układ wyodrębniony obszar materii oddzielony od otoczenia wyraźnymi granicami otoczenie to wszystko co się znajduje poza układem

Transkrypt

1 Chemia roztworów układ wyodrębniony obszar materii oddzielony od otoczenia wyraźnymi granicami otoczenie to wszystko co się znajduje poza układem faza układu jednorodna pod względem fizycznym część układu oddzielona od reszty układu wyraźną powierzchnią rozdziału składnik układu substancja o określonych właściwościach fizykochemicznych układ dyspersyjny układ składający się z fazy zdyspergowanej (rozproszonej) f z i fazy dyspersyjnej (rozpraszającej) f d, które mogą występować w różnych stanach skupienia Reguła faz Gibbsa faza - jednorodna część układu chemicznego oddzielona od pozostałych części wyraźnymi granicami granicami międzyfazowymi każdy układ chemiczny określony jest przez liczbę faz oraz liczbę składników niezbędnych do zbudowania tego układu s = a + - b s ilość stopni swobody, czyli parametrów które możemy dowolnie zmieniać bez zmiany ilości składników a i ilości faz b w danym układzie a ilość składników niezależnych b ilość faz ilość składników niezależnych - minimalna ilość składników potrzebnych do zbudowania układu 1

2 Układ jednoskładnikowy wykres fazowy wody ciśnienie / Pa ,13 ciało stałe punkt potrójny ciecz gaz reguła faz Gibbsa dla układu jednoskładnikowego: s = a + b s = = 0, temperatura / o C dwa stopnie swobody (T, p) w obrębie każdego obszaru punkt potrójny liczba stopni swobody wynosi 0, s = 0 Układ dwuskładnikowy reguła faz Gibbsa dla układu dwuskładnikowego: S = + b

3 Układy dyspersyjne podział układów dyspersyjnych ze względu na stan skupienia f z i f d substancja rozpuszczona rozpuszczalnik stan skup. f z f. rozpraszana stan skup. f d f. rozpraszająca gaz ciecz ciało stałe gaz roztwory gazowe powietrze piana napoje gazowane (CO w wodzie) piana stała wodór w platynie ciecz aerozol, mgła, wilgoć (woda w powietrzu) roztwory właściwe emulsje etanol w wodzie wilgoć w drewnie mokra gąbka ciało stałe dym, kurz popiół w powietrzu roztwory właściwe koloidy słodkie napoje herbata stopy metali Układy dyspersyjne Chemia roztworów materia czysta substancja mieszanina czystych substancji pierwiastek związek homogeniczna heterogeniczna roztwór właściwy homogeniczna mieszanina składająca się z 1 lub więcej substancji rozpuszczonych w rozpuszczalniku skład roztworów określa się przez podanie stężenia składników zwykle jeden ze związków chemicznych jest nazywany rozpuszczalnikiem, a drugi substancją rozpuszczaną roztwór właściwy NiCl CuSO 4 KMnO 4 < 1nm jednorodne - jednakowe właściwości fizykochemiczne w każdym elemencie objętości układu roztwór niewłaściwy 1nm < 00nm koloidy 00nm zawiesiny niejednorodne - w obrębie układu występują obszary o odmiennych właściwościach 3

4 Chemia roztworów roztwór niewłaściwy nie są całkowicie jednorodne; są to np.: trwałe emulsje (szczególny przypadek koloidu) dwufazowy układ dyspersyjny cieczciecz dwóch niemieszających się wzajemnie cieczy (polarnej i niepolarnej); układ termodynamicznie nietrwały skrajnie rozproszone zawiesiny układ niejednorodny, dwufazowy, w postaci cząstek jednego ciała rozproszonych (faza rozproszona) w drugim ciele (faza rozpraszająca), np. cząstek ciała stałego w gazie lub cząstek cieczy w cieczy koloidy niejednorodna mieszanina, zwykle dwufazowa, tworząca układ dwóch substancji, w którym jedna z substancji jest rozproszona w drugiej; rozdrobnienie (czyli dyspersja) substancji rozproszonej jest tak duże, że fizycznie mieszanina sprawia wrażenie substancji jednorodnej, jednak nie jest to wymieszanie na poziomie pojedynczych cząsteczek żele szczególny rodzaj układu koloidalnego, będący efektem koagulacji zolu Roztwory koloidalne składa się z fazy ciągłej, czyli substancji rozpraszającej, zwanej też ośrodkiem dyspersyjnym albo dyspergującym oraz z fazy rozproszonej, czyli substancji zawieszonej (zdyspergowanej) w ośrodku dyspersyjnym i w nim nierozpuszczalnej (liofobowej, hydrofobowej) w koloidach stopień dyspersji wynosi od 105 do 107 cm -1 wówczas wielkość cząstek fazy zawieszonej (zdyspergowanej) sprawia, że ważne są zarówno oddziaływania pomiędzy nią i fazą dyspergującą, jak i oddziaływania wewnątrz obu faz roztwór koloid zawiesina 4

