Chemia - w3

Rozpuszczalność substancji

i

rodzaje roztworów

Roztwory

Roztwór

– jednorodny, jednofazowy

układ dwu - lub więcej składnikowy,

w którym substancja rozpuszczona

występuje w dyspersji (rozdrobnieniu)

molekularnej.

Roztwory

●

Ze względu na stan skupienia rozróżnia się
roztwory:

–

gazowe,

–

ciekłe,

–

stałe

Roztwory

Składnik roztworu będący w przewadze

ilościowej nosi nazwę

rozpuszczalnika

,

pozostałe składniki są rozpatrywane jako

substancje rozpuszczone

.

Roztwory - przykłady

ciało stałe w cieczy: sól kuchenna w wodzie

ciecz – ciecz: metanol w wodzie

Roztwory

Jako rozpuszczalniki ciekłe stosowane są

najczęściej:

1) ciecze nieorganiczne: woda, ciekły amoniak

(rozpuszczalnik elektrolitów),

2) ciecze organiczne np. alkohol, eter, estry

(rozpuszczalnik polarnych związków

organicznych).

3) ciecze organiczne np. benzen, ksylen

(rozpuszczalnik substancji niepolarnych).

Roztwory

Roztwory

●

W zależności od charakteru związku (wiązań

między atomami) występują różne

oddziaływania między wodą

(rozpuszczalnikiem) i substancją rozpuszczoną:

–

w przypadku elektrolitów: oddziaływania

elektrostatyczne, tworzenie jonów na skutek

dysocjacji elektrolitycznej, np. MgCl

2

–

w przypadku nieelektrolitów:

„rozproszenie”substancji w rozpuszczalniku,

np. metanol, cukier

Roztwory

Roztwory

Roztwory

Roztwór nasycony

– roztwór substancji

pozostający w równowadze z osadem tej

substancji.

Roztwory

Rozpuszczalność (substancji)

– ilość gramów

danej substancji, która w danej temperaturze

może rozpuścić się w 100 g rozpuszczalnika,

dając roztwór nasycony

Roztwory

Stężenie roztworu – ilość substancji

rozpuszczonej w określonej ilości

(najczęściej objętości) roztworu.

Roztwory

Roztwór mianowany

– titrant, roztwór

odczynnika chemicznego o znanym stężeniu.

Dokładne ustalenie stężenia roztworu

mianowanego (tzw. nastawianie miana, czyli

inaczej mianowanie roztworu) odbywa się za

pomocą substancji podstawowych lub innych

roztworów mianowanych.

Roztwory

Istnieje wiele sposobów wyrażania stężenia

roztworów. Różnią się one między sobą tylko

jednostkami, w których podaje się ilości

substancji rozpuszczonej, rozpuszczalnika lub

roztworu.

Roztwory

W praktyce chemicznej stężenia roztworów

wyraża się najczęściej:

●

w procentach (%) - wagowych, objętościowych

●

w molach na 1 dm

3

roztworu (stężenie molowe,

mol/dm

3

, M)

●

w jednostkach masy/objętość: kg/l; g/ml

jednostki

1 litr (1 l) = 1 dm

3

1 mililitr (1 ml) = 1 cm

3

Stężenie procentowe

Stężenie procentowe - wyraża procentową

zawartość substancji rozpuszczonej w

stosunku do

roztworu

. W sposób

uproszczony określa się ją jako ilość gramów

substancji rozpuszczonej w 100 g roztworu.

Cp = M

subst.

/ M

roztw.

* 100 [%]

Stężenie procentowe

Ze względów praktycznych stosuje się

czasem określenie stężenia procentowego

wagowo/objętościowego, jako stosunku

masy substancji rozpuszczonej do objętości

roztworu

(ilość gramów substancji w 100 ml

roztworu) lub stężenia

objętościowo/objętościowego, czyli ilości

mililitrów substancji rozpuszczonej w 100ml

roztworu.

Cp = M

subst.

