

ROZTWORY KOLOIDALNE



ROZTWORY WŁAŚCIWE



SPOSOBY WYRAŻANIA STĘŻEŃ ROZTWORÓW



PRZELICZANIE STĘŻEŃ



REGUŁA MIESZANIA ROZTWORÓW

Układy dyspersyjne -

roztwory

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 skupienia

f.

rozpraszanej

Stan skupienia

f. rozpraszającej

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 a mieszanina

Mieszaniny to układy złożone z co najmniej dwóch składników,
zwanych fazami, z których jeden jest rozproszony w drugim.

Podział układów dyspersyjnych ze względu na stan
rozdrobnienia fazy zdyspergowanej (rozproszonej) średnica (x)

cząsteczek w nm (10

-9

m)

Układ

dyspersyjny

Układ

niejednorodny –

heterogeniczny

Zawiesiny

(rozdrobnienie

makroskopowe)

x ≥ 100nm

(10

-7

m)

Roztwory

koloidalne

1nm ≤ x <

100nm

(10

-9

m - 10

-7

m)

Układ jednorodny –

homogeniczny

–

roztwór właściwy

x < 1nm

(10

-9

m)

Sposoby rozdzielania mieszanin



Filtracja (sączenie) – metoda oddzielania substancji stałych od cieczy i gazów,

na sączkach o odpowiedniej wielkości porów. Ciecz lub gaz

otrzymywane po filtracji nazywa się filtratem inaczej przesączem, na

sączku zostaje osad. 



Sedymentacja – rozdzielanie ciała stałego od cieczy, gdy pod wpływem działania

siły grawitacji gęstsze składniki mieszaniny osadzają się na dnie zbiornika.  



Dekantacja -proces oddzielania substancji stałej od cieczy przez zlanie cieczy

znad osadu (po sedymentacji). 



Destylacja - to rozdzielanie ciekłej mieszaniny przez odparowanie, a następnie

skroplenie jej składników w różnych temperaturach; produkt to destylat.  



Rektyfikacja (destylacja frakcyjna) –to proces wielokrotnej destylacji, w którym

mieszanina ciekła jest rozdzielana na frakcje.



Krystalizacja - to proces wydzielania kryształków substancji stałej z roztworu

podczas odparowania lub schłodzenia roztworu nasyconego.

Sposoby rozdzielania mieszanin



Ekstrakcja następuje przez rozpuszczenie tylko niektórych składników mieszaniny

w rozpuszczalnikach; otrzymujemy ekstrakt.



Chromatografia - to technika

służąca do rozdzielania składników mieszanin w wyniku

przepuszczenia roztworu badanej mieszaniny przez specjalnie spreparowaną fazę

rozdzielczą (złoże, np. bibułę), po której składniki mieszaniny poruszają się z

różną szybkością.



Elektroforeza - technika stosowana w chemii i biologii , jej istotą jest rozdzielenie

mieszaniny na możliwie jednorodne frakcje przez wymuszanie wędrówki ich cząsteczek w

polu elektrycznym.



Wymiana jonowa - to proces wymiany ruchliwych jonów na inne tego samego znaku

zachodzący na specjalnym materiale zwanym jonitem



Adsorpcja — to proces wiązania się („przyczepiania się”) drobin na powierzchni.

adsorbenta, powodujący lokalne zmiany stężenia



Osmoza - swobodna dyfuzja dowolnej substancji z jednego roztworu do drugiego przez

membranę półprzepuszczalną (czyli przepuszczalną dla jednego składnika). Siłą napędową

osmozy jest różnica stężenia danej substancji chemicznej w obu roztworach.

Roztwory koloidalne

Roztwór koloidalny – układ dyspersyjny, w którym

średnice cząsteczek fazy rozproszonej zawarte są w
granicach

1nm ≤ x < 100nm

Podział układów koloidalnych ze względu

na :

Rodzaj fazy

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)
-

Micelarne

(micela)

Charakterystyka roztworów

koloidalnych

Schemat budowy miceli AgI

wytrąconego nadmiarem KI.

Na trwałość roztworów koloidalnych
liofobowych (wodorotlenki metali, halogenki
srebra) a także niektórych liofilowych (białko)
wpływa występowanie ładunku elektrycznego
na powierzchni cząstki koloidalnej oraz
solwatacja cząstek.
Cząstka dowolnego koloidu posiadająca
ładunek nosi nazwę miceli.
Przykładem miceli może być cząstka jodku
potasu.
Micela składa się z jądra, w skład którego
wchodzą obojętne cząsteczki. Na powierzchni
jądra absorbowane są z roztworu wspólne jony
w przypadku KI jony jodkowe I

-

. Warstwa ta

nosi nazwę warstwy adsorbcyjnej i wiąże się
ona luźno z warstwą rozmytą albo dyfuzyjną
zawierającą jony K

+

.

Jadro razem z warstwą adsorpcyjną nosi nazwę
granuli.
Na granicy faz jądro cząstki koloidalnej -
roztwór, powstaje podwójna warstwa
elektryczna.

Charakterystyka roztworów

koloidalnych

•

Efekt Tyndalla

–

rozproszenie światła

na cząsteczkach fazy

rozproszonej (cząstki fazy rozproszonej są większe od długości

fali świetlnej)

•

Ruchy Browna

– cząstki fazy rozproszonej

poruszają się w

roztworze po torach zygzakowatych

od odbicia (zderzenia) do

odbicia (zderzenia) z innymi cząstkami

Charakterystyka roztworów

koloidalnych



Koagulacją nazywa się przejście zolu w żel. Jest to łączenie
się cząstek substancji rozproszonej w większe skupienia pod wpływem
np. wysokiej temperatury, mieszania, naświetlania, wstrząsania)



Peptyzacja to przejście żelu w zol. Jest to rozdrobnienie cząstek fazy
rozproszonej. Peptyzacja zachodzi wówczas, gdy koagulacja jest
odwracalna.