5 Roztwory koloidalne rodzaj fazy rozpraszającej hydrozole (woda) powinowactwo do rozpuszczalnika liofilowe (duże powinowactwo do rozpuszczalnika, łatwo ulegają solwatacji) (żelatyna, białko, insulina, kwas krzemowy) budowa fazy rozproszonej cząsteczkowe (pojedyncze makrocząsteczki) grupy polarne na powierzchni molekuły alkozole (alkohol) aerozole (powietrze) liofobowe (wykazują mniejsze powinowactwo do rozpuszczalnika, nie otaczają się otoczką solwatacyjną). Czynnikiem stabilizującym je jest głównie ładunek elektryczny. Cząstka fazy rozproszonej adsorbuje na swej powierzchni jony określonego jednego znaku; zole metali Au, Pt, Ag, chlorek srebra fazowe (bardzo małe kryształy) miceralne (micela) Otrzymywanie koloidów metody dyspersyjne polegają na rozdrabnianiu cząstek o wymiarach większych od 500 nm, aż do uzyskania wymiarów charakterystycznych dla roztworów koloidalnych rozdrabnianie mechaniczne (rozcieranie) metoda Brediga, polegająca na rozpyleniu głównie czystych metali w łuku Volty peptyzacja (polega na działaniu roztworem odpowiedniego elektrolitu na świeżo wytrącony trudno rozpuszczalny osad) rozpylanie za pomocą ultradźwięków, rozpylanie katodowe, termiczne, itd. metody kondensacyjne (na drodze przemian chemicznych) polegają na łączeniu cząsteczek lub jonów w większe zespoły aż do osiągnięcia rozdrobnienia koloidalnego zmniejszenie rozpuszczalności, redukcja, czasem utlenienie, hydroliza, polimeryzacja, metoda zarodnikowa i inne H S SO H O 3S AgNO NaCl NaNO 3 3 AgCl 5

6 Roztwory koloidalne byjus.com efekt Tyndalla rozproszenie i ugięcie światła na cząsteczkach fazy rozproszonej (cząstki fazy rozproszonej są większe od długości fali świetlnej); intensywność tego zjawiska jest tym większa, im większa jest różnica między współczynnikiem załamania fazy rozproszonej i ośrodka dyspersyjnego fphoto.photoshelter.com dzięki rozpraszaniu światła w dzień niebo jest niebieskie a o świcie i zmierzchu czerwone dzięki rozpraszaniu widzimy chmury i dym Roztwory koloidalne ruchy Browna bezładne ruchy cząstek koloidalnych w ośrodku rozpraszającym cząstki fazy rozproszonej poruszają się w roztworze po torach zygzakowatych od odbicia (zderzenia) do odbicia (zderzenia) z innymi cząstkami Nobel dla Perrina za doświadczalne badania ruchów Browna teoria opracowana niezależnie przez Einsteina (1904) i Smoluchowskiego (1905) ruchy Browna dla dużej cząsteczki (np. cząsteczki kurzu), która ulega zderzeniom z dużą liczbą małych cząsteczek (gazu) poruszających się z różną prędkością w różnych kierunkach ruchy Browna dla 5-ciu cząsteczek (żółte) zderzających się z 800 małymi cząsteczkami; trajektoria randomicznego ich ruchu zaznaczona na niebiesko; na czerwono zaznaczono wektor prędkości en.wikipedia.org 6

