Wyk

Wyk

ł

ł

ad 2

ad 2

• Koligatywne własno

ś

ci roztworów

• Osmoza

• Osmolalno

ść

• Równowaga chemiczna

• Dysocjacja

Rozpuszczalno

ść

, rozpuszczalniki

Wła

ś

ciwo

ś

ci koligatywne roztworów

Obecno

ść

substancji rozpuszczonej zmienia fizyczne

wła

ś

ciwo

ś

ci rozpuszczalnika. Wła

ś

ciwo

ś

ci, które zale

żą

od wzgl

ę

dnej liczby cz

ą

stek substancji rozpuszczanej, a

nie od ich chemicznej natury, nazywane s

ą

wła

ś

ciwo

ś

ciami koligatywnymi.

Rozpuszczalno

ść

, rozpuszczalniki

Wła

ś

ciwo

ś

ci koligatywne roztworów

•

wzgl

ę

dne obni

ż

enie pr

ęż

no

ś

ci pary nasyconej rozpuszczalnika nad

roztworem (prawo Raoulta)

•

obni

ż

enie temperatury krzepni

ę

cia roztworu wzgl

ę

dem temperatury

krzepni

ę

cia rozpuszczalnika (stała krioskopowa)

•

podwy

ż

szenie temperatury wrzenia roztworu wzgl

ę

dem temperatury

wrzenia rozpuszczalnika (stała ebulioskopowa)

•

tendencja rozpuszczalnika do przenikania przez membran

ę

do

roztworu - ci

ś

nienie osmotyczne

Rozpuszczalno

ść

, rozpuszczalniki

Wzgl

ę

dne obni

ż

enie pr

ęż

no

ś

ci pary nasyconej

rozpuszczalnika nad roztworem - prawo Raoulta

Rozpuszczalno

ść

, rozpuszczalniki

http://www.sparknotes.com/chemistry/solutions/colligative/section1.rhtml

Na powierzchni czystego rozpuszczalnika

wyst

ę

puje wi

ę

cej cz

ą

steczek tego

rozpuszczalnika ni

ż

na powierzchni

roztworu. Dlatego w czystym

rozpuszczalniku jest bardziej

prawdopodobne,

ż

e cz

ą

steczki

rozpuszczalnika uciekn

ą

do fazy gazowej w

porównaniu do roztworu. St

ą

d roztwór

charakteryzuje si

ę

ni

ż

sz

ą

pr

ęż

no

ś

ci

ą

pary

rozpuszczalnika ni

ż

czysty rozpuszczalnik.

Słone jeziora paruj

ą

wolniej ni

ż

jeziora słodkowodne.

Rozpuszczalno

ść

, rozpuszczalniki

Wzgl

ę

dne obni

ż

enie pr

ęż

no

ś

ci pary nasyconej

rozpuszczalnika nad roztworem - prawo Raoulta

kolumber.pl

http://pl.wikipedia.org/wiki/Plik:Skalnemiasto1.jpg

Podwy

ż

szenie temperatury wrzenia

Rozpuszczalno

ść

, rozpuszczalniki

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/kinetic/vappre.html

http://library.thinkquest.org/C006669/data/Chem/colligative/colligative.html

W temperaturze wrzenia dla danego

rozpuszczalnika pr

ęż

no

ść

pary tego

rozpuszczalnika jest równa ci

ś

nieniu

atmosferycznemu. W przypadku roztworu,

w tej samej temperaturze pr

ęż

no

ść

pary

rozpuszczalnika jest ni

ż

sza od ci

ś

nienia

atmosferycznego i roztwór nie wrze.

Dlatego, w porównaniu z czystym

rozpuszczalnikiem, aby doprowadzi

ć

roztwór do wrzenia, potrzebna jest wy

ż

sza

temperatura.

Obni

ż

enie temperatury krzepni

ę

cia

Rozpuszczalno

ść

, rozpuszczalniki

http://www.scienceiscool.org/solutions/fpdepression.html

Temperatura krzepni

ę

cia roztworu jest ni

ż

sza od temperatury

krzepni

ę

cia czystego rozpuszczalnika. Cz

ą

steczki substancji

rozpuszczonej przeszkadzaj

ą

w tworzeniu uporz

ą

dkowanej

struktury lodu. Im wy

ż

sze st

ęż

enie roztworu, tym ni

ż

sza

temperatura krzepni

ę

cia.