/ V

roztw.

* 100 [%]

Stężenie procentowe

Stężenie procentowe roztworu Cp jest określane

liczbą jednostek wagowych (mg, g, kg, Mg)

substancji rozpuszczonej zawartych w 100

jednostkach wagowych (mg, g, kg, Mg) roztworu.

Stężenie procentowe

Przykład:
roztwór 20%-owy jest to roztwór zawierający 20 jednostek

wagowych (mg, g, kg, Mg) substancji rozpuszczonej w 100
jednostkach wagowych (mg, g, kg, Mg)

roztworu

, czyli jest to

roztwór powstały ze zmieszania 20 jednostek wagowych (mg, g,

kg, Mg) substancji z 80 jednostkami wagowymi (mg, g, kg, Mg)
rozpuszczalnika

Stężenie procentowe

Związek między stężeniem procentowym roztworu Cp, liczbą

jednostek wagowych substancji rozpuszczonej a oraz liczbą
jednostek rozpuszczalnika b wyprowadza się w następujący

sposób: jeżeli w a + b jednostek wagowych roztworu znajduje

się a jednostek wagowych substancji rozpuszczonej, to w 100

jednostkach wagowych roztworu znajduje się Cp jednostek

wagowych substancji rozpuszczonej, czyli;

a + b j.wag. roztworu - a j. wag. substancji

100 j.wag.roztworu - Cp j. wag. substancji

Z powyższego otrzymujemy wzór na stężenie procentowe

Cp = a * 100 % / (a+b)

Stężenie procentowe

Przykład 1

Oblicz stężenie procentowe roztworu otrzymanego ze zmieszania

20 g soli NaCl i 140 g wody.

Rozwiązanie:

Masa roztworu jest sumą masy substancji rozpuszczonej i masy

rozpuszczalnika:

20 g + 140 g = 160 g

Stąd możemy zapisać że:

w 160 g roztworu znajduje się 20 g NaCl

a w 100 g roztworu znajduje się x g cukru

x = 20*100 / 160 = 12,5 g

W 100 g otrzymanego roztworu znajduje się 12,5 g NaCl, a więc

roztwór jest 12,5% - owy

Stężenie procentowe

Przykład 2

Do 30 g 60%-owego roztworu dodano 50 g wody. Oblicz stężenie

procentowe otrzymanego roztworu.

Rozwiązanie:

Po dodaniu do roztworu wody jego stężenie zmniejszy się, ale

masa substancji rozpuszczonej pozostanie bez zmiany.

Należy więc obliczyć masę substancji znajdującej się w 30 g 60%

-owego roztworu:

100 g roztworu zawiera 60 g substancji

30 g roztworu zawiera x g substancji

x = 30*60 / 100 = 18 g

Masa roztworu po dodaniu wody wynosi: 30 g + 50 g = 80 g.

Po rozcieńczeniu:

80 g roztworu zawiera 18 g substancji

100 g roztworu zawiera x g substancji

x = 18*100 / 80 = 22,5 g

Otrzymany roztwór jest 22,5%-owy

Stężenie molowe

●

Stężenie molowe – określa ilość moli substancji
rozpuszczonej w 1 l roztworu.

●

Obliczamy je dzieląc masę substancji rozpuszczonej,
zawartej w 1 l roztworu, przez jej masę cząsteczkową.

Stężenie molowe

●

Mol

– jest to liczebność materii występująca,

gdy liczba cząstek (elementów) układu jest

równa liczbie atomów zawartych w masie 12 g

węgla

12

C (równa liczbie Avogadro - 6,023·10

23

elem

entów).

Stężenie molowe

●

Masa atomowa

– średnia masa atomowa danego

pierwiastka; uwzględnia występujące naturalnie
izotopy (ich masy i procentowy udział w pierwiastku).
Suma mas atomowych wszystkich atomów tworzących
cząsteczkę stanowi jej masę cząsteczkową. Jednostką
masy atomowej (cząsteczkowej) jest 1 dalton, czyli
masa 1/12 atomu izotopu węgla

12

C.

