Mieszaniny substancji Wykład 8 Mieszaniny Mieszanina układ dwóch lub więcej pierwiastków lub związków chemicznych zmieszanych z sobą w dowolnym stosunku i wykazujących swoje indywidualne właściwości. Mieszaniny dzielą się na: Homogeniczne (jednorodne, roztwory) - ich składniki są bardzo silnie rozdrobnione najczęściej do pojedynczych cząsteczek. Wzrokowe określenie składu mieszaniny jednorodnej jest zazwyczaj niemożliwe. Heterogeniczne (niejednorodne)- ich składniki są rozdrobnione słabo, zawierają one duże zespoły cząsteczek. W takiej mieszaninie co najmniej jeden składnik możemy rozróżnić gołym okiem bądź za pomocą lupy czy mikroskopu. Mieszaniny jednorodne, roztwory Skład roztworów określa się przez podanie stężenia składników. W roztworach zwykle jeden ze związków chemicznych jest nazywany rozpuszczalnikiem, a drugi substancją rozpuszczoną. 1
Własności fizykochemiczne roztworów zależą od składu roztworu oraz energii oddziaływania substancja rozpuszczona rozpuszczalnik. Do właściwości fizykochemicznych zaliczamy: 1. prężność pary nad roztworem, 2. temperatura przemiany fazowej (temperatura wrzenia i krzepnięcia), 3. dyfuzja składników roztworu, 4. ciśnienie osmotyczne. Biorąc pod uwagę wzajemne oddziaływanie cząsteczek tworzących roztwór, możemy podzielić roztwory na roztwory doskonałe i rzeczywiste. Roztworem doskonałym jest taki roztwór, w którym nie ma silnych oddziaływań pomiędzy jego składnikami. Poszczególne składniki tego roztworu zachowują się w układzie wieloskładnikowym (roztworze) tak samo jak w stanie jednoskładnikowym (w czystej substancji). Składniki roztworu ulegają jedynie rozcieńczeniu, a ich właściwości pozostają takie same jak przed zmieszaniem. Podczas tworzenia tego roztworu (mieszania czystych składników) nie występuje żaden efekt energetyczny. Właściwości konstytutywne roztworu (zależące od rozmieszczenia, a w mniejszym stopniu od liczby i rodzaju atomów w cząsteczce) takie jak napięcie powierzchniowe, współczynnik refrakcji, prężność par nad roztworem są wagowo obliczoną średnią właściwości poszczególnych czystych składników. 2
Roztwór doskonały to mieszanina gazów spełniająca prawo Daltona Jeżeli jednak zmieszamy równe objętości cieczy o różnych właściwościach (etanol i woda) to utworzony roztwór będzie miał objętość mniejszą od sumy objętości obu składników. Tworzony w ten sposób roztwór jest roztworem niedoskonałym (rzeczywistym). W tym roztworze energia oddziaływania cząsteczka rozpuszczonarozpuszczalnik jest większa lub mniejsza od energii oddziaływania pomiędzy cząsteczkami czystych składników: (A-B >>A-A i B-B lub A-B << A-A i B-B). Porównanie roztworów doskonałych i rzeczywistych Charakterystyka Roztwory doskonałe Roztwory rzeczywiste Prawo Raoulta Spełniają Wykazują odchylenia Mieszanie składników w warunkach stałej temperatury i ciśnienia Proces samorzutny; ΔG miesz < 0 Może być niesamorzutne, ΔG miesz > 0 Entropia mieszania Dodatnia, ΔS miesz >0 Może być ujemna, ΔS miesz < 0 Mieszaniny lotnych cieczy. A) Układy dwuskładnikowe W roztworach tego typu zarówno substancja rozpuszczona jak i rozpuszczalnik są cieczami. Wymiana ciepła z otoczeniem Zmiana objętości po zmieszaniu Brak, ΔH miesz = 0 Brak Może wymagać wymiany ciepła z otoczeniem ΔH miesz < 0 lub ΔH miesz > 0 Objętość po zmieszaniu może być mniejsza lub większa od sumy objętości poszczególnych składników 3