Obni

ż

enie temperatury krzepni

ę

cia

Owady i ryby

ż

yj

ą

ce w klimacie okołobiegunowym kontroluj

ą

tworzenie lodu poprzez wytwarzanie biologicznych substancji

zapobiegaj

ą

cych zamra

ż

aniu. Niektóre owady mog

ą

przetrwa

ć

temperatur

ę

poni

ż

ej -60°C, np. chrz

ą

szcz Alaskan darkling

beetle, który produkuje ksylomannan (polimer zawieraj

ą

cy

ksyloz

ę

i mannoz

ę

)

Rozpuszczalno

ść

, rozpuszczalniki

http://www.asknature.org/strategy/5797e8c7e111f7a085a852790a37d02f

Obni

ż

enie temperatury krzepni

ę

cia

Rozpuszczalno

ść

, rozpuszczalniki

http://www.kdlt.com/index.php?option=com_content&task=view&id=7284&Itemid=122

dziennikpolski24.pl

Posypywanie sol

ą

nawierzchni dróg i chodników w

temperaturze poni

ż

ej 0°C.

Osmoza

Przepływ rozpuszczalnika przez membran

ę

(błon

ę

)

półprzepuszczaln

ą

rozdzielaj

ą

c

ą

dwa roztwory o ró

ż

nym

st

ęż

eniu. Osmoza spontanicznie zachodzi od roztworu o

ni

ż

szym st

ęż

eniu substancji rozpuszczonej do roztworu o

wy

ż

szym st

ęż

eniu substancji rozpuszczonej.

Rozpuszczalno

ść

, rozpuszczalniki

http://www.zeglarstwo.sail-ho.pl/faqw/osmoza/osmoza.html

Osmoza

Woda przemieszcza si

ę

z miejsca, gdzie jej st

ęż

enie jest wy

ż

sze do

miejsca o ni

ż

szym st

ęż

eniu.

Rozpuszczalno

ść

, rozpuszczalniki

Ci

ś

nienie osmotyczne

Przepływ rozpuszczalnika przez błon

ę

półprzepuszczaln

ą

powoduje wzrost

obj

ę

to

ś

ci po stronie roztworu. Proces ten trwa do momentu, kiedy ró

ż

nica

wysoko

ś

ci słupa cieczy stanie si

ę

na tyle du

ż

a,

ż

e powstałe ci

ś

nienie

hydrostatyczne zatrzyma przepływ rozpuszczalnika przez błon

ę

.

Ci

ś

nienie niezb

ę

dne do zatrzymania przepływu rozpuszczalnika jest

nazywane ci

ś

nieniem osmotycznym.

Rozpuszczalno

ść

, rozpuszczalniki

http://www.sparknotes.com/chemistry/solutions/colligative/section1.rhtml

Ci

ś

nienie osmotyczne

Ci

ś

nienie osmotyczne zapobiega przepływowi dodatkowej ilo

ś

ci wody

do bardziej st

ęż

onego roztworu i zale

ż

y od st

ęż

enia substancji

rozpuszczonej w roztworze.

П

= iC

m

RT

П

– ci

ś

nienie osmotyczne (Pa)

i – bezwymiarowy współczynnik van’t Hoff’a (i=1 dla zwi

ą

zków, które nie

ulegaj

ą

dysocjacji)

C

m

– st

ęż

enie molowe (mol/L)

R – stała gazowa (0.08205746 L atm K

-1

mol

-1

)

T – temperatura (K)

Rozpuszczalno

ść

, rozpuszczalniki

Odwrócona osmoza

Przyło

ż

enie ci

ś

nienia o warto

ś

ci wy

ż

szej ni

ż

ci

ś

nienie

osmotyczne powoduje odwrócenie przepływu wody, która

płynie z obszaru o ni

ż

szym st

ęż

eniu wody do obszaru o

wy

ż

szym st

ęż

eniu wody.

Rozpuszczalno

ść

, rozpuszczalniki

http://www.ewoda.pl/strona.php?25853

Odwrócona osmoza jest wykorzystywana do odsalania wody

morskiej, główn

ą

zalet

ą

tej metody jest stosunkowo małe

zu

ż

ycie energii, gdy

ż

proces zachodzi bez przemiany

fazowej. W zakładach odsalaj

ą

cych woda morska jest w

sposób ci

ą

gły poddawana ci

ś

nieniu, a czysta woda zbierana.