7 Roztwory koloidalne koagulacja zjawisko łączenia się cząstek fazy rozproszonej koloidu w większe zespoły tworzące nieregularną sieć (koagulat) (przejście zolu w żel) szybkość koagulacji uwarunkowana jest ruchami Browna, których intensywność jest warunkowana przez: stężenie cząstek fazy rozproszonej i ich szybkością dyfuzji w cieczy, która z kolei jest silnie zależna od temperatury oddziaływania międzycząsteczkowe, które mogą być regulowane składem elektrolitów w układzie peptyzacja zjawisko odwrotne do koagulacji (przejście żelu w zol) koagulacja zol (koloid) żel (koagulat) peptyzacja denaturacja nieodwracalny proces przechodzenia zolu w żel Roztwory koloidalne czynniki powodujące proces koagulacji i denaturacji koloidu koagulacja koloidu denaturacja koloidu dodanie niektórych elektrolitów dodanie: dodanie nieelektrolitów stężonych roztworów kwasów lub zasad zmiana temperatury (obniżenie lub podwyższenie) roztworów soli metali ciężkich działanie czynnikami mechanicznymi niektórych związków organicznych (alkoholu, aldehydu) przepływ prądu elektrycznego działanie świtała inne wysokie zmiany temperatury 7

8 Właściwości elektryczne na skutek adsorpcji jonów elektrolitu z roztworu na powierzchni cząstki koloidalnej powstaje ładunek elektryczny w wyniku adsorpcji tworzy się podwójna warstwa elektryczna złożona z powłoki wewnętrznej (adsorpcyjnej) przylegającej mocno do powierzchni zewnętrznej, będącej warstwą jonów przeciwnego znaku zależnie od tego jakie jony są adsorbowane na powierzchni, cząstka może być naładowana albo ujemnie albo dodatnio; znak ładunku elektrycznego nie jest ich cechą charakterystyczną (ta sama cząstka koloidalna może mieć ładunek dodatni lub ujemny w zależności od środowiska) koloidalny AgI w roztworze zawierającym jony srebra jest naładowany dodatnio, w roztworze zaś zawierającym jony jodkowe ujemne. cząstka dowolnego koloidu posiadająca ładunek nosi nazwę miceli układy termodynamicznie niestabilne (charakteryzują się nadwyżką energii związaną z rozwiniętą powierzchnią) stabilizacja czasowa dzięki ładunkom elektrycznym zgromadzonym na granicy faz lub wprowadzeniu na powierzchnię substancji powodującej powstanie tam bariery sferycznej destabilizacja procesy agregacji prowadzące do zmniejszenia pola granicy faz (ścinanie białka, usuwanie zanieczyszczeń, ustalanie grupy krwi, specyficzne testy medyczne, separacja białek i komórek) modyfikacja powierzchni drogą adsorpcji (pienienie, zwilżalność, wychwyt substancji z ośrodka rozpraszającego, modyfikacja transportu ciepła i masy) znaczenie i zastosowania filtracja i oczyszczanie ścieków, wzbogacanie rud, pranie, gaszenie pożarów, smarowanie, szkła kontaktowe, sterowanie (szybkość i miejsce) uwalnianiem substancji czynnej (w lekach, środkach ochrony roślin) 8

9 Koloidy, przykłady naturalne: mleko kropelki tłuszczu i białka w wodzie mgła, chmury kropelki wody rozproszone w powietrzu krew krwinki, płytki, białe ciałka w osoczu błoto zawiesina gleby w wodzie wytworzone sztucznie: farby barwniki, wypełniacze, substancje pokrywające w wodzie ciekłe kryształy uporządkowane struktury drobnych cząstek kosmetyki tłuszcze, witaminy (wszystko co zawieszone w wodzie lub tłuszczu lekarstwa czynnik aktywny rozproszony w obojętnej matrycy Stopy stopami nazywamy stopienie ze sobą dwóch metali lub metali z niemetalami stopy posiadają zupełnie inne cechy niż metale wchodzące w ich skład Obecnie wytwarzane są w wielkiej różnorodności gatunków. Zmienia się nie tylko substancje dodawane do stali, ale także sposoby obróbki cieplnej, by uzyskać materiał o pożądanych własnościach. stal manganowa: Fe, ok. 1% C i 11-14% Mn (do wytwarzania elementów narażonych na wzmożone ścieranie) stal nierdzewna (typowa): Fe, 18% Cr, 8% Ni oraz 0,08% C inne odmiany stali nierdzewnej zawierają od 1-30% Cr, często wraz z mniejszymi ilościami metali, takich jak: Ni, Mo, czy Cu; stopy te są szeroko stosowane w przemyśle oraz w wyrobach codziennego użytku 9