W przypadku roztworów typu "ciecz w cieczy" możemy wyróżnić cztery przypadki: ciecze mieszają się bez ograniczeń (metanol-etanol; benzen-toluen itp.) ciecze mieszają się w stopniu ograniczonym, a wzrost temperatury zwiększa zakres wzajemnej mieszalności i powyżej pewnej charakterystycznej dla danego układu temperatury mamy mieszalność nieograniczoną (np. fenol w wodzie i woda w fenolu) ciecze mieszają się w stopniu ograniczonym, a wzrost temperatury zmniejsza zakres wzajemnej mieszalności, natomiast wzrost mieszalności występuje wraz z obniżaniem temperatury (np. formaldehyd i woda) ciecze mieszają się w stopniu ograniczonym, zaś zarówno wzrost temperatury jak i jej spadek powodują zwiększanie mieszalności (np. benzyloetyloamina i glicerol) Ciecze mieszające się nieograniczenie Δμi < 0, ΔSmiesz > 0; dla roztworu doskonałego ΔHmiesz = 0 Spełniają prawo Raoulta w całym zakresie stężeń Przykłady: benzen + toluen heptan + cykloheptan metanol + etanol Układ dwóch cieczy mieszających się nieograniczenie ma 2 stopnie swobody, s, (wg reguły faz Gibbsa) układ 2 składnikowy ( ) i dwufazowy (ciecz i para) (β) S = - β +2 Zmieniając parametry opisujące skład roztworu znajdującego się w równowadze np. ustalając skład roztworu i temperaturę pozostałe parametry takie jak prężność pary nad roztworem oraz skład pary będą od nich zależne. Natomiast przy ustalonej prężności pary mieszaniny równej ciśnieniu zewnętrznemu oraz znanemu składowi roztworu, temperatura wrzenia roztworu oraz skład pary będą zależeć od składu roztworu. Prężność pary nad roztworem dwuskładnikowym (benzen + toluen) p T = const pobenzen XBENZEN 0 0,5 1,0 X TOLUEN 1 0,5 0 4
Prężność pary nad roztworem dwuskładnikowym (benzen + toluen) Prężność pary nad roztworem dwuskładnikowym (benzen + toluen) p T = const p o BENZEN p T = const p o BENZEN p o TOLUEN p o TOLUEN X BENZEN 0 0,5 1,0 X TOLUEN 1 0,5 0 X BENZEN 0 0,5 1,0 X TOLUEN 1 0,5 0 Prawo Raoulta, roztwory doskonałe, zeotropowe P B = X B P 0 B p A = X A P 0 A p P 0 A A X a =1.0 X B = 0.0 P 0B B X B =1.0 X A = 0.0 Zmiana prężności pary nad roztworem składników A i B w stałej temperaturze. Przykład W temperaturze 330 K prężność pary n-heksanu wynosi 0,68 x10-5 Pa, a prężność pary n-heptanu 0,24 x10-5 Pa. Obliczyć całkowitą prężność pary nad roztworem w którym ułamek molowy n-heksanu wynosi x hx = 0,25. P hx = 0.25 x 0,68 x10-5 Pa = 1.7 x10-6 Pa P hp = 0.75 X 0,24 x10-5 Pa = 1.8 x10-6 Pa P c = 1.7 x10-6 Pa + 1.8 x10-6 Pa = 3.5 x10-6 Pa lub stosując wzór P = 3.5 x10-6 Pa 5
Dodatnie odchylenie od prawa Raoulta Gdy proces mieszania cieczy jest procesem endotermicznym czyli ΔH miesz > 0, ciecze takowe są układami o nieograniczonej mieszalności ale nie są roztworami doskonałymi. Wykazują one większą rzeczywistą prężność pary obu składników nad roztworem oraz inną całkowitą prężność pary nad roztworem od tej wykazywanej przez prawo Raoulta. Przykłady azeotropii dodatniej : etanol + woda; etanol +benzen; benzen + tetrachlorometan; metanol +tetrachlorometan Azeotropia dodatnia Oddziaływania A-A i B-B >A-B https://tsl.wum.edu.pl/sites/tsl.wum.edu.pl/files/destylacja_i_rektyfikacja.pdf Ujemne odchylenie od prawa Raoulta