Rozpuszczalno

ść

, rozpuszczalniki

Zakłady odsalania wody morskiej Shuaiba, Arabia Saudyjska

http://kanat.jsc.vsc.edu/student/glowact/body.htm

Oblicz ci

ś

nienie osmotyczne roztworu przygotowanego

poprzez rozpuszczenie 13.65 g sacharozy (C

12

H

22

O

11

) w

odpowiedniej ilo

ś

ci wody, tak aby otrzyma

ć

250 ml roztworu

w temp. 25 °C?

Π

= iC

m

RT

П

– ci

ś

nienie osmotyczne (Pa)

i – bezwymiarowy współczynnik van’t Hoff’a (i=1 dla zwi

ą

zków,

które nie ulegaj

ą

dysocjacji)

C

m

– st

ęż

enie molowe (mol/L)

R – stała gazowa (0.08205746 L atm K

-1

mol

-1

)

T – temperatura (K)

Rozpuszczalno

ść

, rozpuszczalniki

Krok 1: obliczenie st

ęż

enia molowego sacharozy

Masa molowa sacharozy

12 x (12 g/mol) + 22 x (1g/mol) + 11 x (16g/mol) = 342g/mol

n

sacharozy

= 13.65 g x 1 mol/342 g

n

sachrozy

= 0.04 mola

C

M

sacharozy = n

sacharozy

/obj

ę

to

ść

roztworu

C

M

sacharozy = 0.04 mola/0.25l

C

M

sacharozy = 0.16 mola/l

Krok 2: obliczenie temperatury w K

T = °C + 273
T = 25 + 273
T = 298 K

Rozpuszczalno

ść

, rozpuszczalniki

Krok 3: Okre

ś

lenie współczynnika van 't Hoff’a

sacharoza nie dysocjuje w wodzie, st

ą

d współczynnik van 't

Hoff’a i = 1

Krok 4: Obliczenie ci

ś

nienia osmotycznego

Π

= iC

m

RT

Π

= 1 x 0.16 mol/L x 0.08206 L·atm/mol·K x 298 K

Π

= 3.9 atm

Odpowied

ź

:

Ci

ś

nienie osmotyczne roztworu sacharozy* wynosi 3.9 atm.

* 1 ły

ż

eczka cukru – 5 g, szklanka – 250 ml wody

2.73 ły

ż

eczki cukru w szklance wody

Rozpuszczalno

ść

, rozpuszczalniki

Osmolalno

ść

• Miar

ą

aktywno

ś

ci osmotycznej roztworu jest osmolalno

ść

,

która jest równa iloczynowi liczby moli substancji

rozpuszczonej i liczby cz

ą

stek (i) powstałych w wyniku

dysocjacji w 1 kg rozpuszczalnika (wody).

osmolalno

ść

= C

m

× i

• Jednostk

ą

jest 1 osmol (Osm), czyli aktywno

ść

osmotyczna roztworu, który zawiera 1 mol substancji nie

dysocjuj

ą

cej lub jonów w 1 kg wody.

Rozpuszczalno

ść

, rozpuszczalniki

Osmolalno

ść

• Cz

ę

sto zamiast osmoli u

ż

ywane s

ą

jednostki 1000-krotnie

mniejsze, czyli miliosmole (mOsm/kg), odpowiadaj

ą

ce

st

ęż

eniu wyra

ż

onemu w milimolach/kg wody.

• Je

ż

eli roztwór zawiera kilka ró

ż

nych składników, jego

osmolalno

ść

jest sum

ą

osmolalno

ś

ci poszczególnych

składowych.

• Roztwory o tej osmolalno

ś

ci wykazuj

ą

to samo ci

ś

nienie

osmotyczne.

Rozpuszczalno

ść

, rozpuszczalniki

Osmolalno

ść

Je

ż

eli po obu stronach półprzepuszczalnej membrany

mamy roztwory o ró

ż

nych osmolalno

ś

ciach, woda b

ę

dzie

przepływała z roztworu o ni

ż

szej osmolalno

ś

ci do roztworu

o wy

ż

szej osmolalno

ś

ci.

Osmolalno

ść

osocza u ludzi dorosłych wynosi 275–300

Mosm/kg wody.

