ROZTWORY. Podział rozpuszczalników 1) nieorganiczne 2) organiczne ze względu na względną stałą dielektryczną (ε) 1) polarne 2) niepolarne 4,72 CN

Transkrypt

1 ROZTWORY Podział rozpuszczalników 1) nieorganiczne 2) organiczne ze względu na względną stałą dielektryczną (ε) 1) polarne 2) niepolarne Rozpuszczalnik ε Rozpuszczalnik ε Woda 78,38 Octan etylu CH 3 COOC 2 H 5 6,02 Nitrometan CH 3 NO 2 38,60 Chloroform CHCl 3 4,72 Acetonitryl CH 3 CN 35,95 Tetrachlorek węgla CCl 4 2,23 Metanol CH 3 OH 32,62 Heksan C 6 H 14 1,88 Etanol C 2 H 5 OH 24,55 Benzen C 6 H 6 2,28 Aceton CH 3 COCH 3 20,70 Toluen C 6 H 5 CH 3 2,38

2 - rozpuszczalność gazów w cieczach: m = k p (prawo Henry ego) m - masa gazu rozpuszczonego w danej objętości cieczy k - współczynnik proporcjonalności; zależny od temperatury, rodzaju gazu i rozpuszczalnika p-ciśnienie H 2 O 2 N 2 Gaz S [dm 3 /dm 3 ] 0,019 0,031 0,016 Cl 2 HCl H 2 S Gaz S [dm 3 /dm 3 ] 2,26 430,4 2,40 CH 4 0,035 NH C 2 H 2 1,02 SO 2 33,3 CO 0,024 CO 2 0,827 S rozpuszczalność gazu w wodzie, w temp. 25 o C pod ciśn. gazu 1 atm. - rozpuszczalność cieczy w cieczach -zależy od temperatury - na ogół rośnie ze wzrostem temperatury - kontrakcja objętości - zmiana objętości podczas mieszania dwóch cieczy rozpuszczających się wzajemnie Rozpuszczalność cieczy organicznych w wodzie (t. pok.) Metanol Ciecz rozpuszczana Aceton CH 3 COCH 3 Etanol C 2 H 5 OH CH 3 OH Rozpuszczalność Octan etylu CH 3 COOC 2 H 5 8,6 % Chloroform CHCl 3 1 % Tetrachlorek węgla CCl 4 0,08 %

3 - rozpuszczalność ciał stałych w cieczach substancja stała + ciecz, np. H 2 O roztwory nieelektrolitów roztwory elektrolitów roztwory koloidowe Solwatacja - przyłączanie cząsteczek rozpuszczalnika przez cząstki ciała rozpuszczonego Hydratacja - otaczanie cząstek substancji rozpuszczanej przez cząsteczki wody (szczególny przypadek solwatacji) EFEKT CIEPLNY ROZPUSZCZANIA jest rezultatem rozerwania wiązań międzydrobinowych w fazie rozpuszczanej i powstaniem nowych oddziaływań między cząstkami chemicznymi substancji rozpuszczonej i cząstkami rozpuszczalnika zależy od: - rodzaju substancji rozpuszczanej - rodzaju rozpuszczalnika - temperatury - stosunku ilości substancji rozpuszczanej do ilości rozpuszczalnika efekt cieplny: - mieszanie gazów - nieznaczny, 0 - rozpuszczanie cieczy w cieczy - może być dość znaczny, np. rozp. H 2 SO 4 w H 2 O ΔH = - 92 kj/mol - rozpuszczalność ciał stałych w cieczy: zniszczenie sieci krystalicznej (proces endotermiczny), energia sieciowa U o solwatacja uwolnionych drobin przez cząsteczki rozpuszczalnika (proces egzotermiczny) ΔH h < 0

4 ROZTWORY NIEELEKTROLITÓW właściwości koligatywne roztworów to właściwości, których wielkość zależy jedynie od rodzaju rozpuszczalnika i od stężenia roztworu, a nie zależy od rodzaju substancji rozpuszczonej 1) ciśnienie osmotyczne, 2) obniżenie prężności pary nasyconej rozpuszczalnika nad roztworem w porównaniu z czystym rozpuszczalnikiem (prawo Raoulta), 3) podwyższenie temperatury wrzenia roztworu w stosunku do temperatury wrzenia rozpuszczalnika, 4) obniżenie temperatury krzepnięcia roztworu w stosunku do temperatury krzepnięcia rozpuszczalnika Ad. 1. Osmoza - to proces przenikania substancji przez przegrodę półprzepuszczalną (membranę), rozdzielającą roztwór i czysty rozpuszczalnik lub dwa roztwory o różnych stężeniach. Ciśnienie osmotyczne -to ciśnienie hydrostatyczne panujące w naczyniu zawierającym roztwór, przy którym ustala się stan równowagi i rozpuszczalnik przenika przez błonę półprzepuszczalną w takiej samej ilości w obydwu kierunkach lub Ciśnienie osmotyczne -to ciśnienie hydrostatyczne, które należałoby wywrzeć na roztwór, by zapobiec procesowi osmozy. Π = c R T Π= ms R T M V Roztwory izotoniczne - to roztwory wykazujące identyczne ciśnienie osmotyczne. s

