układ wyodrębniony obszar materii oddzielony od otoczenia wyraźnymi granicami

Transkrypt

1 rozpuzzalnik 1/11/014 Cheia roztworów układ wyodrębniony obzar aterii oddzielony od otozenia wyraźnyi raniai otozenie to wzytko o ię znajduje poza układe faza układu jednorodna pod wzlęde fizyzny zęść układu oddzielona od rezty układu wyraźną powierzhnią rozdziału kładnik układu ubtanja o określonyh właśiwośiah fizykoheiznyh układ dyperyjny układ kładająy ię z fazy zdyperowanej (rozprozonej) f z i fazy dyperyjnej (rozprazająej) f d, które oą wytępować w różnyh tanah kupienia Układy dyperyjne podział układów dyperyjnyh ze wzlędu na tan kupienia f z i f d ubtanja rozpuzzona tan kup. f z f. rozprazana tan kup. f d f. rozprazająa az az roztwory azowe powietrze iez aerozol, ła, wiloć (woda w powietrzu) iało tałe dy, kurz popiół w powietrzu iez iało tałe piana napoje azowane (CO w wodzie) piana tała wodór w platynie roztwory właśiwe eulje etanol w wodzie wiloć w drewnie okra ąbka roztwory właśiwe koloidy łodkie napoje herbata topy etali 1

2 1/11/014 Układy dyperyjne Cheia roztworów ateria zyta ubtanja iezanina zytyh ubtanji pierwiatek związek hooenizna heteroenizna roztwór hooenizna iezanina kładająa ię z 1 lub więej ubtanji rozpuzzonyh w rozpuzzalniku; kład roztworów określa ię przez podanie tężenia kładników; zwykle jeden ze związków heiznyh jet nazywany rozpuzzalnikie, a drui ubtanją rozpuzzaną roztwór właśiwy Co(NO ) K Cr O 7 K CrO 4 NiCl CuSO 4 KMnO 4 < 1n jednorodne - jednakowe właśiwośi fizykoheizne w każdy eleenie objętośi układu roztwór niewłaśiwy 1n < 00n koloidy 00n zawieiny niejednorodne - w obrębie układu wytępują obzary o odiennyh właśiwośiah Cheia roztworów roztwór niewłaśiwy nie ą ałkowiie jednorodne; ą to np.: trwałe eulje (zzeólny przypadek koloidu) dwufazowy układ dyperyjny iez-iez dwóh nieiezająyh ię wzajenie iezy - polarnej i niepolarnej; układ terodynaiznie nietrwały krajnie rozprozone zawieiny układ niejednorodny, dwufazowy, w potai zątek jedneo iała rozprozonyh (faza rozprozona) w drui iele (faza rozprazająa), np. zątek iała tałeo w azie lub zątek iezy w iezy (zątki dotateznie ałe układ koloidalny) żele zzeólny rodzaj układu koloidalneo, będąy efekte koaulaji zolu koloidy niejednorodna iezanina, zwykle dwufazowa, tworząa układ dwóh ubtanji, w który jedna z ubtanji jet rozprozona w druiej; rozdrobnienie (zyli dyperja) ubtanji rozprozonej jet tak duże, że fizyznie iezanina prawia wrażenie ubtanji jednorodnej, jednak nie jet to wyiezanie na pozioie pojedynzyh zątezek

3 1/11/014 Roztwory koloidalne układ koloidalny niejednorodna iezanina, zwykle dwufazowa, tworząa układ dwóh ubtanji, w który jedna z ubtanji jet rozprozona w druiej rozdrobnienie ubtanji rozprozonej jet tak duże, że fizyznie iezanina prawia wrażenie ubtanji jednorodnej, jednak nie jet to wyiezanie na pozioiepojedynzyh zątezek roztwór koloid zawieina Roztwory koloidalne efekt Tyndalla rozprozenie światła na zątezkah fazy rozprozonej (zątki fazy rozprozonej ą więkze o dłuośi fali świetlnej)