Osmolalno

ść

płynów ustrojowych oznacza si

ę

instrumentalnie za pomoc

ą

osmometru poprzez pomiar

obni

ż

enia temperatury krzepni

ę

cia roztworu w porównaniu

z czyst

ą

wod

ą

.

Rozpuszczalno

ść

, rozpuszczalniki

Osmolalno

ść

– przykład oblicze

ń

Wodne roztwory - NaCl o st

ęż

eniu 0.50 M oraz Ca(NO

3

)

2

o

st

ęż

eniu 0.30 M umieszczono po dwóch stronach

półprzepuszczalnej membrany. Oblicz osmolalno

ść

ka

ż

dego z

roztworów oraz kierunek przepływu wody.

NaCl dysocjuje na dwa jony — Na

+

i Cl

−

osmolalno

ść

(NaCl) = 0.50 M × 2 = 1.0 Osm

Ca(NO

3

)

2

dysocjuje na trzy jony — jeden Ca

2+

i dwa NO

3

−

osmolalno

ść

[Ca(NO

3

)

2

] = 0.30 M × 3 = 0.90 Osm

Osmolalno

ść

roztworu Ca(NO

3

)

2

jest ni

ż

sza od roztworu NaCl,

woda b

ę

dzie wi

ę

c przepływała przez membran

ę

z roztworu

Ca(NO

3

)

2

do roztworu NaCl.

Rozpuszczalno

ść

, rozpuszczalniki

Osmoza – znaczenie w biologii

Zjawisko osmozy jest niezwykle wa

ż

ne w biochemii,

biologii i medycynie. W zasadzie ka

ż

da bariera, która

oddziela organizm b

ą

d

ź

komórk

ę

od otoczenia

zachowuje si

ę

jak półprzepuszczalna membrana, przez

któr

ą

swobodnie mo

ż

e przepływa

ć

woda, natomiast

substancje rozpuszczone nie mog

ą

jej pokona

ć

.

Rozpuszczalno

ść

, rozpuszczalniki

Osmoza – znaczenie w biologii

• Biologiczne błony komórkowe działaj

ą

jak błony

półprzepuszczalne.

• Substancje rozpuszczone w płynach ustrojowych (krew,

osocze) wywieraj

ą

ci

ś

nienie osmotyczne.

• Roztwory izotoniczne wywieraj

ą

to samo ci

ś

nienie

osmotyczne co krew.

Rozpuszczalno

ść

, rozpuszczalniki

Roztwory izotoniczne

Roztwory izotoniczne to 0.9% (m/v) roztwór NaCl i 5% (m/v)

roztwór glukozy – oba roztwory maj

ą

to samo st

ęż

enie

molowe 0.3 M (jony Na

+

i Cl

-

albo cz

ą

steczki glukozy).

Je

ż

eli komórka znajduje si

ę

w roztworze izotonicznym

przepływ wody do i z komórki jest równy.

Rozpuszczalno

ść

, rozpuszczalniki

http://spmbiology403.blogspot.com/2008/08/types-of-solution-isotonic.html

Roztwór hipotoniczny

Roztwór hipotoniczny cechuje si

ę

ni

ż

szym st

ęż

eniem

substancji rozpuszczonej ni

ż

to, które jest wewn

ą

trz

komórki. Je

ś

li umie

ś

cimy w nim komórk

ę

, woda b

ę

dzie

napływa

ć

do jej wn

ę

trza, powoduj

ą

c jej p

ę

cznienie, a

nawet p

ę

kanie (hemoliza w przypadku erytrocytów).

http://spmbiology403.blogspot.com/2008/08/types-of-solution-isotonic.html

Rozpuszczalno

ść

, rozpuszczalniki

Roztwór hipertoniczny

Roztwór hipertoniczny cechuje si

ę

wy

ż

szym st

ęż

eniem

substancji rozpuszczonej ni

ż

to, które jest wewn

ą

trz

komórki. Je

ś

li umie

ś

cimy w nim komórk

ę

, woda b

ę

dzie

wypływa

ć

z jej wn

ę

trza, powoduj

ą

c obkurczanie.