Gdy proces mieszania cieczy jest procesem egzotermicznym czyli ΔH miesz < 0, ciecze takowe są układami o nieograniczonej mieszalności ale nie są roztworami doskonałymi. Wykazują one mniejszą rzeczywistą prężność pary obu składników nad roztworem oraz inną całkowitą prężność pary nad roztworem od tej wykazywanej przez prawo Raoulta. Przykłady azeotropii ujemnej: aceton + metanol; benzen + metanol; aceton + chloroform; woda+ kwas mrówkowy; woda + kwas azotowy; pirydyna + kwas mrówkowy; Azeotropia ujemna Oddziaływania A-A i B-B < A-B 6
Mieszaniny azeotropowe Są to ciekłe mieszaniny dwóch lub więcej składników (związków) będące w równowadze termodynamicznej z parą nasyconą powstającą z tej mieszaniny. Skład pary i cieczy jest taki sam. `1 )Bolesław Bochwic (red. zespołowego tłumaczenia z jęz. niemieckiego (Autorenkolektiv, Organikum. Organisch Chemisches Grundpraktikum, Berlin 1963): Preparatyka organiczna. Wyd. 1. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe, 1969. (pol.) Destylacja Metoda rozdzielenia składników tworzących roztwór. Jest ona oparta na zjawisku wzbogacenia pary nad wrzącym roztworem o składnik bardziej lotny. Para powstała w czasie wrzenia roztworu ulega skropleniu w chłodnicy i jest zbierana w naczyniu odbierającym ( odbieralniku ). Tworzący się w ten sposób kondensat jest wzbogacony w ciecz o większej lotności. Destylacja prowadzona w warunkach izotermicznych (w stałej temperaturze) pozwala na uzyskanie kondensatu (destylatu) o pożądanym składzie. Destylacja jest metodą rozdziału cieczy bardzo często stosowaną w technologii chemicznej. Pozwala ona niekiedy na rozdzielenie bardzo złożonych substancji. Schemat prostego zestawu laboratoryjnego do destylacji Krzywe wrzenia i kondensacji dla dwuskładnikowego roztworu doskonałego substancji A i B. W temperaturze wrzenia T1 skład cieczy i pary odpowiadają punktom 1 na osi X układu. W wyniku destylacji skład cieczy wzbogaca się w mniej lotny składnik A (punkt 2 na osi X układu) co powoduje wzrost temperatury wrzenia do wartości T2 oraz wzbogacenie składu pary w składnik A. 7
Destylacja frakcyjna Zastosowanie do rozdzielenia mieszanin cieczy o zbliżonych temperaturach wrzenia. Polega na wielokrotnym odparowaniu i skropleniu. Na każdej z półek kolumny rektyfikacyjnej dochodzi do destylacji prostej. A każdy następny stopień procesu jest zasilany produktem (destylatem) poprzedniego. Diagramy fazowe zależne od temperatury Układy cieczy o ograniczonej mieszalności Są to układy dwóch cieczy, które nie tworzą roztworów w każdym stosunku ilościowym i przy pewnym składzie mieszaniny tych cieczy tworzą się dwie fazy ciekłe będące roztworami nasyconymi. Ich entalpia swobodna mieszania, ΔGmiesz> 0 Zgodnie z regułą faz Gibbsa układ składający się z dwóch faz (warstw) ciekłych i będącą z nimi w równowadze parą ma jeden stopień swobody. S = (2)- β (3) +2 = 1 Czyli w danej temperaturze jest ściśle określony skład obu warstw ciekłych, prężność par i skład pary nad cieczą. Stąd też: na wzajemną rozpuszczalność (mieszalność) cieczy ma wpływ temperatura. Układ dwóch cieczy o ograniczonej wzajemnej rozpuszczalności punkt krytyczny Z uwagi na wpływ temperatury na mieszalność rozróżniamy układy o: T - górnej krytycznej temperaturze mieszania - dolnej krytycznej temperaturze mieszania - górnej i dolnej krytycznej temperaturze mieszania A B 0 100% 100% 0 Krzywa równowagi faz ciekłych w układzie fenol - woda 8