4 1/11/014 Roztwory koloidalne rodzaj fazy rozprazająej hydrozole (woda) powinowatwo do rozpuzzalnika liofilowe (duże powinowatwo do rozpuzzalnika, łatwo uleają olwataji) rupy polarne na powierzhni olekuły budowa fazy rozprozonej zątezkowe (pojedynze akrozątezki) alkozole (alkohol) aerozole (powietrze) liofobowe (ałe powinowatwo do rozpuzzalnika, nie uleają olwataji) fazowe (bardzo ałe kryztały) ieralne (iela) Roztwory koloidalne ruhy Browna zątki fazy rozprozonej poruzają ię w roztworze po torah zyzakowatyh od odbiia (zderzenia) do odbiia (zderzenia) z innyi zątkai ruhy Browna dla dużej zątezki (np. zątezki kurzu), która ulea zderzenio z dużą lizbą ałyh zątezek (azu) poruzająyh ię z różną prędkośią w różnyh kierunkah ruhy Browna dla 5-iu zątezek (żółte) zderzająyh ię z 800 ałyi zątezkai; trajektoria randoizneo ih ruhu zaznazona na niebieko; na zerwono zaznazono wektor prędkośi 4

5 1/11/014 Roztwory koloidalne koaulaja zjawiko łązenia ię zątek fazy rozprozonej koloidu w więkze zepoły tworząe niereularną ieć (koaulat) (przejśie zolu w żel) zybkość koaulaji uwarunkowana jet ruhai Browna, któryh intenywność jet warunkowana przez: tężenie zątek fazy rozprozonej i ih zybkośią dyfuzji w iezy, która z kolei jet ilnie zależna od teperatury oddziaływania iędzyzątezkowe, które oą być reulowane kłade elektrolitów w układzie peptyzaja zjawiko odwrotne do koaulaji (przejśie żelu w zol) koaulaja zol (koloid) żel (koaulat) peptyzaja denaturaja nieodwraalny proe przehodzenia zolu w żel Roztwory koloidalne zynniki powodująe proe koaulaji i denaturaji koloidu koaulaja koloidu denaturaja koloidu dodanie niektóryh elektrolitów dodanie: dodanie nieelektrolitów tężonyh roztworów kwaów lub zaad ziana teperatury (obniżenie lub podwyżzenie) roztworów oli etali iężkih działanie zynnikai ehaniznyi niektóryh związków oraniznyh (alkoholu, aldehydu) przepływ prądu elektryzneo działanie świtała inne wyokie ziany teperatury 5

6 1/11/014 Roztwory właśiwe podział roztworów ze wzlędu na zawartość ubtanji rozpuzzonej nienayony < ax roztwór, w który w danej teperaturze ożna rozpuśić jezze pewną ilość danej ubtanji tężenie roztworu ax tężenie roztworu wynikająe z rozpuzzalnośi roztwór nayony = ax roztwór, który w określonyh warunkah terodynaiznyh (iśnienie i teperatura) nie zienia weo tężenia w kontakie z ubtanją rozpuzzoną bez zian warunków terodynaiznyh z roztworu nayoneo nie wytrąa ię żaden oad, ale nie ożna też w ni rozpuśić już więej ubtanji roztwór o tężeniu więkzy od tężenia roztworu nayoneo w danej teperaturze roztwory przeyone ą przykładai ubtanji w tanie terodynaiznie nietabilny etatrwały przeyony > ax Rozpuzzalność rozpuzzanie proe fizykoheizny poleająy na taki ziezaniu iała tałeo, azu lub iezy w innej iezy lub azie, że powtaje jednorodna, nieożliwa do rozdzielenia etodai ehaniznyi iezanina (roztwór) rozpuzzalność akyalna lizba raów ubtanji rozpuzzonej w określonyh warunkah teperatury i iśnienia w 100 rozpuzzalnika rozpuzzanie olwataja dyperja reakja heizna 6