Rozpuszczalno

ść

, rozpuszczalniki

http://spmbiology403.blogspot.com/2008/08/types-of-solution-isotonic.html

Rozpuszczalno

ść

, rozpuszczalniki

http://pl.wikipedia.org/wiki/Plik:Osmotic_pressure_on_blood_cells_diagram_pl.svg

Ci

ś

nienie osmotyczne w układach biologicznych - obliczenia

Rozpuszczalno

ść

, rozpuszczalniki

Oblicz jak

ą

mas

ę

glukozy (C

6

H

12

O

6

) nale

ż

y rozpu

ś

ci

ć

w 1 litrze

wody, aby uzyska

ć

roztwór przeznaczony do do

ż

ylnej kroplówki –

o takim samym ci

ś

nieniu osmotycznym jak krew - 7.65 atm w

temp. 37°C ?

Π

= iC

m

RT

Krok 1: Obliczenie warto

ś

ci czynnika van 't Hoffa

Glukoza nie dysocjuje

→

i=1

Krok 2: Obliczenie temperatury

T = °C + 273

T = 37 + 273

T = 310 K

Ci

ś

nienie osmotyczne w układach biologicznych - obliczenia

Rozpuszczalno

ść

, rozpuszczalniki

Krok 3: Obliczenie st

ęż

enia molowego glukozy

Π

= iC

m

RT

C

m

=

Π

/iRT

C

m

= 7.65 atm/(1)(0.08206 L·atm/mol·K)(310)

C

m

= 0.301 mol/L

Krok 4: Obliczenie ilo

ś

ci glukozy

C

m

= n/V

n = C

m

·V

n = 0.301 mola/L x 1 L

n = 0.301 mola

masa molowa glukozy = 180 g/mol

masa glukozy = 0.301 mol x 180 g/1 mol = 54.1 g

Odp. Aby otrzyma

ć

roztwór przeznaczony do do

ż

ylnej kroplówki – o takim

samym ci

ś

nieniu osmotycznym jak krew (7.65 atm w temp. 37°C) nale

ż

y

rozpu

ś

ci

ć

54.1 g glukozy w 1 litrze wody.

Ci

ś

nienie osmotyczne – dlaczego nie nale

ż

y pi

ć

wody

morskiej?

Rozpuszczalno

ść

, rozpuszczalniki

Osmolalno

ść

wody morskiej jest około

trzy razy wy

ż

sza od osmolalno

ś

ci płynów

w naszym ciele. Niewielkie ilo

ś

ci wypitej

wody morskiej nie s

ą

szkodliwe dla

człowieka, jednak picie wody aby

zapobiec odwodnieniu jest nie tylko

szkodliwe, ale i bezcelowe. Woda z

komórek naszego ciała b

ę

dzie

wypływa

ć

, tak aby rozcie

ń

czy

ć

wchłoni

ę

ta wod

ę

morsk

ą

. W efekcie

spo

ż

ycie wody morskiej tylko

przyspiesza proces odwodnienia.

http://dc718.4shared.com/doc/HEK5xqDe/preview.html

Dializa

Półprzepuszczalna membrana

(membrana dializacyjna)

posiada małe otwory, przez

które mog

ą

przenika

ć

cz

ą

steczki rozpuszczalnika,

jony, sole nieorganiczne,

mocznik, zatrzymuje za

ś

du

ż

e

cz

ą

steczki (np. białka).

Rozpuszczalno

ść

, rozpuszczalniki

http://en.wikipedia.org/wiki/Dialysis_(biochemistry)

Dializa

Rozpuszczalno

ść

, rozpuszczalniki

http://www.gujaratkidneyfoundation.com/dialysis.html

Utrzymywanie równowagi biochemicznej oraz wodno-elektrolitowej w

ludzkim organizmie jest w olbrzymim stopniu zale

ż

ne od

prawidłowej pracy nerek. Płyny ustrojowe s

ą

dializowane przez

membrany w nerkach. Osoby z chorymi nerkami musz

ą

u

ż

ywa

ć

sztucznej nerki, która oczyszcza krew poprzez proces hemodializy.

http://www.shodor.org/master/biomed/physio/dialysis/hemodialysis/sixa.htm

Hemodializa

Rozpuszczalno

ść

, rozpuszczalniki

http://www.gujaratkidneyfoundation.com/dialysis.html

Dializator to tysi

ą

ce bardzo cienkich rurek zbudowanych z półprzepuszczalnej

membrany, którymi płynie krew chorego. Wokół rurek przepływa sterylny płyn

dializacyjny (wodny roztwór zawieraj

ą

cy glukoz

ę

, aminokwasy i elektrolity).