10 stopy na bazie Cu obejmują brąz, mosiądz oraz stopy miedziowo-niklowe brąz jest najstarszym znanym stopem (75% Cu i 5% Sn) szeroka gama stopów na bazie Cu, zawierających różne dodatki, a niekiedy zupełnie nie zawierających cyny fosforobrązy: wytwarzane przez dodanie do 0,5% P do brązu o zawartości 85-90% Cu; przy zawartości P nie większej niż 0,3% stop jest sprężysty i niemagnetyczny mosiądz to stop Cu i Zn, łączonych ze sobą w różnych proporcjach (dodaje się często inne metale, np. Sn, Pb i Al) mosiądz łuskowy: 70% Cu i 30% Zn mosiądz o dużej wytrzymałości na rozciąganie, twardszy i wytrzymalszy od mosiądzu łuskowego, produkowany jest przez stopienie Cu i Zn z dodatkiem Mn, Fe, Sn, Pb i Al; materiał łatwy do obróbki i do odlewania nowe srebro (mosiądz wysokoniklowy): Cu (normalnie około 65%), Zn (około 17%) oraz Ni (18%); nie zawiera w sobie Ag, jednak swym wyglądem bardzo przypomina ten metal stopy aluminium (w XX wieku) stopy aluminium zawierają do 15% Si oraz niewielkie dodatki metali: Zn, Cu, Fe, Ni i Mn z tych lekkich stopów odlewane są bloki cylindrów, inne elementy silników spalinowych, a także elementy kadłubów samolotów stopy aluminium nadające się do kształtowania w trakcie takich procesów jak kucie, walcowanie lub ciągnięcie zawierają około 7% Mg i około 1% Mn duraluminium zwykle zwiera 3,5-4,5% Cu, po 0,4-0,7% Mg i Mn oraz do 0,7% Si 10

11 Roztwory ciekłe powstają przez rozpuszczenie w cieczy substancji gazowych, ciekłych lub stałych rozpuszczalniki polarne tworzą cząsteczki o dużych momentach dipolowych (woda, amoniak) na poziomie mikroskopowym substancje rozpuszczone w rozpuszczalnikach polarnych ulegają solwatacji cząsteczki rozpuszczalnika zostają uporządkowane wokół cząsteczek rozpuszczonych solwatacja polega na oddziaływaniach typu donor akceptor, niekoniecznie tylko elektrostatycznej natury, dzięki czemu również cząsteczki elektrycznie obojętne mogą ulegać silnej solwatacji cząsteczki rozpuszczalników niepolarnych wykazują co najwyżej mały moment dipolowy zazwyczaj lepiej rozpuszczają się w nich substancje niepolarne cząsteczki oddziałują głownie za pośrednictwem sił van der Waalsa niepolarne ciecze są zwykle słabymi rozpuszczalnikami dla cząsteczek polarnych, ponieważ słabe oddziaływania międzycząsteczkowe nie mogą konkurować z silniejszymi oddziaływaniami wewnątrz substancji rozpuszczanej na podobnej zasadzie substancje niepolarne nie mogą współzawodniczyć z silnymi oddziaływaniami międzycząsteczkowymi w rozpuszczalnikach polarnych i ich rozpuszczalność jest w takich rozpuszczalnikach słaba Roztwory właściwe podział roztworów ze względu na zawartość substancji rozpuszczonej roztwór o stężeniu większym od stężenia roztworu nasyconego w danej temperaturze roztwór roztwory przesycone są przykładami substancji w stanie termodynamicznie niestabilnym (metatrwałym) nienasycony c < c max roztwór, w którym w danej temperaturze można rozpuścić jeszcze pewną ilość danej substancji c stężenie roztworu c max stężenie roztworu wynikające z rozpuszczalności nasycony c = c max roztwór, który w określonych warunkach termodynamicznych (ciśnienie i temperatura) nie zmienia swego stężenia w kontakcie z substancją rozpuszczoną bez zmian warunków termodynamicznych z roztworu nasyconego nie wytrąca się żaden osad, ale nie można też w nim rozpuścić już więcej substancji przesycony c > c max 11