7 1/11/014 Rozpuzzanie w wyniku reakji rozpuzzająa ię ubtanja reauje z zątezkai rozpuzzalnika lub innej, wześniej rozpuzzonej ubtanji, tworzą nowy związek heizny CO H O H CO P O H O H PO 5 4 Zn HCl ZnCl H Rozpuzzanie w wyniku olwataji Cl - Na + olwataja (hydrataja) polea na otazaniu zątezek rozpuzzająej ię ubtanji przez zątezki rozpuzzalnika (wody) 7

8 1/11/014 Rozpuzzanie w wyniku dyperji dyperja iezanie ię dwóh ubtanji w wyniku dyfuzji i oddziaływań iędzyzątezkowyh dyfuzja proe aorzutneo rozprzetrzeniania ię zątezek lub enerii w dany ośrodku (np. w azie, iezy lub iele tały), będąy konekwenją haotyznyh zderzeń zątezek dyfundująej ubtanji iędzy obą lub z zątezkai otazająeo ją ośrodka Wpływ teperatury na rozpuzzalność wpływ teperatury zależny jet od efektu ieplneo proeu rozpuzzania: r. endoterizna H < 0 T - S wzrot teperatury przeunie równowaę w prawo; rozpuzzalność będzie roła wraz z teperaturą r. ezoterizna H > 0 T - S ubtanja + rozpuzzalnik = roztwór + H dotarzenie iepła poprzez zwiękzenie teperatury powoduje przeunięie równowai w lewo, a wię w kierunku niejzej rozpuzzalnośi 8

9 lizba zątezek 1/11/014 akyalną rozpuzzalność zęto wyraża ię jako akyalne tężenie (tężenie roztworu nayoneo) i wyraża ię w raah na 100 rozpuzzalnika rozp 100 rozpuzzalność aa ubtanji rozp aa rozpuzzalnika Wpływ iśnienia na rozpuzzalność wpływ iśnienia na tężenie azu rozpuzzoneo Prawo Henry eo p k i x i tężenie azu rozpuzzoneo w iezy (ol/l) k tała zależąa od teperatury, rozpuzzalnika i azu p iśnienie parjalne azu (at) w tałej teperaturze ilość rozpuzzoneo azu jet proporjonalna do iśnienia zątkoweo azu w równowadze z iezą w dany iśnieniu i teperaturze iez zawiera pewną ilość rozpuzzonyh azów: rozpuzzalność azów w iezah pada (aleje zawartość azu) wraz ze wzrote teperatury i obniżanie iśnienia, rozpuzzalność azów w iezah rośnie (rośnie zawartość azu) wraz z obniżanie teperatury i wzrote iśnienia iśnienie 9

10 1/11/014 Prawo Raoulta Ciśnienie par prawo Raoulta podaje kład pary nayonej nad iezą o znany kładzie iśnienie zątkowe par kładnika nad roztwore (idealnie rozieńzony) jet proporjonalne do iśnienia, jakie wykazywałby zyty kładnik oraz jeo ułaka oloweo p i p 0 i x i p p i x p i iśnienie pary kładnika i p 0 i iśnienie par nad zyty kładnikie i x i ułaek olowy kładnika i p iśnienie ałkowite nad roztwore zodnie z prawe Raoulta faza azowa (para iezy) będzie zawze boatza od fazy iekłej w kładniki łatwiej lotne (ająe wyżze iśnienie pary nayonej a niżzą teperaturę wrzenia) i 0 i Dyfuzja proe dyfuzji proe poleająy na przeiezzaniu ię ubtanji z obzaru o wyżzy tężeniu do obzaru o niżzy tężeniu v D A C v prędkość dyfuzji A powierzhnia D wpółzynnik dyfuzji C radient tężenia D D 0 e Ea RT D 0 akyalny wpółzynnik dyfuzji (dla niekońzonej T) E a eneria aktywaji T teperatura R tała azowa 10