Układ dwóch cieczy o ograniczonej wzajemnej rozpuszczalności punkt krytyczny Układ dwóch cieczy o ograniczonej wzajemnej rozpuszczalności punkt krytyczny T I IV II III Reguła dźwigni: m fa odcin bc m = fc odcin ab m fa T a b c m fc A 0 100% B 100% 0 Krzywa równowagi faz ciekłych w układzie fenol - woda A 0 22 40 80 100% B 100% 78 60 20 0 Krzywa równowagi faz ciekłych w układzie fenol - woda Układy wykazujące górą krytyczną temperaturę mieszania T T Górna krytyczna temperatura mieszania Układ dwóch cieczy o ograniczonej wzajemnej rozpuszczalności (C 2 H 5 ) 3 N; T Jedna faza układ nienasycony cieczy A w X A cieczy B 0 1 X B 1 Dwie fazy 0 Układ nasycony cieczy A w B i B w A Jedna faza układ nienasycony cieczy B w cieczy A A 0 100% B 100 % 0 Krzywa wzajemnej rozpuszczalności trójetyloaminy i wody 9
Układ dwóch cieczy o ograniczonej wzajemnej rozpuszczalności T A 0 100% B 100% 0 Krzywa równowagi faz ciekłych w układzie nikotyna - woda Układy wykazujące dolną i górną krytyczną temperaturę mieszania Prężność pary nad układem cieczy nie mieszających się T Dwie fazy T Jedna faza X a 0 1 Przykłady takich mieszanin: woda + nikotyna; dietyloamina + woda; woda + tetrahydrofuran gliceryna + m-toluidyna Górna krytyczna temperatura mieszania Dolna krytyczna temperatura mieszania B W Układ dwuskładnikowy (A + B) np.: benzen + woda 10
Prężność pary nad układem cieczy nie mieszających się Prężność pary nad układem cieczy nie mieszających się p B W B W p B p B W Układ dwuskładnikowy (A + B) np.: benzen + woda p W Układ dwuskładnikowy (A + B) np.: benzen + woda p = p o B + p o W p = p o B + p o W Destylacja z parą wodną p p Z p B p W T 1 T 2 T 3 T 11
Przykład: Przykład: Prężności pary benzenu i wody w temperaturze wrzenia ich mieszaniny wynoszą kolejno 71,31 * 103 i 29,99 * 103 N/m2. Obliczyć ilość moli benzenu i wody w parze. Naftalen destylowano z parą wodną w temperaturze 327 K pod ciśnieniem 1 * 105 N/m2. Prężność pary wodnej w tej temperaturze wynosi 0,98 * 105 N/m2. Obliczyć ile kilogramów wody należy zużyć do przedestylowania dwóch kilogramów naftalenu. pob : pow = nb : nw nw : nn = pow : pon nb : nw = (71,31 * 103) : (29,99 * 103 ) = 2,37 : 1 nw = nn * pow / pon n=m/m mw = (MW* mn * pow) / (MN * pon) mw = (18 * 2 * 0,96 * 105) / (128 * 0,02 * 105) = 13,76 kg Wyznaczanie masy molowej B. Układy trójskładnikowe Zgodnie z regułą faz Gibbsa maksymalna liczba stopni swobody w takich układach, zakładając, że są one jednofazowe, wynosić może 4 (temperatura, ciśnienie, stężenia dwóch spośród trzech składników). S = (3)- β (1) +2 = 4 W diagramach fazowych dla układów trójskładnikowych zakłada się, że temperatura i ciśnienie są stałe. Rozważa się natomiast wpływ stężenia poszczególnych składników na jego stan równowagi. Graficzną analizę diagramów przeprowadza się w oparciu o kształt trójkąta równobocznego, którego wierzchołki odpowiadają czystym składnikom układu. 12