12 Rozpuszczalność rozpuszczanie proces fizykochemiczny polegający na takim zmieszaniu ciała stałego, gazu lub cieczy w innej cieczy lub gazie, że powstaje jednorodna, niemożliwa do rozdzielenia metodami mechanicznymi mieszanina (roztwór) rozpuszczalność maksymalna liczba gramów substancji rozpuszczonej w określonych warunkach temperatury i ciśnienia w 100g rozpuszczalnika maksymalne stężenie (stężenie roztworu nasyconego) i wyraża się w gramach na 100 g rozpuszczalnika solwatacja rozpuszczanie dyspersja s s rozpuszczalność m s masa substancji m rozp masa rozpuszczalnika reakcja chemiczna Rozpuszczanie w wyniku reakcji rozpuszczająca się substancja reaguje z cząsteczkami rozpuszczalnika lub innej, wcześniej rozpuszczonej substancji, tworząc nowy związek chemiczny P CO HO HCO3 O5 3HO H3PO4 Zn HCl ZnCl H 1

13 Rozpuszczanie w wyniku solwatacji Cl - Na + solwatacja (hydratacja) polega na otaczaniu cząsteczek rozpuszczającej się substancji przez cząsteczki rozpuszczalnika (wody) moorechemistry.weebly.com Rozpuszczanie w wyniku dyspersji dyspersja mieszanie się dwóch substancji w wyniku dyfuzji i oddziaływań międzycząsteczkowych dyfuzja proces samorzutnego rozprzestrzeniania się cząsteczek lub energii w danym ośrodku (np. w gazie, cieczy lub ciele stałym), będący konsekwencją chaotycznych zderzeń cząsteczek dyfundującej substancji między sobą lub z cząsteczkami otaczającego ją ośrodka

14 Wpływ temperatury na rozpuszczalność wpływ temperatury zależny jest od efektu cieplnego procesu rozpuszczania: r. endotermiczna H < 0 T - S substancja + rozpuszczalnik = roztwór - H wzrost temperatury przesunie równowagę w prawo; rozpuszczalność będzie rosła wraz z temperaturą r. egzotermiczna H > 0 T - S substancja + rozpuszczalnik = roztwór + H dostarczenie ciepła poprzez zwiększenie temperatury powoduje przesunięcie równowagi w lewo, a więc w kierunku mniejszej rozpuszczalności Sposoby wyrażania stężeń roztworów właściwych stężenie % stężenie procent objętościowy stężenie molowe stężenie normalne ułamek molowy 14

15 Sposoby wyrażania stężeń roztworów właściwych stężenie procentowe [%] (C p lub C % ): procent masowy (wagowy) substancji rozpuszczonej w roztworze (w 100g roztworu) m s masa substancji rozpuszczonej [g] m r-ru masa roztworu [g] m rozp. masa rozpuszczalnika [g] m r = m s + m rozp Obliczyć stężenie procentowe roztworu przygotowanego przez rozpuszczenie 5g NaCl w 150g wody. dane: m s = 5g m rozp. = 150g rozwiązanie: 15

16 M s C m stężenie molowe n ilość moli substancji rozpuszczonej V r-ru objętość roztworu m s masa substancji rozpuszczonej M s masa molowa substancji rozpuszczonej Ile gramów CaCl należy odważyć, aby przygotować dm molowego roztworu? 16

17 Przeliczanie stężeń roztworów przeliczenie z C p na C m przeliczenie z C m na C p C m C p d r -ru 100% M C p C m M100% d r-ru C m stężenie molowe roztworu [mol/dm 3 ] C p stężenie procentowe roztworu [%] d r-ru gęstość roztworu w g/dm 3 (gęstość należy przeliczyć z g/cm 3 mnożąc ją przez 1000, np. d = 1,g/cm 3 = 100g/dm 3 ) M masa molowa [mol/dm 3 ] 17