Ci

ś

nienie osmotyczne krwi powoduje przechodzenie produktów przemiany materii

do płynu dializacyjnego. Krwinki (czerwone i białe) s

ą

zbyt du

ż

e i pozostaj

ą

we

krwi. Po oczyszczeniu krew powraca do organizmu osoby poddawanej dializie.

http://www.shodor.org/master/biomed/physio/dialysis/hemodialysis/sixa.htm

Równowagi jonowe w roztworach

Równowaga chemiczna

Wi

ę

kszo

ść

reakcji chemicznych jest odwracalna, tj. mo

ż

e

przebiega

ć

w obu kierunkach. Na pocz

ą

tku szybko

ść

reakcji do przodu jest wi

ę

ksza, ale w miar

ę

jak powstaje

coraz wi

ę

cej produktów (C i D), a substraty s

ą

zu

ż

ywane

(A i B), wzrasta szybko

ść

reakcji do tyłu.

Równowagi jonowe w roztworach

A + B

C + D

A + B

C + D

C
Z
A
S

Równowaga chemiczna

Po pewnym reakcja osi

ą

ga stan równowagi dynamicznej, w

którym szybko

ś

ci reakcji do przodu i do tyłu s

ą

sobie równe.

Równowagi jonowe w roztworach

A + B

C + D

A + B

C + D

C
Z
A
S

A + B

C + D

Równowaga chemiczna

W stanie równowagi, reakcje w obie strony zachodz

ą

z

tak

ą

sam

ą

szybko

ś

ci

ą

, co oznacza,

ż

e st

ęż

enia

substratów i produktów pozostaj

ą

stałe.

Równowagi jonowe w roztworach

K

c

= [produkty] = [C]

c

[D]

d

[substraty] [A]

a

[B]

b

K

c

– stała równowagi

[A] – st

ęż

enie molowe substancji A (mole/L)

aA + bB

cC + dD

Współczynniki
stechiometryczne
w zbilansowanym
równaniu reakcji
chemicznej

Obliczanie stałej równowagi

H

2

(g) + I

2

(g)

↔

2HI(g)

[H

2

] = 0.1M, [I

2

] = 0.2M, [HI] = 1.04M; M (mol/l)

K

c

=

[HI]

[HI]

2

2

=

=

(1.04)

(1.04)

2

2

= 54

[H

2

][I

2

] 0.1x0.2

MxM = 1

MxM

Równowagi jonowe w roztworach

St

ęż

enia ka

ż

dego uczestnika reakcji podnosimy do pot

ę

gi o warto

ść

jego współczynnika stechiometrycznego !!!

aA + bB

cC + dD

K

c

= [C]

c

[D]

d

[A]

a

[B]

b

Równowaga chemiczna

Warto

ść

stałej równowagi K

c

dla danej reakcji

wskazuje, czy w stanie równowagi przewa

ż

aj

ą

produkty, czy substraty.

Równowagi jonowe w roztworach

http://www.getting-in.com/guide/a-level-chemistry-equilibrium-constants/

Du

ż

e warto

ś

ci stałej równowagi K

c

Do osi

ą

gni

ę

cia stanu równowagi reakcja do przodu dostarczyła du

ż

ych

ilo

ść

produktu (produktów). Mieszanina reakcyjna w stanie równowagi

zawiera głównie produkty.

Równowagi jonowe w roztworach

A

B

A

B

C

Stan pocz

ą

tkowy

Stan równowagowy

S

t

ę

z

e

n

ie

m

o

lo

w

e

(

m

o

le

/L

)

A + B

C

K

c

= du

ż

o produktów

= ~10

3

lub wi

ę

cej

mało substratów

Małe warto

ś

ci stałej równowagi K

c

Do osi

ą

gni

ę

ciu stanu równowagi reakcja do tyłu dostarcza du

ż

ych ilo

ś

ci

substratów. Mieszanina reakcyjna w stanie równowagi zawiera głównie

substraty.