Układ trójskładnikowy w którym dwie ciecze mieszają się ograniczenie Ciecze mieszające się Woda + metanol Metanol + benzen Ekstrakcja Cechy rozpuszczalnika w stosunku do fazy, z której prowadzi się ekstrakcję: niewielka wzajemna rozpuszczalność obu faz ekstrahowanej i ekstrahującej, duża rozpuszczalność ekstrahowanej substancji, pożądana niewielka rozpuszczalność innych składników mieszaniny, duża wartość stałej podziału, duża różnica ciężarów właściwych obu faz, trwałość substancji w roztworze, łatwość rozwarstwiania się faz, duża czystość i trwałość mała skłonność do tworzenia emulsji, mała lepkość łatwość i bezpieczeństwo manipulacji, łatwość usunięcia z roztworu, niskie koszty. 13
Zad. Jakie jest stężenie kofeiny w warstwie organicznej jeżeli współczynnik podziału tego związku pomiędzy rozpuszczalnikiem organicznym a wodą wynosi 7,2; zaś stężenie kofeiny w wodzie wynosiło: A) w stanie równowagi 0,04 mol/l B) początkowo 0,04 mol/l Modyfikacje prawa podziału Nernsta A B Dysocjacja Asocjacja i dysocjacja K (A lub B) stałą dysocjacji kwasowej lub zasadowej Stała dysocjacji pewnego słabego kwasu organicznego w wodzie wynosi 4,8 x 10-4. Oblicz jego współczynnik podziału między benzen a wodą, jeżeli jego stężenie w benzenie to 0,8 mol/l a w wodzie 0,028 mol/l. 14
Ekstrakcja jednokrotna, ekstrakcja wielokrotna P a ilość gramów substancji zawarta w roztworze wodnym a 1 ilość gramów substancji pozostająca w roztworze wodnym po 1 ekstrakcji a n - ilość gramów substancji pozostająca w roztworze wodnym po n-tej ekstrakcji V- objętość roztworu wodnego V o objętość roztworu organicznego Wyrażenie dla jednokrotnej ekstrakcji Dla odróżnienia od stałej podziału P, stosunek całkowitych stężeń substancji w obu fazach (stężenie substancji nie zdysocjowanej + stężenie substancji zdysocjowanej) nazwano współczynnikiem ekstrakcji (lub współczynnikiem podziału) D. Współczynnik D jest zależny od stałej dysocjacji ekstrahowanego związku. W przypadku kwasów wartość D można wyliczyć ze wzoru: Zaś w przypadku zasad korzysta się z takiej postaci wzoru na współczynnik ekstrakcji: Wyrażenie dla wielokrotnej ekstrakcji Klasyfikacja metod ekstrakcji: 1. stan skupienia fazy, z której ekstrahowany jest analit: próbki gazowe: ekstrakcja w układzie gaz ciecz; ekstrakcja w układzie gaz - ciało stałe próbki ciekłe: ekstrakcja w układzie ciecz-gaz; ekstrakcja w układzie ciecz ciecz; ekstrakcja w układzie ciecz-ciało stałe próbki stałe: ekstrakcja w układzie ciało stałe-gaz; ekstrakcja w układzie ciało stałe- ciecz http://www.zcha.pwr.wroc.pl/chc4172w/wyklad1_pokaz.pdf 15
2. stan skupienia fazy, do której ekstrahowany (przenoszony) jest analit: ekstrakcja do fazy ciekłej ekstrakcja do fazy stałej ekstrakcja do fazy gazowej ekstrakcja do fazy gazu w stanie nadkrytycznym 3.technika prowadzenia procesu ekstrakcji: okresowa i ciągła bez wspomagania i ze wspomaganiem dodatkową energią (głównie mikrofalową lub ultradźwiękową) jednokrotna i wielokrotna współprądowa i przeciwprądowa Zastosowanie ekstrakcji Do rozdzielania układów azeotropowych zamiast destylacji W produkcji olejów roślinnych Pozyskiwania węgla brunatnego z torfu Izolacja substancji aktywnych (np. olejków eterycznych) z materiału roślinnego Roztwory gazów w cieczach Prawo Henry ego: m = k * p Układ dwuskładnikowy W stałej temperaturze masa (m) gazu rozpuszczonego w danej objętości cieczy jest wprost proporcjonalna do jego ciśnienia p nad roztworem. 16