11 1/11/014 Ooza ooza - dyfuzja zątezek rozpuzzalnika przez ebranę półprzepuzzalną, oddzielająą dwa roztwory różniąe ię potenjałai heiznyi różnia potenjałów heiznyh wynika z różniy kładu (tężenia) roztworów ooza pontaniznie zahodzi od roztworu o niżzy tężeniu ubtanji rozpuzzonej do roztworu o wyżzy, zyli prowadzi do wyrównania tężeń obu roztworów błona półprzepuzzalna ui być przepuzzalna dla rozpuzzalnika, a nieprzepuzzalna dla ubtanji rozpuzzonej iśnienie ootyzne C radient tężenia Dyojaja jonowa dyojaja rozpad zątezek elektrolitu na jony pod wpływe rozpuzzalnika elektrolitai ą związki o budowie jonowej lub polarnej: ole, wodorotlenki, kway tlenowe, wodorki kwaowe, niektóre związki oranizne nieelektrolitai ą ubtanje, które nie uleają dyojaji jonowej: więkzość związków oraniznyh oraz tlenki i wodorki nie reaująe z wodą E n A n E n na HCl H Cl Al(SO4) Al SO 4 11

12 1/11/014 Teoria kwaów i zaad Teoria Arrheniua kway ubtanje dyojująe z wydzielenie jonu hydronioweo, H O + (jon H + w rzezywitośi itnieje zawze w towarzytwie zątezki wody) zaady ubtanje dyojująe z wydzielenie jonu wodorotlenoweo, OH - kwa H R n nh O nh O R n zaada Me(OH) n Me n noh kwa donor protonu (H + ) zaada akeptor protonu (H + ) Itnieją pary kwaowo zaadowe Teoria Brønteada i Lowry eo kwa zaada H H O OH HO HO NH4 NH H H H 1

13 1/11/014 Teoria Lewia kwa akeptor pary elektronowej zaada donor pary elektronowej kwa zaada produkt BF NH F B NH AlCl AlCl Cl 4 topień dyojaji zdolność ubtanji do dyojaji tounek ilośi zątezek dyojująyh do oólnej ilośi zątezek w roztworze n zd ilość zątezek zdyojowanyh n 0 ałkowita ilość zątezek w roztworze 1 one elektrolity < 0.1 łabe elektrolity 0.1< < 1 elektrolity średniej oy n zd n 0 1

14 1/11/014 tała dyojaji tała równowai reakji dyojaji E n A n E n na K d tała dyojaji n, E A E A n tężenia jonów tężenie zątezek niezdyojowanyh K d E E A n n A Prawo rozieńzeń Owalda prawo rozieńzeń Wilhela Otwalda podaje zależność tałej dyojaji od topnia dyojaji i tężenia prawo to touje ię wyłąznie do elektrolitów łabyh (<0,1) K d tała dyojaji tężenie elektrolitu topień dyojaji K d 1 14

15 1/11/014 Aktywność aktywność inazej tężenie rzezywite podaje ilość zątezek w roztworze i oddziaływania poiędzy nii a i f i i a i aktywność kładnika i f i wpółzynnik aktywnośi kładnika i i tężenie kładnika i dla roztworów rozieńzonyh f i 1, wię a i = i Ilozyn rozpuzzalnośi dla trudno rozpuzalnyh oli ianownik w wyrażeniu na tałą dyojaji ożna przyjąć za wartość tałą K d n E A ont. n E A E A n L K d E A n L n E A L ilozyn rozpuzzalnośi 15

16 1/11/014 ilozyn rozpuzzalnośi ilozyn tężeń jonów trudno rozpuzzalnej oli w jej roztworze nayony w określonyh warunkah (T, p) CaSO 4 Ca SO L Ca 4 CaSO4 SO PbI PbI Pb L Pb I I 4 Miara kwaowośi, ph woda dyojuje w bardzo niewielki topniu: H O OH H 14 H O 10 H OH L kala ph ilośiowa kala kwaowośi i zaadowośi roztworów wodnyh związków heiznyh ph lo H 0< ph < 14 16