Równowagi jonowe w roztworach

A + B

C

K

c

= mało produktów = poni

ż

ej ~ 10

-3

du

ż

o substratów

A

B

A

B

C

Stan pocz

ą

tkowy

Stan równowagowy

S

t

ę

ż

e

n

ie

m

o

lo

w

e

(

m

o

le

/L

)

Stała równowagi K

c

Równowagi jonowe w roztworach

Substraty =Produkty

Reakcja w stanie równowagi

K

c

=1

Mała warto

ść

K

c

Du

ż

a warto

ść

K

c

Substraty >> Produkty

Reakcja prawie nie zachodzi

Substraty << Produkty
Reakcja dobiega prawie do ko

ń

ca

Przewa

ż

aj

ą

substraty

Przewa

ż

aj

ą

produkty

10

-3

- 10

3

<10

-3

>10

3

Reguła Le Chateliera

Je

ż

eli na układ w stanie równowagi dynamicznej działa

jaki

ś

czynnik zewn

ę

trzny to powoduje on tak

ą

zmian

ę

stanu równowagi, która zminimalizuje działanie tego

czynnika.

Równowagi jonowe w roztworach

http://www.digipac.ca/chemical/mtom/contents/chapter3/chap3_7.htm

Reguła Le Chateliera

Równowagi jonowe w roztworach

Substrat

y

Produkty

Pocz

ą

tkowe warunki równowagi

Substraty

Produkty

Substraty

Produkty

Substraty

Produkty

Produkty

Substraty

Produkty

Ko

ń

cowe warunki równowagi

Dodanie substratów
Przesuni

ę

cie w kierunku produktów

Substraty

Powrót do stanu równowagi

Dodanie produktów
Przesuni

ę

cie w kierunku substratów

Reguła Le Chateliera

Równowagi jonowe w roztworach

Substraty

Produkty

Pocz

ą

tkowe warunki równowagi

Substraty

Produkty

Produkty

Substraty

Produkty

Produkty

Substraty

Produkty

Ko

ń

cowe warunki równowagi

Usuni

ę

cie substratów

Przesuni

ę

cie w stron

ę

substratów

Substraty

Powrót do stanu równowagi

Substraty

Usuni

ę

cie produktów

Przesuni

ę

cie w stron

ę

produktów

Dysocjacja

Szwedzki chemik Svante Arrhenius w swojej pracy doktorskiej

obronionej na Uniwersytecie w Uppsali (1884) przedstawił

nowatorsk

ą

teori

ę

dysocjacji elektrolitycznej, wg której sole

rozpuszczone w wodzie rozpadaj

ą

si

ę

na naładowane jony

(kationy obdarzone dodatnim ładunkiem i aniony obdarzone

ujemnym ładunkiem). Chocia

ż

jego teoria nie zrobiła wra

ż

enia na

profesorach z Uniwersytetu w Uppsali, otrzymał za ni

ą

Nagrod

ę

Nobla w roku 1903.

Równowagi jonowe w roztworach

http://kawaii-baka.blogspot.com/2010/01/like-disolves-like.html

Kwasy i zasady

W uzupełnieniu swojej teorii dysocjacji

elektrolitycznej Arrhenius zaproponował

definicj

ę

kwasu i zasady (1884):

Kwas

Kwas – ka

ż

dy zwi

ą

zek chemiczny, który

wprowadzony do roztworu dysocjuje z

powstaniem jonów H

+

.

Zasada - ka

ż

dy zwi

ą

zek chemiczny, który

wprowadzony do roztworu dysocjuje z

powstaniem jonów wodorotlenkowych OH

-

.

Równowagi jonowe w roztworach

http://www.brooklyn.cuny.edu/bc/ahp/SDKC/Chem/SD_AcidBase.html

Kwasy

Kwasy – zwi

ą

zki chemiczne, które po rozpuszczeniu

w wodzie dostarczaj

ą

kationów wodorowych (H

+

)

oraz anionów (jony niemetali lub wieloatomowe)

H

Cl (g)

→

H

+

(aq) + Cl

-

(aq)

Równowagi jonowe w roztworach

http://wikis.lawrence.edu/display/CHEM/Acids+and+Bases-Davis

Popularne kwasy

Równowagi jonowe w roztworach

azotynowy

NO

2

-

Kwas azotawy

HNO

2

chlorkowy

Cl

-

Kwas chlorowodorowy (solny)

HCl

octanowy

CH

3

COO

-

Kwas octowy

CH

3

COOH

fosforanowy

PO

4

3-

Kwas fosforowy

H

3

PO

4

w

ę

glanowy

CO

3

2-

Kwas w

ę

glowy

H

2

CO

3

siarczynowy

SO

3

2-

Kwas siarkawy

H

2

SO

3

siarczanowy

SO

4

2-

Kwas siarkowy

H

2

SO

4

azotanowy

NO

3

-

Kwas azotowy

HNO

3

bromkowy

Br

-

Kwas bromowodorowy

HBr

Nazwa

anionu

Anion

Nazwa kwasu

Kwas

Kwasy

Jony wodorowe nadaj

ą

kwasom kwa

ś

ny smak

(owoce cytrusowe, ocet) i s

ą

odpowiedzialne za

korozj

ę

metali i niszczenie marmuru.

