Układy dyspersyjne -

roztwory

-Roztwory koloidalne

-Roztwory właściwe

-Sposoby wyrażania stężeń roztworów

-Przeliczanie stężeń

-Reguła mieszania roztworów

Układ

• Układ

– wyodrębniony obszar materii oddzielony od

otoczenia wyraźnymi graniami (

np. roztwór soli w

probówce

)

• Otoczenie

– wszystko to, co znajduje się poza układem

(

np. ścianki probówki i wszystko to, co znajduje się w

jej otoczeniu

)

• Faza układu

– jednorodna pod względem fizycznym

część układu oddzielona od reszty układu wyraźną
powierzchnią rozdziału (

np. woda w stanie ciekłym,

woda stanie stałym – lód, woda w stanie gazowym –
para wodna)

• Składnik układu

– substancja o określonych

właściwościach fizykochemicznych (

np. woda w

różnych stanach skupienia

)

• Układ dyspersyjny

– układ składający się z fazy

zdyspergowanej

(

rozproszonej

- np. sacharoza) –

f

z

oraz fazy

dyspersyjnej

(

rozpraszającej

, np. woda) –

f

d

Układ dyspersyjny

Podział układów dyspersyjnych ze względu na

stan skupienia f

z

i f

d

Stan skup. f

z

f.

rozpraszana

Stan skup. f

d

f. rozpraszająca

Gaz

Ciecz

Ciało stałe

Gaz

Roztwory

gazowe

Aerozol,

mgła

Dym, kurz

Ciecz

Piana

Roztwory

właściwe,

emulsje

Roztwory

właściwe,

koloidy

Ciało stałe

Piana stała

Mokra

gąbka

Stopy metali

Układ dyspersyjny

Podział układów dyspersyjnych ze względu na stan

rozdrobnienia fazy zdyspergowanej (rozproszonej)

średnica (ᴓ) cząsteczek w nm (10

-9

m)

Układ

dyspersyjny

Układ

niejednorodny –

heterogeniczny

Zawiesiny

(rozdrobnienie

makroskopowe)

ᴓ ≥ 200nm

Roztwory

koloidalne

1nm ≤ ᴓ <

200nm

Układ jednorodny –

homogeniczny

–

roztwór właściwy

ᴓ < 1nm

Roztwory koloidalne

• Roztwór koloidalny – układ dyspersyjny, w którym

średnice cząsteczek fazy rozproszonej zawarte są w
granicach

1nm ≤ ᴓ < 200nm

Podział układów koloidalnych ze względu

na :

Rodzaj gazy

rozpraszającej

Powinowactwo do

rozpuszczalnika

Budowę fazy
rozproszonej

-

Hydrozole

(

woda

)

-

Alkozole

(

alkohol

)

-

Aerozole

(

powietrze

)

- Liofilowe

(

duże

powinowactwo

do

rozpuszczalnika,

łatwo

ulegają

solwatacji

- Liofobowe

(

małe

powinowactwo

do

rozpuszczalnika,

|

nie ulegają

solwatacji

-

Cząsteczkowe

(pojedyncze

makrocząsteczki
)
-

Fazowe

(bardzo

małe
kryształy)
-

Miceralne

(micela)

Charakterystyka roztworów

koloidalnych

• Efekt Tyndalla

– rozproszenie światła na

cząsteczkach fazy rozproszonej (cząstki fazy
rozproszonej są większe o długości fali
świetlnej)

2 3

1

1 – źródło światła, 2 – roztwór rzeczywisty

(właściwy),
3 – roztwór koloidalny

Charakterystyka roztworów

koloidalnych

• Ruchy Browna

– cząstki fazy

rozproszonej

poruszają się w

roztworze po torach zygzakowatych

od

odbicia (zderzenia) do odbicia
(zderzenia) z innymi cząstkami

Charakterystyka roztworów

koloidalnych

• Koagulacja

– zjawisko łączenia się

cząstek fazy rozproszonej koloidu w

większe zespoły tworzące

nieregularną sieć – koagulat

• Peptyzacja

– zjawisko odwrotne do

koagulacji

KOAGULACJA

(

koloid

)

ZOL

ŻEL

(

koagulat

)

PEPTYZACJA

• Denaturacja

– nieodwracalny proces

przechodzenia zolu w żel

Charakterystyka roztworów

koloidalnych

Czynniki powodujące proces koagulacji i

denaturacji koloidu

Koagulacja koloidu

Denaturacja koloidu

•

Dodanie niektórych

elektrolitów
•

Dodanie

nieelektrolitów
•

zmiana temperatury

(obniżenie

lub podwyższenie)
•

Działanie czynnikami

mechanicznymi
•

Przepływ prądu

elektrycznego
•

Działanie świtała

•

inne

•

Dodanie:

- stężonych roztworów

kwasów

lub zasad

- roztworów soli metali

ciężkich

- niektórych związków

organicznych

(alkoholu,

aldehydu)
•

Wysokie zmiany

temperatury

Charakterystyka roztworów

koloidalnych

• Budowa miceli

– naładowana

cząstka dowolnego koloidu
[schemat miceli (AgI)n]

K

warstwy jonów

jądro miceli

warstwa

adsorpcyjna

warstwa dyfuzyjna

(rozmyta)

K

+

K

+

K

+

K

+

K

+

K

+

K

+

K

+

K

+

K

+

K

+

K

+

K

+

K

+

K

+

K

+

(AgI)

n

I

-

I

-

I

-

I

-

I

-

I

-

I

-

I

-

Roztwory właściwe

• Roztwór właściwy

–

jednorodna

(homogeniczna) mieszanina dwóch

lub

więcej

składników

, składnik występujący

w

nadmiarze nazywa się rozpuszczalnikiem

a

pozostałe

składniki substancjami

rozpuszczonymi

(

w zależności od stanu

skupienia wyróżnia się roztwory: gazowe,
ciekłe, stałe

)