17 1/11/014 przykładowe wartośi ph ubtanja ph 1 M kwa olny 0 kwa akuulatorowy < 1,0 kwa żołądkowy 1,5 ok ytrynowy,4 Coa-Cola,5 Oet,9 ok poarańzowy,5 piwo 4,5 kawa 5,0 herbata 5,5 kwaśny dezz < 5,6 leko 6,5 heiznie zyta woda 7 ślina złowieka 6,5 7,4 krew 7,5 7,45 woda orka 8,0 ydło 9,0 10,0 woda aoniakalna 11,5 wodorotlenek wapnia 1,5 1 M roztwór NaOH 14 poiar ph przeprowadza ię za pooą: wkaźników związków, najzęśiej oraniznyh, które zieniają zabarwienie ze zianą ph: laku (zerwony w r. kw.), BBT (żółty w r. kw. I błękitny w r. za.), fenoloftaleina (alinowy w r. za.), oranż etylowy papierki wkaźnikowe bibuła naązona kilkoa wkaźnikai, zieniająa barwę w zależnośi od ph pehaetru z elektrodą zklaną 17

18 1/11/014 Hydroliza hydroliza reakja podwójnej wyiany (zęto odwraalna), która przebiea iędzy wodą i rozpuzzoną w niej ubtanją w jej wyniku powtają nowe związki heizne jet zzeólny przypadkie liolizy (olwolizy) zęto przebiea w obenośi katalizatorów (kwaów lub zaad) zazwyzaj reakja hydrolizy przebiea wedłu oólneo heatu: AB + H O BH + AOH ole onyh kwaów i onyh zaad nie uleają hydrolizie Na Cl HO Na OH HO OH dyojaja wody H H Cl ole onyh kwaów i łabyh zaad Me n R nh O R nh Me OH n odzyn po hydrolizie kwaśny ph < 7 (NH4 ) SO H O NH OH H SO NH 4 4 SO4 HO NH4OH H SO

19 1/11/014 ole łabyh kwaów i onyh zaad Me n R H O Me n OH H R odzyn po hydrolizie zaadowy ph > 7 K KCO H O KOH H CO CO H O K OH H CO ole łabyh kwaów i łabyh zaad Me n R xh O Me OH H R n odzyn po hydrolizie obojętny ph 7 Fe S H O Fe(OH) HS 19

20 1/11/014 Spooby wyrażania tężeń roztworów właśiwyh tężenie % tężenie proent objętośiowy tężenie olowe tężenie noralne ułaek olowy Spooby wyrażania tężeń roztworów właśiwyh tężenie proentowe ([%]: C p (C % ) - proent aowy (waowy) ubtanji rozpuzzonej w roztworze (w 100 roztworu) C 100% 100% % % w p rru aa ubtanji rozpuzzonej [] r-ru aa roztworu [] rozp aa rozpuzzalnika [] r = + rozp rozp 0

21 1/11/014 Oblizyć tężenie proentowe roztworu przyotowaneo przez rozpuzzenie 5 NaCl w 150 wody. dane: = 5 rozp = 150 rozwiązanie: 5 5 % w 100% 100% 14,8% tężenie olowe podaje ilość oli ubtanji rozpuzzonej w 1d roztworu C M n ol M d V C M tężenie olowe n ilość oli ubtanji rozpuzzonej v objętość roztworu aa ubtanji rozpuzzonej M aa olowa ubtanji rozpuzzonej r V r C n M n V Vr d r r r 1

22 1/11/014 Ile raów CaCl należy odważyć, aby przyotować d.5 oloweo roztworu? dane: C M =.5 ol/d v r ru = d rozwiązanie: C M n v ol n.5 d n M v d 7ol M M M CaCl Ca Cl MC ac l ol 5.45 ol ol 1ol CaCl 7ol x x