Jeżeli koagulacja jest nieodwracalna mówi się o denaturacji koloidu.

Charakterystyka roztworów

koloidalnych

Czynniki powodujące proces koagulacji i

denaturacji koloidu

Koagulacja koloidu

(wysolenie)

Denaturacja koloidu

•dodanie soli metali lekkich

(Na, K, NH

4

)

• dodanie nieelektrolitów

(cukru)
• zmiana temperatury

(obniżenie lub podwyższenie)
• działanie czynnikami

mechanicznymi
• przepływ prądu elektrycznego
• działanie światła
• inne

•dodanie:

- stężonych roztworów kwasów

lub zasad

- roztworów soli metali

ciężkich

- niektórych związków

organicznych (alkoholu,

aldehydu)
• duże zmiany temperatury
• promieniowanie UV

 

Koloidy liofobowe

Koloidy liofilowe

Otrzymywanie

metodą dyspersji lub

kondensacji

przez zwykłe

rozpuszczanie

Struktura cząstek

zespoły cząsteczek

cząsteczki olbrzymy

Stężenie fazy

rozproszonej

na ogół nieznaczne

może być duże

Ruchy Browna

występują wyraźnie

często bardzo

niewyraźne

Efekt Tyndalla

wyraźny

niewyraźny

Ładunek elektryczny

cząstki są zawsze

naładowane

ładunek nieznaczny lub

brak

Lepkość

nieznaczna

znaczna

Tworzenie piany

nie tworzą piany

łatwo tworzą pianę

Tworzenie galaret

nie tworzą

tworzą łatwo

Wrażliwość na

elektrolit

duża, zachodzi

koagulacja

mała

Trwałość

trwałość tych koloidów

wiąże się z istnieniem
sił elektrostatycznego

odpychania cząstek

fazy rozproszonej

wywołanych przez

jednoimienne ładunki
powierzchniowe

trwałość tych koloidów

wiąże się z istnieniem
otoczki solwatacyjnej

Charakter

koagulacji

z reguły

nieodwracalna

z reguły odwracalna

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)

•

Efekt ebulioskopowy – temp. wrzenia roztworu jest wyższa niż

temp. wrzenia rozpuszczalnika (w zależności od ilości drobin

substancji rozpuszczanej).

•

Efekt krioskopowy – temp. krzepnięcia roztworu jest niższa niż

temp. krzepnięcia rozpuszczalnika (w zależności od ilości drobin

substancji rozpuszczanej).

•

Kontrakcja – zmniejszenie objętości układu po połączeniu dwóch

różnych cieczy.

•

Dyfuzja – proces prowadzący do wyrównania stężenia w całej

objętości roztworu

•

Efekty energetyczne – proces endoenergetyczny z pobieraniem

energii cieplnej z otoczenia , proces egzoenergetyczny z oddaniem

energii cieplnej do otoczenia.

Efekty towarzyszące procesom

rozpuszczania

Etapy rozpuszczania i efekt energetyczny rozpuszczania
Dla rozpuszczania się kryształów jonowych:



Etap I – rozerwanie oddziaływań międzycząsteczkowych w rozpuszczalniku
(wiązań wodorowych w zasocjowanych aglomeratach wody)

etap

endoenergetyczny

(E1)



Etap II - wyrwanie jonów z węzłów sieci krystalicznej przez dipole wody i
zniszczenie kryształu jonowego –

etap endoenergetyczny

(E2)



Etap III – solwatacja (uwodnienie - hydratacja) jonów przez dipole wody –

proces egzoenergetyczny

(E3)

Efekt energetyczny rozpuszczania substancji jest sumą efektów

energetycznych etapów :



jeżeli E1 + E2 < E3 to kryształ jest rozpuszczalny w wodzie -

proces

egzoenergetyczny



jeżeli E1 + E2 > E3 to związek jest praktycznie nierozpuszczalny, jego
rozpuszczalność można zwiększyć przez podgrzanie roztworu (dostarczenie
energii do układu) -

proces endoenergetyczny

Krystalizacja – proces odwrotny do rozpuszczania, efekty energetyczne

odwrócone w stosunku do procesu rozpuszczania.

Sposoby wyrażania stężeń

roztworów

Stężenie procentowe C

p

- 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

Stężenie molowe [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

m

s

- masa sub. rozp. m

r

- masa

roztworu

M – masa molowa sub. rozp. d

r

– gęstość

roztworu

%

100





p

s

p

m

m

c

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)

M – masa molowa [mol/dm

3

]

Krótko :

C

p

podajemy w ułamku!

M

d

C

C

r

p

m







%

100

r

m

p

d

M

C

C

%

100







Reguła mieszania roztworów –

metoda krzyżowa

(

dla 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

px

– C

p2

C

px

m

r2

C

p2

C

p1

– C

px

Z proporcji:

Uwagi :



rozcieńczając roztwór wodą

, należy przyjąć, że jest to

roztwór ma stężenie 0%



zatężając roztwór solą bezwodną

, należy przyjąć, że jest to

roztwór ma

stężenie 100%



zatężając roztwór hydratem

(solą uwodnioną), należy przyjąć, że jest to

roztwór wodny o określonym stężeniu

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

mx

– C

m2

C

px

V

r2

C

m2

C

m1

– C

mx

Z proporcji:

Uwagi :



rozcieńczając roztwór wodą

, należy przyjąć, że jest to

roztwór ma stężenie

0 mol/dm3



zatężając roztwór hydratem

(solą uwodnioną), należy przyjąć, że jest to

roztwór wodny o określonym stężeniu