie, a następnie doleway esztę pzygotowanego ozpuszczalnika. ałość otzyanego oztwou dokładnie ieszay, ożna użyć szklanego pęcika. Jeśli oztwó a być pzechowywany to pzenosi (pzelewa) się go do zaykanych naczyń szklanych lub polietylenowych i opisuje. Opis, zazwyczaj na etykiecie butelki podaje infoację o zawatości tj. o odzaju oztwou, jego stężeniu i dacie spoządzenia oztwou. W atestowanych laboatoiach podawane jest także kto wykonał oztwó. Dokładność spoządzenia oztwou ożna spawdzić ieząc gęstość oztwou za poocą aeoetu i poównując z wielkościai podanyi w tabelach uwzględniając watość tepeatuy w waunkach dokonanego poiau. 10

11 Spoządzanie oztwoów o zadany stężeniu olowy. Pzed pzystąpienie do spoządzenia oztwou o zadany stężeniu olowy wykonujey stosowne obliczenia asy lub objętości substancji, któa posłuży do pzygotowania oztwou. Następnie pzygotowujey odpowiednie tzn. o okeślonej objętości naczynie iaowe. Najczęściej oztwoy spoządza się w kolbach iaowych. Są to szklane kolby płaskodenne z długii, wąskii szyjai zaykane dopasowany kokie. Na wydłużonej szyjce kolby iaowej zaznaczona jest keska oznaczająca dokładnie okeśloną objętość. Jeśli do spoządzenia oztwou o okeślony stężeniu olowy posłuży na substancja stała, to pzygotowujey tzw. naważkę. Najpiew ważyy naczyńko wagowe lub szkiełko zegakowe na wadze z dokładnością 0,0001 g. Następnie odważay obliczoną ilość substancji na tej saej wadze. Kolejna czynność polega na ilościowy pzeniesieniu odważonej substancji (naważki) do kolby iaowej. Uieszczay w szyjce lejek szklany i ałyi pocjai ozpuszczalnika pzenosiy substancję do kolby. Na koniec spłukujey naczyńko i lejek ozpuszczalnikie, wpowadzając w ten sposób esztki substancji do kolby. Dopowadzay do całkowitego ozpuszczenia substancji. Badzo ostożnie dopełniay do keski, dodając koplai, po szyjce kolby ozpuszczalnik do osiągnięcia enisku wklęsłego. Zaykay kolbę kokie i ponownie dokładnie ieszay. Tak pzygotowane oztwoy ogą służyć do oznaczeń ilościowych. Jeśli do spoządzania oztwou o okeślony stężeniu olowy używay substancji ciekłej lub oztwou o znany stężeniu to obliczoną ilość substancji odiezay odpowiednią pipetą. Pipety to szklane uki zakończone kapilaą, posiadające podziałkę lub keskę okeślającą pojeność danej pipety. Służy ona do dokładnego odiezania okeślonej objętości cieczy. Pzy taki spoządzaniu oztwou olowego, pzenosiy pipetą odiezoną ilość substancji do kolby iaowej. Dodajey pewną ilość ozpuszczalnika i dopowadzay do wyieszania się obu cieczy. Następnie analogicznie jak popzednio uzupełniając ozpuszczalnikie do keski (dolny enisk) wyznaczającej objętość kolby iaowej. Ponieważ pzy spoządzaniu oztwoów o ściśle okeślony stężeniu nie jesteśy w stanie ustzec się pewnych błędów np. błąd ważenia, błąd pzeniesienia itp., zeczywiste stężenie oztwou wyznacza się wykonując oznaczenie ilościowe analizą iaeczkową. Rozszezenie zagadnień pouszanych na ćwiczeniach znajduje się w skypcie : "Ćwiczenia z cheii dla studentów towaoznawstwa", E. Kondatowicz-Pietuszka., L. Ostasz., Wydawnictwo AE w Kakowie. 11