18 Reguła mieszania roztworów o różnych stężeniach procentowych m m 1 c px p c p 1 c p 1 c c p x c px c p c x p liczba jednostek wagowych roztworu o stężeniu c p1 m 1 - masa roztworu o stężeniu m - masa roztworu o stężeniu c p1 c p c p c p c 1 p x liczba jednostek wagowych roztworu o stężeniu c p Reguła mieszania roztworów o różnych stężeniach molowych V V 1 c mx m c m 1 c m 1 c c m x c mx c m c x m liczba jednostek objętościowych roztworu o stężeniu c m 1 V 1 objętość roztworu o stężeniu V - objętość roztworu o stężeniu c m c m 1 c m c m c 1 m x liczba jednostek objętościowych roztworu o stężeniu c m 18

19 procent objętościowy podaje ilość jednostek objętości substancji rozpuszczonej w 100 jednostkach objętości roztworu % v v v s rru 100% v rozp. v s v s 100% % v procent objętościowy v s objętość substancji rozpuszczonej v r ru objętość roztworu v rozp objętość rozpuszczalnika Jaki jest procent objętościowy roztworu, jeżeli 40cm 3 etanolu rozpuszczono w 60cm 3 wody? dane: V s = 40 cm 3 V rozp. = 60 cm 3 19

20 ułamek molowy podaje stosunek ilości moli jednego ze składników do sumy ilości moli wszystkich składników w roztworze x x s ułamek molowy n s ilość moli składnika n 1,,..,i ilość moli składnika i s ns ns ni n1 n... ni i i x i 1 Ile wynosi ułamek molowy NaCl jeżeli 10g tej soli rozpuszczono w 150g wody? dane: m NaCl = 10 g m HO = 150 g 0

21 stężenie normalne podaje ilość gramorównoważników substancji rozpuszczonej w 1dm 3 roztworu C N g ms G v wal dm s 3 vr -ru s C N stężenie normalne g s ilośc gramorównoważników substancji v objętość roztworu m s masa substancji G s gramorównoważnik 1

22 gramorównoważnik ilość gramów substancji powiązana z oddaniem lub przyjęciem jednego mola elektronów; inaczej masa molowa podzielona przez ogólną wartościowość dodatnią lub ujemną kwasy: gramorównoważnik jest równy masie molowej podzielonej przez ilość atomów wodoru H SO 4 H PO 3 4 G s G s M s M 3 s g wal g wal wodorotlenki: gramorównoważnik jest równy masie molowej podzielonej przez ilość grup wodorotlenowych Ca Al ( ( OH OH ) ) 3 G G s s M M 3 s s g wal g wal

23 sole: gramorównoważnik jest równy masie molowej podzielonej przez ilość atomów metalu pomnożoną przez jego wartościowość. Al III K I (SO I Na Cl G SO 4 ) 4 3 G s s G s Ms g 1 1 wal Ms g 1 wal Ms g 3 wal Ile gramów Ca(HCO 3 ) znajduje się w 0.5 dm 3 roztworu normalnego? dane: C N = wal/dm 3 V sol = 0.5 dm 3 3

24 Prężność pary nad cieczą Ciepło parowania ustalone w danej temperaturze ciśnienie gazu nad cieczą nosi nawę prężności pary ciśnienie, przy którym w określonej temperaturze gaz jest w stanie równowagi z cieczą (równowaga między parowaniem i skraplaniem) nazywamy prężnością pary nasyconej zależność prężności pary nasyconej od temperatury Ciepłem parowania H par. nazywamy ilość ciepła potrzebną do przeprowadzenia jednostkowej masy cieczy (jednego grama lub jednego mola) w parę o tej samej temperaturze. 4