Dla roztworów rozcieńczonych: X = kh * p kh stała Henry ego Rozpuszczalność tlenu w wodzie pod ciśnieniem 25 mm Hg (Tr) w temp. 25 oc wynosi 8,31 mg/dm3. Oblicz rozpuszczalność tlenu pod ciśnieniem 100 Tr. X = kh p X1/p1 = X2/p2 X2 = (X1/p1) p2 lg X X2 = 100 8.31 / 25 = 33.2 mg dm 3 ln X2 X1 = H o const 2,303RT Horozp R 1 T1-1 T2 17
Rozpuszczalność gazu w cieczy Parametry wpływające na tę własność to: a)temperatura b)ciśnienia 81 http://zasoby1.open.agh.edu.pl/dydaktyka/chemia/a_e_chemia/6_chemia_roztworow/03_04_02.htm http://2012books.lardbucket.org/books/principles-of-general-chemistry-v1.0/s17-04-effects-of-temperature-and-pre.html Roztwory nieelektrolitów; właściwości koligatywne roztworów Ciśnienie par rozpuszczalnika Ciśnienie par roztworu Temp. wrzenia rozpuszczalnika Podwyższenie temperatury wrzenia Temp. wrzenia roztworu Koligatywne własności roztworów -zależą od ich stężenia (wyrażonego w molach substancji rozpuszczonej na jednostkę masy lub objętości rozpuszczalnika), a nie są zależne od rodzaju substancji rozpuszczonej. Należą do nich: efekt ebulioskopowy (ebulimetria) i związane z nim obniżenie prężności pary nad roztworem (względem czystego rozpuszczalnika), efekt krioskopowy (kriometria) oraz efekt osmotyczny (osmoza, ciśnienie osmotyczne). 18
Przykład: Obniżenie prężności pary jest równe: p = p o A - p o A * X A p = p o A * X B Obniżenie prężności pary jest wprost proporcjonalne do ułamka molowego substancji rozpuszczonej Prężność pary nad czystą wodą w temp. 293 K wynosi 2320 Pa. Jaka będzie prężność pary nad roztworem, jeżeli w 1000 g wody rozpuścimy 2 mole nielotnej substancji? p = p o * X A p = 2320 * (1000 / 18) : [(1000 / 18) + 2)] p = 2239 Pa a także: p : p o = n : (n + N) p = 2320 * 2 : [(1000 / 18) + 2] = 80,60 Pa P = 2320 80,60 = 2239,4 Pa W ścisłym związku z obniżeniem prężności pary nad roztworem pozostaje zjawisko podwyższenia temperatury wrzenia cieczy i obniżenia jej temperatury krzepnięcia p p Z I II Podwyższenie temperatury wrzenia roztworu jest wprost proporcjonalne do stężenia molalnego substancji rozpuszczonej T W = E * C T W - podwyższenie temperatury wrzenia roztworu, C stężenie molalne roztworu, III T TR T T T W T WR T T TR < T T T WR > T W E współczynnik proporcjonalności (stała ebulioskopowa) m * 1000 T W = E M * mo Krzywe prężności pary nad roztworem (II), rozpuszczalnikiem (I) i nad fazą stałą (III) 19
Obniżenie temperatury krzepnięcia roztworu jest wprost proporcjonalne do stężenia molalnego substancji rozpuszczonej Wartości stałej krioskopowej i ebulioskopowej dla niektórych rozpuszczalników: T K = K * C T K - obniżenie temperatury krzepnięcia roztworu, C stężenie molalne roztworu, K współczynnik proporcjonalności (stała krioskopowa) m * 1000 T K = K M * mo Rozpuszczalnik woda benzen chloroform czterochlorek węgla Temp. krzepn. ( o C) 0 5,5-63,5-23,0 K kg K/mol 1,86 5,07 4,90 29 Temp. wrzenia ( o C) 100 80,2 61,2 76,5 E kg K/mol 0,512 2,64 3,80 5,3 i = 1+ α (n-1) α ilość (ułamek) cząstek dysocjujących substancji Jeżeli roztwór nie zachowuje się w sposób idealny, wówczas X B należy pomnożyć przez pewien czynnik i, nazywany współczynnikiem izotonicznym van t Hoffa n- ilość jonów i = 1 + * Gdzie jest liczbą jonów, na jakie rozpada się cząsteczka elektrolitu. 92 20