5 Ad. 2. Raoult wykazał, że prężność pary nasyconej p rozpuszczalnika nad roztworem nielotnej substancji jest wprost proporcjonalna do ułamka molowego rozpuszczalnika x o w roztworze (prawo Raoulta): obniżenie prężności pary nasyconej jest zależne od stężenia substancji w roztworze, a nie od jej charakteru chemicznego; p = p o x o Ad. 3. i 4. można wykazać, że: ΔTw = Ke cm Francois Marie Raoult ( ) ΔT w = Δt w = t w (roztw.) t w (rozp.) oraz, że: ΔTk = Kk cm ΔT k = Δt k = t (rozp.) k t (roztw.) k Rozpuszczalnik Wzór K e [K kg/mol] K k [K kg/mol] Benzen C 6 H 6 2,57 5,07 Chloroform CHCl 3 3,80 4,90 Tetrachlorek węgla CCl 4 5,30 29,8 Woda H 2 O 0,52 1,86 ROZTWORY ELEKTROLITÓW Elektrolity - to substancje, które po rozpuszczeniu w wodzie lub innym rozpuszczalniku polarnym dysocjują na jony (kationy i aniony) lub po wodują wzrost stężenia jonów pochodzących z autodysocjacji rozpuszczalnika (elektrolitami są sole, zasady i kwasy, zarówno nieorganiczne, jak i organiczne). teoria dysocjacji elektrolitycznej (1887 r.) Przewodnictwo roztworów elektrolitów spowodowane jest obecnością jonów powstałych w wyniku dysocjacji elektrolitycznej. Dysocjacja elektrolityczna - rozpad substancji na jony w wyniku jej oddziaływania z cząsteczkami rozpuszczalnika. pomiar przewodnictwa elektrycznego, Svante August Arrhenius ( ) Nagroda Nobla w 1903 r. odstępstwa od ilościowych zależności opisujących właściwości koligatywne roztworów nieelektrolitów,

6 Stopień dysocjacji elektrolitycznej - stosunek liczby moli lub stężenia elektrolitu zdysocjowanego do liczby moli lub stężenia ogólnego elektrolitu wprowadzonego do roztworu. nzdys czdys α = = 0 < α 1 lub 0 < α 100% n c elektrolit binarny AB: AB A + + B stan równowagi opisuje stała dysocjacji elektrolitu AB: Wilhelm Ostwald ( ) Nagroda Nobla w 1909 r. [A + ]i[b - ] -stężenia jonów [AB] -stężenie niezdysocjowanego elektrolitu w stanie równowagi [A + ] = [B ] = α c [AB] = c [A + ] = c c α= c (1 - α) prawo rozcieńczeń Ostwalda: jeżeli α 0,05 czyli α 5% to: [A ] [B K = [AB] 2 α c K = 1 α K = α 2 c więc α = + K c ] stopień dysocjacji α zależy od: 1) rodzaju substancji rozpuszczonej, np. 0,01 M HCl w H 2 O, α = 100 % 0,01 M HF w H 2 O, α = 22 % 0,01 M HNO 2 w H 2 O, α = 18 % 0,01 M CH 3 COOH w H 2 O, α = 4,3 % 2) rodzaju rozpuszczalnika, np. HCl w wodzie (H 2 O), α = 100 % HCl w metanolu (CH 3 OH), α << 100 % HCl w toluenie (C 6 H 5 CH 3 ), α =0 3) stężenia, np. jeżeli c to α 4) obecności innych substancji - elektrolitów w roztworze, np. dodatek wspólnego jonu powoduje zmniejszenie stopnia dysocjacji, 5) temperatury, np. najczęściej jeżeli T to α CH 3 COOH c α (%) 1 0,4 0,1 1,3 0,01 4,3 0, ,