• Mieszanina

– układ złożony z co najmniej

dwóch substancji
w dowolnym stosunku

• Rozpuszczanie

– proces mieszania prowadzący

do powstania roztworu

• Rozpuszczalność

–

maksymalna liczba gramów

substancji

,

która rozpuszcza się w określonych
warunkach temp.
i ciśnienia w

100g rozpuszczalnika

dając

roztwór nasycony

Roztwory właściwe

• Podział roztworów ze względu na

zawartość substancji
rozpuszczonej

c – stężenie roztworu
c

max

– stężenie roztworu wynikające z

rozpuszczalności

Roztwory

Roztwór

nienasycony

c < c

max

Roztwór

nasycony

c = c

max

Roztwór

przesycony

c > c

max

Efekty towarzyszące

procesom rozpuszczania

• Solwatacja

– proces otaczania jonów lub cząsteczek

przez cząsteczki rozpuszczalnika (

jeżeli

rozpuszczalnikiem jest woda – uwodnienie –

hydratacja

)

• Efekty energetyczne

–

proces endoenergetyczny z

pobieraniem energii cieplnej z otoczenia

,

proces

egzoenergetyczny z oddaniem energii cieplnej do

otoczenia

•

Efekt ebulioskopowy

– temp. wrzenia roztworu jest

wyższa niż temp. wrzenia rozpuszczalnika

• Efekt krioskopowy

– temp. krzepnięcia roztworu jest

niższa niż temp. krzepnięcia rozpuszczalnika

• Kontrakcja

– zmniejszenie objętości układu po

połączeniu dwóch różnych cieczy (np. woda + etanol)

• Dyfuzja

– proces prowadzący do wyrównania stężenia

w całej objętości roztworu

• Dysocjacja

– rozpad cząsteczek substancji rozpuszczaj

na jony pod wpływem polarnego rozpuszczalnika

Sposoby wyrażania stężeń

roztworów

• Stężenie procentowe [%]:

C

p

(C

%

) -

procent masowy (wagowy)

substancji rozpuszczonej

w roztworze (w 100g roztworu)

• m

s

– masa substancji rozpuszczonej

[g]

• m

r

– masa roztworu [g]

• m

rozp

– masa rozpuszczalnika [g]

• m

r

= m

s

+ m

rozp

%

100





p

s

p

m

m

c

Sposoby wyrażania stężeń

roztworów

• Stężenie molowe [mol/dm

3

] = [mol

.

dm

-3

]

:

C

m

– liczba moli substancji rozpuszczonej
(zawartej)
w 1dm

3

roztworu

- n – liczba moli substancji rozpuszczonej
- V

r

– objętość roztworu w dm

3

ms - masa sub. rozp.

m

r

- masa roztw.

M – masa molowa sub. rozp.

dr – gęstość roztw.

r

m

V

n

C 

M

m

n

s



r

r

r

d

m

V 

Przeliczanie stężeń

roztworów

Przeliczenie z C

p

na

C

m

Przeliczenie z C

m

na C

p

C

m

– stężenie molowe roztworu [mol/dm

3

]

C

p

– stężenie procentowe roztworu [%]

d

r

– gęstość roztworu w g/dm

3

(

gęstość należy

przeliczyć
z g/cm

3

mnożąc ją przez 1000, np. d =

1,2g/cm

3

= 1200g/dm

3

)

M – masa molowa [mol/dm

3

]

M

d

C

C

r

p

m







%

100

r

m

p

d

M

C

C

%

100







Reguła mieszania

roztworów – metoda

krzyżowa

• Uwagi

:

-

rozcieńczając roztwór wodą

, należy przyjąć, że jest

to

roztwór 0%

-

zatężając roztwór solą bezwodną

, należy przyjąć, że

jest to

roztwór

100%

-

zatężając roztwór hydratem

(solą uwodnioną),

należy przyjąć, że jest

to

roztwór wodny o określonym stężeniu

: np.

CuSO

4

.

5H

2

O

m

r

= M =

64g/mol + 32g/mol + 4

.

16g/mol

+

5

.

18g/mol =

160g/mol

+

90g/mol =

250g

/mol

m

s

= 160g

%

64

%

100

250

160

%

100











g

g

m

m

C

r

s

p

Reguła mieszania roztworów –

metoda krzyżowa

(C

p

)

• Obliczanie stężenia procentowego

po

wymieszaniu roztworu o masie

m

r1

i

stężeniu

C

p1

z roztworem o masie

m

r2

i

stężeniu

C

p2

(

C

p1

>

C

px

> C

p2

)

m

r1

C

p1

C

p1

–

C

px

m

r2

C

px

m

r2

C

p2

C

px

–

C

p2

m

r1

Z proporcji:

(C

p1

– C

px

) . m

r1

= (C

px

– C

p2

)

.

m

r2

Reguła mieszania roztworów –

metoda krzyżowa

(C

m

)

• Obliczanie stężenia molowego

po

wymieszaniu roztworu o objętości

V

r1

i

stężeniu

C

m1

z roztworem o objętości

V

r2

i stężeniu

C

m2

(

C

m1

>

C

mx

> C

m2

)

V

r1

C

m1

C

m1

–

C

mx

m

r2

C

px

V

r2

C

m2

C

mx

–

C

m2

m

r1

Z proporcji:

(C

m1

– C

mx

) . V

r1

= (C

mx

– C

m2

)

.

V

r2