23 1/11/014 Przelizanie tężeń roztworów przelizenie z C p na C przelizenie z C na C p C C p dr C M 100% C p 100% M dr C tężenie olowe roztworu [ol/d ] C p tężenie proentowe roztworu [%] d r ętość roztworu w /d (ętość należy przelizyć z / nożą ją przez 1000, np. d = 1,/ = 100/d ) M aa olowa [ol/d ] Reuła iezania roztworów o różnyh tężeniah proentowyh 1 p p x 1 p p x p1 px p x p lizba jednotek waowyh roztworu o tężeniu p1 1 - aa roztworu o tężeniu - aa roztworu o tężeniu p1 p p p px 1 lizba jednotek waowyh roztworu o tężeniu p

24 1/11/014 Reuła iezania roztworów o różnyh tężeniah olowyh V V 1 x 1 x 1 x x lizba jednotek objętośiowyh roztworu o tężeniu 1 V 1 objętość roztworu o tężeniu V - objętość roztworu o tężeniu 1 x 1 lizba jednotek objętośiowyh roztworu o tężeniu proent objętośiowy podaje ilość jednotek objętośi ubtanji rozpuzzonej w 100 jednotkah objętośi roztworu v v % v 100% 100% v v v rru rozp % % v proent objętośiowy v objętość ubtanji rozpuzzonej v r ru objętość roztworu v rozp objętość rozpuzzalnika 4

25 1/11/014 Jaki jet proent objętośiowy roztworu, jeżeli 40 etanolu rozpuzzono w 60 wody? dane: v = 40 v rozp = 60 rozwiązanie: % v % % 40% ułaek olowy podaje tounek ilośi oli jedneo ze kładników do uy ilośi oli wzytkih kładników w roztworze x x ułaek olowy n ilość oli kładnika n 1,,..,i ilość oli kładnika i n n i i n 1 n n... n i x i i 1 5

26 1/11/014 Ile wynoi ułaek olowy NaCl jeżeli 10 tej oli rozpuzzono w 150 wody? dane: NaCl = 10 HO = 150 rozwiązanie: M NaC l i ni M i ol n NaCl ol ol ol ol M HO x NaC l 1 n HO ol ol ol 18 ol 8.ol 0.17ol ol 0.17ol x H O 1 x NaC l x HO

27 1/11/014 tężenie noralne podaje ilość raorównoważników ubtanji rozpuzzonej w 1d roztworu C N G v wal d v C N tężenie noralne iloś raorównoważników ubtanji v objętość roztworu aa ubtanji G raorównoważnik raorównoważnik ilość raów ubtanji powiązana z oddanie lub przyjęie jedneo ola elektronów; inazej aa olowa podzielona przez oólną wartośiowość dodatnią lub ujeną kway raorównoważnik jet równy aie olowej podzielonej przez ilość atoów wodoru H SO 4 G M wal H PO 4 G M wal 7

28 1/11/014 wodorotlenki raorównoważnik jet równy aie olowej podzielonej przez ilość rup wodorotlenowyh Ca(OH) G M wal Al(OH) G M wal ole raorównoważnik jet równy aie olowej podzielonej przez ilość atoów etalu ponożoną przez jeo wartośiowość. Al III K I (SO I Na Cl G SO 4 ) 4 G G M 1 1 wal M 1 wal M wal 8

29 1/11/014 Ile raów Ca(HCO ) znajduje ię w 0.5d roztworu noralneo? dane: C N = wal/d v ol = 0.5 d rozwiązanie: C N G v M 1 Ca(HCO G ) II Ca (HC O ) N G wal v M Ca(HC O ) M Ca(HCO ) ol M Ca (1 (M ol H M C 1.01 M ) ol o 16 ) ol M Ca(HC O ) 16.1 ol G Ca(HC O ) wal wal 0.5 d wal 0.5d 0.6 9