Dla roztworów nieidealnych należy uwzględnić współczynnik izotoniczny i we wzorach : T W = E * i * C Przykład: Próbka o masie 1.20 g nielotnego związku organicznego (nie ulegającego jonizacji) została rozpuszczona w 60 g benzenu. Temperatura wrzenia mieszaniny to 80.96 C, natomiast temperatura wrzenia czystego benzenu wynosi 80.08 C. Jaka jest masa molowa substancji rozpuszczonej? ΔT = 80.96-80.08 = 0.88 C T K = K * i * C Pomiary ebuliometryczne i kriometryczne wykorzystuje się do wyznaczania masy molowej, do oznaczania składu roztworu, do wyznaczania stopnia dysocjacji. Masa użytego benzenu to 60.0 g, a nie 1000 g. Tak więc ilość moli substancji = molarność y kg rozpuszczalnika 94 Przykład: W 100g wody rozpuszczono 3,7488 g substancji. Temperatura wrzenia tego roztworu była wyższa o 0,2107 K od temperatury wrzenia rozpuszczalnika. Oblicz masę cząsteczkową substancji rozpuszczonej. Wiedząc, że był to siarczan sodu oblicz współczynnik izotoniczny i. Stała ebulioskopowa dla wody wynosi 0, 512 kg * K / mol. M = E m * 1000 TW * m o M = 0,512 * 3,7488 : (0,2107 * 0,1) [(kg K / mol) * g / (K * kg) M = 91,1 g / mol i = M TEOR / M DOSW i = 142 / 91,9 = 1,545 Zjawisko osmozy. (a). 1. Rurkę zakończoną membraną półprzepuszczalną wypełnia się roztworem cukru a następnie zanurza w roztworze wody. 2. Po pewnym czasie od rozpoczęcia procesu transportu wody (solwentu) przez błonę półprzepuszczalną następuje podniesienie poziomu roztworu w rurce. (b) Układ zamknięty zawierający dwa naczynia w jednym z nich roztwór, a w drugim rozpuszczalnik. Cząsteczki zawarte w roztworze nie są lotne, a rozpuszczalnik tak. Jego cząsteczki ulatniają się i rozcieńczają roztwór. 21
Osmotyczne ciśnienie (π) jest różnicą ciśnienia pomiędzy ciśnieniem układu a ciśnieniem atmosferycznym. Pomiaru można dokonać poprzez zastosowanie wystarczająco dużego ciśnienia aby przerwać wypływ wody z systemu, który powstaje dzięki zjawisku osmozy. n R T V Dla roztworów stężonych π = MRT Dla roztworów rozcieńczonych π = m RT M- molowość m- molalność T-Temperatura n ilość moli Przykład: Jakie jest ciśnienie osmotyczne roztworu sacharozy zawierającego 50 g sacharozy (0.146 moli) w 117 g wody. Gęstość roztworu to 1.34 g ml -1. Pomiaru dokonano w temperaturze 25 o C. T = 273K + 25 = 298K R= 0.0821 L atm mol -1 K -1 1 ml V 167g 125 ml 0.125 L 1.34 g 0.146 moles 1 M 1.17 mol L 0.125 L 1 L atm 1.17 mol L 0.0821 298 K 28.58 atm mol K 98 Przykład obliczania masy molowej 0.500g hemoglobiny rozpuszczono w takiej ilości wody aby otrzymać 100.0mL roztworu. W 25 o C ciśnienie osmotyczne tego roztworu wynosi 1.78 x 10-3 atm. Jaka jest masa molowa hemoglobiny? n R T V n= 7,28 x 10-6 mola 99 Komórki pochłaniają wodę gdy stężenie roztworu na zewnątrz jest mniejsze (roztwór hipotoniczny) od stężenia wewnątrz nich. Komórki puchną. Komórki o normalnym kształcie w izotonicznym roztworze. Stężenia obu roztworów są jednakowe. Komórki kurczą się w roztworze o wyższym stężeniu (hipertoniczny roztwór) wskutek przechodzenia wody z wnętrza komórki do roztworu zewnętrznego Żywe komórki zawierają roztwory. Gdy umieścimy je w roztworach o odmiennym stężeniu różnica w ciśnieniu osmotycznym pomiędzy komórką a roztworem zewnętrznym może spowodować przepływ wody do lub z komórki. 22
http://puretecwater.com/what-is-reverse-osmosis.html 23