II. ROZTWORY i STĘŻENIA

1. Roztwór a mieszanina. Rozpuszczalnik, substancja rozpuszczona, masa i gęstość roztworu

Zmieszanie dwóch lub więcej składników daje mieszaninę. Wyróżniamy mieszaniny homo- i heterogeniczne.

Przykłady mieszanin heterogenicznych - skały, mleko. Tutaj składniki można zidentyfikować gołym okiem lub za pomocą mikroskopu.

Przykłady mieszanin homogenicznych - syrop (mieszanina cukru i wody), sól kamienna rozpuszczona w wodzie. Tutaj w żaden sposób nie można odróżnić składników mieszaniny. Mieszaniny homogeniczne noszą nazwę roztworów.

Składnik roztworu występujący w większej ilości (b. często woda) to rozpuszczalnik. Pozostałe składniki roztworu to substancje rozpuszczone. Najczęściej mamy dom czynienia z roztworami wodnymi.

2. Masa i objętość i gęstość roztworu

m - masa roztworu w kg (g, Mg)

V - objętość roztworu w dm³ (cm³, m³)

d - gęstość roztworu w g/cm³ (kg/dm³, Mg/m³)

Do obliczeń i przeliczeń stężeń potrzebne są następujące definicje:

a) gęstość roztworu:

Jednostki: 1g/cm³ ≡ 1mg/dm³

b) liczność i-tego składnika roztworu w molach:

m_i = masa i-tego składnika (g)

M_i = masa molowa i-tego składnika (g/mol)

Uwaga

Indeks i oznacza i-ty składnik roztworu

Wielkość bez indeksu odnosi się do całego roztworu

3. Jednostki stężeń

3.1. Ułamek wagowy (masowy). Procent wagowy (wagowy)

Ułamkiem wagowym (masowym) (w_i) i-tego składnika nazywamy stosunek masy (m_i) tego składnika do masy całego roztworu (m) :

p_i(wag) = w_i ⋅ 100%

Procent wagowy (masowy) jest równy liczbie gramów danego składnika

w 100g roztworu

UWAGA : wagowy = masowy

3.2. Stężenie molowe

Stężenie molowe (c_i) i-tego składnika w danym roztworze jest to

stosunek liczności (n_i) tego składnika do objętości (V) całego roztworu:

1M ≡ 1kmol/m³ ≡ 1mol/dm³ ≡ 1 mmol/cm³ ≡ roztwór 1-molowy ≡ roztwór w którym stężenie danej substancji wynosi 1 mol/dm³

3.3. Ułamek molowy. Procent molowy

Ułamek molowy (x_i) jest to stosunek liczności (n_i) danego składnika do sumy liczności wszystkich składników roztworu :

procent molowy : p_i(mol) = x_i ⋅ 100%

3.4. Procent objętościowy (dla gazów)

dla gazów idealnych: V = ΣV_i

p_i(obj) = p_i(mol)

3.5. pJ (pH)

c_J → stężenie molowe jonu J

c^o → stężenie standardowe = 1 mol/dm³

Dla jonów H⁺ i OH^- :

3.6. ppm^* i ppb^**

ppm i ppb odnoszą się tak do masy jak i objętości. W przypadku masy:

1. 1 ppm = 1 część na milion czyli 1 mg substancji w 1 kg roztworu (mieszaniny)

2. 1 ppb = 1 część na miliard czyli 1 μg substancji w 1 kg roztworu (mieszaniny)

1 ppm = 1000 ppb

^*ppm ≡ parts per million

^**ppb ≡ parts per billion

billion w j. ang. oznacza w j. pol. miliard

4. Zadania ze stężeń

Zadanie 1 - Stężenie molowe

1,50 g stopu zawierającego 60,0 % aluminium roztworzono w nadmiarze wodorotlenku sodu otrzymując 250 cm³ roztworu. Oblicz stężenie molowe glinianu sodu w tym roztworze.

Rozwiązanie:

Aluminium jako metal amfoteryczny roztwarza się w roztworach wodnych mocnych wodorotlenków:

Al + OH^- + 3H₂O = Al(OH)₄^- + 3/2 H₂

Z tej reakcji wynika, że:

1 Al → 1 Al (OH)₄^-

1 mol Al → 1 mol glinianu

n_Al = n_Al(OH)4

Masa aluminium w stopie:

m_Al = 1,50 g · 60,0 g / 100 % = 0,9000 g

Liczność aluminium:

n_Al = 0,9000 g / 26,98 g/mol = 0,03336 mola

Jest to także liczność glinianu!

Stężenie molowe glinianu:

c = 0,03336 mol / 0,250 dm³ = 0,1334 mol/dm³ =

= 0,133 M

Zadanie 2 - rozcieńczanie roztworu stężonego

Do 200 cm³ 22,4% -go roztworu HNO₃ o gęstości

1,135 g/cm³ dodano 1,00 dm³ wody, otrzymując roztwór

o gęstości 1,025 g/cm³. Jakie jest pH?

Rozwiązanie

1) Obliczamy liczność początkową HNO₃ :

A

2) Obliczamy objętość końcową roztworu :

B

3) Obliczamy stężenie końcowe HNO₃ :

C

4) Obliczamy pH :

pH = -log[H⁺] = -log 0,6740 ⋅ 0,1713 = 0,171

Zadanie 3 - mieszanie roztworów

Zmieszano 100 cm³ 2,00M roztworu H₂SO₄ o gęstości 1,18 g/cm³ z 200 cm³ kwasu siarkowego o x_H2SO4 = 0,025 i gęstości 1,12 g/cm³.

Oblicz stężenie molowe jonów wodorowych w roztworze po zmieszaniu

(d = 1,15 g/cm³).

Rozwiązanie

1) Obliczamy liczność H₂SO₄ w pierwszym roztworze :

n = c ⋅ V = 0,100 ⋅ 2,00 = 0,200 mola

2) Obliczamy masę drugiego roztworu :

m = 200 ⋅ 1,129 = 225,8 g

3) Obliczamy masę H₂SO₄ w drugim roztworze:

D

0,01020x = 2,549⋅10^-4x + 0,3133 - 1,387⋅10^-3x

0,01133x = 0,3133

x = 27,65 g

4) Obliczamy liczność H₂SO₄ w drugim roztworze:

E

5) Liczność sumaryczna H₂SO₄:

n = 0,2000 + 0,2819 = 0,4819mola

6) Obliczamy objętość roztworu końcowego:

F

7) Stężenie końcowe H₂SO₄:

G

8) Stężenie końcowe H⁺:

Zakładamy, że kwas siarkowy ulega całkowitej dysocjacji dwustopniowej:

c = 2 × 1,620 ⋅ 3,240 = 3,24 mol/dm³

Koniec rozdz. II-go

Władysław Walkowiak - Chemia Ogólna WPC 1002w

9

.

Roztwory i stężenia

---