7 Jacobus Henricus van t Hoff ( ) Nagroda Nobla w 1901 r. właściwości koligatywne roztworów elektrolitów dla roztworów elektrolitów są większe niż dla roztworów nieelektrolitów o tym samym stężeniu, van't Hoff wprowadza współczynnik izotoniczny i, (liczba molowa, współczynnik van't Hoffa) Współczynnik izotoniczny i wyraża stosunek wyznaczonej eksperymentalnie wielkości koligatywnej roztworu elektrolitu do jej wartości obliczonej dla roztworu nieelektrolitu o takim samym stężeniu. i = 1 + α (ν 1) Π = i c R T po p = p o i ns i n +n ΔT = i K c ΔT = i K c w e m s k k m o α K elektrolity słabe 0 < α < 1 0 < α < 100 % K < 0,01 elektrolity mocne α =1 α = 100 % K układy koloidalne ROZTWORY KOLOIDALNE układ (roztwór) układy o dyspersji molekularnej układy grubodyspersyjne (zawiesiny) rozmiary cząsteczek < 10 Å 10 Å 5000 Å > 5000 Å Roztwory koloidalne - układy najczęściej dwufazowe nierozpuszczalnych w sobie substancji, w których jedna z faz nazywa się fazą rozproszoną a druga rozpraszającą. Ośrodek dyspersyjny Gaz Ciecz Ciało stałe Faza rozproszona gaz ciecz ciało stałe gaz ciecz ciało stałe gaz ciecz ciało stałe Nazwa - mgły gazozole piany emulsje liozole piany stałe piany stałe zole stałe Przykłady - mgła, chmury kurz, dym piana mydlana, bita śmietana mleko, białka, majonez zole metali, siarczków, tlenków pumeks kwarc mleczny szkło rubinowe, perły fosforowe

8 jądro warstwa adsorpcyjna warstwa dyfuzyjna Schemat miceli AgBr {m (AgBr) n Br : (n-x) K + } x K + jądro cząstka koloidalna micela Schemat miceli mydła (soli sodowej kwasu tłuszczowego) Podział układów koloidalnych (ze względu na powinowactwo fazy rozproszonej do rozpraszającej) koloidy liofilowe (hydrofilowe) posiadają otoczkę solwatacyjną z drobin rozpuszczalnika, są trwałe, wykazują znaczną lepkość, trudno koagulują; przykłady: polarne substancje wielkocząsteczkowe, białka, agar, kleje, żelatyna, guma arabska koloidy liofobowe (hydrofobowe) nie są solwatowane, ładunek uzyskują dzięki selektywnej adsorpcji jednego z jonów zawartych w roztworze, lepkość zbliżona do lepkości czystej cieczy, mała trwałość; przykłady: zole metali (Ag, Au), zole AgCl, zole tlenków metali i wodorotlenków metali

9 WŁAŚCIWOŚCI ROZTWORÓW KOLOIDALNYCH koloid ZOL koagulacja peptyzacja ŻEL koagulat denaturacja to nieodwracalny proces przechodzenia zolu w żel koagulację można spowodować przez: 1) ogrzanie lub ochłodzenie roztworu koloidalnego 2) wysalanie, np. dodanie MgSO 4, Na 2 SO 4 3) zmianę ph roztworu 4) dodanie środka odwadniającego, np. alkoholu lub acetonu 1) Ruchy Browna - bezładne, zygzakowate ruchy cząstek w fazie gazowej lub ciekłej, będące wynikiem zderzeń z cząsteczkami ośrodka. 2) Równowaga Donnana - zjawisko związane z nie przechodzeniem cząstek koloidalnych przez błony półprzepuszczalne. Jeżeli jednym z jonów dyfundujących przez błonę półprzepuszczalną jest kation H +, to od stężenia białka zależy ph środowiska po jednej i drugiej stronie błony np. wewnątrz i na zewnątrz komórki. 3) Sedymentacja - zjawisko opadania na dno naczynia dużych cząstek koloidalnych. 4) Elektroforeza - ruch cząstek koloidalnych w zewnętrznym polu elektrycznym. zole [+]: Fe(OH) 3, Al(OH) 3, Cr(OH) 3, TiO 3, ZrO 2 zole [ ]: Au, Pt, Ag, As 2 S 3, Sb 2 S 3

10 Rozdzielanie DNA na płytce żelowej. 5) Sensybilizacja - wrażliwość ( uczulenie ) koloidu liofobowego na działanie elektrolitu. 6) Efekt Tyndalla - rozpraszanie światła na cząstkach koloidalnych. John Tyndall ( ) 1 - źródło światła 2 - roztwór rzeczywisty 3 - roztwór koloidalny 7) Punkt izoelektryczny - punkt, w którym cząstki fazy rozproszonej zostaną całkowicie rozładowane, tzn. nastąpi zobojętnienie elektryczne cząstek koloidalnych.