Stężenie molowe

●

Masa molowa (cząsteczkowa)

= suma mas

atomowych poszczególnych pierwiastków tworzących
cząsteczkę, np.

–

M

NaCl

= M

Na

+ M

Cl

–

M

Na

= 23; M

Cl

= 35,5

–

M

NaCl

= 23 + 35,5 = 58,5

Stężenie molowe

●

Najczęściej spotykany sposób wyrażenia stężenia.
Ponieważ w każdym molu jest taka sama ilość
cząsteczek (liczba Avogadro), substancje reagują ze
sobą w takich proporcjach (jeśli ich ilości wyrazimy w
molach) w jakich występują cząsteczki reagujących
związków w zapisie stechiometrycznym reakcji, np.:

2 NaHCO

3

——> Na

2

CO

3

+ H

2

O + CO

2

Stężenie molowe

•

2 NaHCO

3

——> Na

2

CO

3

+ H

2

O + CO

2

• Z zapisu reakcji wynika, że z każdych dwóch cząsteczek

kwaśnego węglanu sodu powstaje (pod wpływem

ogrzewania) cząsteczka węglanu sodu, cząsteczka wody i

cząsteczka ditlenku węgla.

●

Oznacza to równocześnie, że z dwóch moli kwaśnego

węglanu sodu (168 g) powstanie 1 mol węglanu sodu (106 g),

jeden mol wody (18 g) i jeden mol ditlenku węgla (44 g; 22,4 l

w warunkach normalnych)

Stężenie molowe

Stężenie molowe roztworu (Cm) jest liczbą moli

substancji rozpuszczonej w

1 dm

3

roztworu

Stężenie molowe

Przykład

Roztwór 1 molowy jest to roztwór, który w 1 dm

3

roztworu zawiera

1 mol substancji (definicja mola).

Stężenie molowe możemy wyrazić wzorem

Cm = n / V

gdzie; n - ilość moli składnika, V - objętość roztworu

Ilość moli składnika n możemy obliczyć z wzoru

n = m / M

gdzie: m - masa substancji, M - masa molowa substancji

Stężenie molowe

Przykład c.d.

Wstawiając wyrażenie na n do wzoru na Cm otrzymamy

Cm = m / (M * V)

Przy obliczaniu stężeń molowych możemy korzystać z wzorów na

stężenie molowe Cm lub z równań na proporcję

Stężenie molowe

Przykład 1

Ile gramów NaOH znajduje się w 300 cm

3

0,1 molowego roztworu?

Rozwiązanie

Obliczamy masę molową M

NaOH

- wynosi ona 40 g/mol. Ponieważ

roztwór jest 0,1 molowy, to 0,1 mola NaOH ma masę: 0,1 mola x

40 g/mol = 4 g. To oznacza, że

w 1 dm

3

roztworu znajduje się 4 g NaOH.

Układając równania na proporcję możemy napisać

w 1000 cm

3

0,1 molowego znajduje się 4 g NaOH

a w 300 cm 3 0,1 molowego roztworu zawiera x g NaOH

x = 4 x 300 / 1000 = 1,2 g NaOH

Stężenie molowe

Rozwiązanie z wykorzystaniem wzoru

W celu obliczenia masy NaOH wzór na Cm przekształcamy i

otrzymujemy postać, która pozwala nam obliczenie masy NaOH.

m = Cm*M*V

stąd wstawiając do wzoru dane otrzymamy.

m

NaOH

= 0,1 mol/dm

3

* 40 g/mol * 0,3 dm

3

= 1,2 g NaOH

W 300 dm

3

0,1 molowego roztworu NaOH znajduje się 1,2 g NaOH

Uwaga:

Korzystając z równań na proporcję jak i z wzoru należy

pamiętać o zastosowaniu właściwych jednostek. Jeżeli nie są

zgodne, dokonujemy przeliczeń.