Równowagi jonowe w roztworach

http://hecooksshecooks.net/2009/02/acid-redux/

http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/196buildings.html

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010938X12000595

Zasady

Zasady – zwi

ą

zki chemiczne, które w wodzie tworz

ą

jony

wodorotlenkowe (OH

-

) oraz dodatnio naładowane jony

(kationy). Wi

ę

kszo

ść

zasad Arrheniusa jest tworzonych

przez metale z grupy 1A i 2A (Na, K, Li, Ca)

K

OH

(s)

→

K

+

(aq) +

OH

-

(aq)

Równowagi jonowe w roztworach

http://zapytaj.onet.pl/Category/006,005/2,15002476,Na_czym_polega_dysocjacja_jonowa_elektrolityczna_zasad_.html

Popularne zasady

Równowagi jonowe w roztworach

Wodorotlenek glinu

Al(OH)

3

Wodorotlenek wapnia

Ca(OH)

2

Wodorotlenek potasu

KOH

Wodorotlenek sodu

NaOH

Nazwa

Zasada

Zasady

Jony wodorotlenkowy (OH

-

) nadaj

ą

roztworom zasad Arrhenius’a gorzki

smak i

ś

liski dotyk.

Zasady w gospodarstwie domowym: płyny do mycia okien, płyny do

mycia piekarników, preparaty do neutralizacji kwasu

ż

oł

ą

dkowego

(antacydy), płyny i granulaty do przetykania rur.

visualphotos.com

megadistributors.co.nz

http://www.irishhealth.com/clin/heartburn/overthecounter.html

Równowagi jonowe w roztworach

Kwasy i zasady zoboj

ę

tniaj

ą

si

ę

nawzajem, poniewa

ż

jon

wodorowy i jon wodorotlenkowy reaguj

ą

ze sob

ą

tworz

ą

c

cz

ą

steczk

ę

wody.

Równowagi jonowe w roztworach

Teoria Arrheniusa - zoboj

ę

tnianie

H

+

+ OH

-

→

H

2

O

HA + BOH

→

BA + H

2

O

HA – kwas Arrheniusa, BOH – zasada Arrheniusa

HCl + NaOH

→

NaCl + H

2

O

Braki teorii Arrheniusa

•

Rozpuszczalnik nie odgrywa

ż

adnej roli w teorii Arrheniusa,

tymczasem je

ż

eli rozpu

ś

cimy HCl w benzenie, a nie w wodzie,

HCl nie ulegnie dysocjacji. Zatem rodzaj rozpuszczalnika w

istotny sposób wpływa na wła

ś

ciwo

ś

ci kwasowo-zasadowe

substancji.

•

Według teorii Arrheniusa sole powinny mie

ć

zawsze odczyn

oboj

ę

tny. Tymczasem, je

ż

eli wymieszamy równomolowe ilo

ś

ci

HCl i amoniaku, otrzymamy roztwór o lekko kwa

ś

nym

charakterze, natomiast je

ż

eli wymieszamy równomolowe ilo

ś

ci

NaOH i kwasu octowego, otrzymamy roztwór o lekko zasadowym

charakterze. Teoria Arrheniusa tego nie wyja

ś

nia.

Równowagi jonowe w roztworach

• Teoria Arrheniusa nie wyja

ś

nia zasadowego charakteru

zwi

ą

zków, które nie posiadaj

ą

w swojej strukturze grupy

wodorotlenowej, takich jak NH

3

albo anilina.

• Wolny proton H

+

jest bardzo reaktywny i praktycznie, jak tylko

powstanie, reaguje z wod

ą

. Jego st

ęż

enie molowe w wodzie

jest szacowane na poziomie 10

-130

M!

Równowagi jonowe w roztworach

Braki teorii Arrheniusa

Dzi

ę

kuj

ę

za uwag

ę