25 Temperatura wrzenia Jeśli prężność pary cieczy zrównoważy ciśnienie zewnętrzne następuje zjawisko wrzenia. Temperatura, w której zachodzi wrzenie nosi nazwę temperatury wrzenia. Zależy ona od ciśnienia zewnętrznego. Krzywa przedstawiająca zależność prężności pary od temperatury jest równocześnie zależnością temperatury wrzenia od ciśnienia. Wpływ ciśnienia na rozpuszczalność prawo Henry ego: wpływ ciśnienia na stężenie gazu rozpuszczonego c = k p c stężenie gazu rozpuszczonego w cieczy (mol/l) k stała zależąca od temp., rozpuszczalnika i gazu p ciśnienie parcjalne gazu (atm) w stałej temperaturze ilość rozpuszczonego gazu jest proporcjonalna do ciśnienia cząstkowego gazu w równowadze z cieczą 01books.lardbucket.org w danym ciśnieniu i temperaturze ciecz zawiera pewną ilość rozpuszczonych gazów: rozpuszczalność gazów w cieczach spada (maleje zawartość gazu) wraz ze T p rozpuszczalność gazów w cieczach rośnie (rośnie zawartość gazu) wraz z T i p docplayer.pl 5

26 Prawo Raoulta Ciśnienie par prawo Raoulta: podaje skład pary nasyconej nad cieczą o znanym składzie ciśnienie cząstkowe par składnika nad roztworem (idealnie rozcieńczonym) jest proporcjonalne do ciśnienia, jakie wykazywałby czysty składnik oraz jego ułamka molowego 0 0 pi pi xi p p i ciśnienie pary składnika i i p 0 i ciśnienie par nad czystym składnikiem i x i ułamek molowy składnika i p ciśnienie całkowite nad roztworem p i x zgodnie z prawem Raoulta faza gazowa (para cieczy) będzie zawsze bogatsza od fazy ciekłej w składniki łatwiej lotne (mające wyższe ciśnienie pary nasyconej a niższą temperaturę wrzenia) i en.wikipedia.org catalog.flatworldknowledge.com Dyfuzja proces dyfuzji: proces polegający na przemieszczaniu się substancji z obszaru o wyższym stężeniu do obszaru o niższym stężeniu v D A C v prędkość dyfuzji A powierzchnia D współczynnik dyfuzji C gradient stężenia D D 0 e Ea RT D 0 maksymalny współczynnik dyfuzji (dla nieskończonej T) E a energia aktywacji T temperatura R stała gazowa 6

27 Osmoza osmoza - dyfuzja cząsteczek rozpuszczalnika przez membranę półprzepuszczalną, oddzielającą dwa roztwory różniące się potencjałami chemicznymi różnica potencjałów chemicznych wynika z różnicy składu (stężenia) roztworów osmoza spontanicznie zachodzi od roztworu o niższym stężeniu substancji rozpuszczonej do roztworu o wyższym, czyli prowadzi do wyrównania stężeń obu roztworów błona półprzepuszczalna musi być przepuszczalna dla rozpuszczalnika, a nieprzepuszczalna dla substancji rozpuszczonej C RT ciśnienie osmotyczne C gradient stężenia Dysocjacja jonowa związki o budowie jonowej lub polarnej: sole, wodorotlenki, kwasy tlenowe, wodorki kwasowe, niektóre związki organiczne dysocjacja: rozpad cząsteczek elektrolitu na jony pod wpływem rozpuszczalnika Al E n m A m n me HCl H n na Cl m 3 SO 4 3 Al 3SO4 ( ) nieelektrolitami są substancje, które nie ulegają dysocjacji jonowej: większość związków organicznych oraz tlenki i wodorki nie reagujące z wodą 7

28 Teoria kwasów i zasad Teoria Arrheniusa kwasy substancje dysocjujące z wydzieleniem jonu hydroniowego, H 3 O + (jon H + w rzeczywistości istnieje zawsze w towarzystwie cząsteczki wody) zasady substancje dysocjujące z wydzieleniem jonu wodorotlenowego, OH - kwas H R nh n O nh 3 O R n zasada Me ( OH ) n Me n noh kwas donor protonu (H + ) zasada akceptor protonu (H + ) Teoria Brønsteada i Lowry ego istnieją pary kwasowo zasadowe kwas zasada H O OH H3O HO NH4 NH3 H H H H 8

29 Teoria Lewisa kwas akceptor pary elektronowej zasada donor pary elektronowej kwas zasada produkt BF 3 NH3 F3B NH3 AlCl3 AlCl Cl 4 stopień dysocjacji zdolność substancji do dysocjacji stosunek ilości cząsteczek dysocjujących do ogólnej ilości cząsteczek w roztworze n zd ilość cząsteczek zdysocjowanych n 0 całkowita ilość cząsteczek w roztworze 1 mocne elektrolity < 0.1 słabe elektrolity 0.1< < 1 elektrolity średniej mocy n α n zd 0 9

30 stała dysocjacji stała równowagi reakcji dysocjacji HA (aq) H + (aq) + A - (aq) d K d stała dysocjacji C H+, A- stężenia jonów C HA stężenie cząsteczek niezdysocjowanych Prawo rozcieńczeń Oswalda prawo rozcieńczeń Wilhelma Ostwalda podaje zależność stałej dysocjacji od stopnia dysocjacji i stężenia prawo to stosuje się wyłącznie do elektrolitów słabych (<0,1) K d stała dysocjacji c stężenie elektrolitu stopień dysocjacji K d c α 1 α 30

31 Aktywność aktywność inaczej stężenie rzeczywiste, podaje ilość cząsteczek w roztworze i oddziaływania pomiędzy nimi a i f c i i a i aktywność składnika i f i współczynnik aktywności składnika i c i stężenie składnika i dla roztworów rozcieńczonych f i 1, więc a i = c i Iloczyn rozpuszczalności dla trudno rozpuszalnych soli mianownik w wyrażeniu na stałą dysocjacji można przyjąć za wartość stałą d C HA = const. L iloczyn rozpuszczalności L K d c HA L c H c A 31

32 iloczyn rozpuszczalności iloczyn stężeń jonów trudno rozpuszczalnej soli w jej roztworze nasyconym w określonych warunkach (T, p) CaSO L 4 Ca SO4 c c Ca 4 CaSO 4 SO PbI PbI Pb L c Pb c I I Miara kwasowości, ph woda dysocjuje w bardzo niewielkim stopniu: L H O OH H O c H H c 10 OH 14 skala ph ilościowa skala kwasowości i zasadowości roztworów wodnych związków chemicznych ph logc H 0< ph < 14 3

33 przykładowe wartości ph substancja ph 1 M kwas solny 0 kwas akumulatorowy < 1,0 kwas żołądkowy 1,5 sok cytrynowy,4 Coca-Cola,5 Ocet,9 sok pomarańczowy 3,5 piwo 4,5 kawa 5,0 herbata 5,5 kwaśny deszcz < 5,6 mleko 6,5 chemicznie czysta woda 7 ślina człowieka 6,5 7,4 krew 7,35 7,45 woda morska 8,0 mydło 9,0 10,0 woda amoniakalna 11,5 wodorotlenek wapnia 1,5 1 M roztwór NaOH 14 kwaśny obojętny zasadowy pomiar ph przeprowadza się za pomocą: wskaźników związków, najczęściej organicznych, które zmieniają zabarwienie ze zmianą ph: lakmus (czerwony w r. kw.), BBT (żółty w r. kw. I błękitny w r. zas.), fenoloftaleina (malinowy w r. zas.), oranż metylowy papierki wskaźnikowe bibuła nasączona kilkoma wskaźnikami, zmieniająca barwę w zależności od ph pehametru z elektrodą szklaną 33

34 Hydroliza hydroliza reakcja podwójnej wymiany (często odwracalna), która przebiega między wodą i rozpuszczoną w niej substancją w jej wyniku powstają nowe związki chemiczne jest szczególnym przypadkiem liolizy (solwolizy) często przebiega w obecności katalizatorów (kwasów lub zasad) zazwyczaj reakcja hydrolizy przebiega według ogólnego schematu: AB + H O BH + AOH sole mocnych kwasów i mocnych zasad nie ulegają hydrolizie Na Cl HO Na H O OH dysocjacja wody OH H H Cl sole mocnych kwasów i słabych zasad Me n R m nh O Me m OH R nh n odczyn po hydrolizie kwaśny ph < 7 ( NH NH 4 SO4 HO NH4OH HSO4 ) 4 SO4 HO NH4OH H SO4 34

35 sole słabych kwasów i mocnych zasad Me n R m mh O Me n moh H m R odczyn po hydrolizie zasadowy ph > 7 K K CO3 HO KOH HCO3 CO 3 HO K OH HCO3 sole słabych kwasów i słabych zasad Me n R m xh O Me OH H R n m odczyn po hydrolizie obojętny ph 7 Fe S HO Fe OH HS ( ) 35