Władysław Walkowiak – PCHN_SKP
.
Rozdz. II. Roztwory i stęŜenia
1 / 11
II. ROZTWORY i STĘśENIA
1.
Roztwór a mieszanina.
Rozpuszczalnik, substancja rozpuszczona,
masa i gęstość roztworu.
Zmieszanie
dwóch
lub
więcej
składników
daje
mieszaninę. WyróŜniamy mieszaniny homo- i heterogeniczne.
Przykłady
mieszanin
homogenicznych
–
syrop
(mieszanina cukru i wody), sól kamienna rozpuszczona
w wodzie. Tutaj w Ŝaden sposób nie moŜna odróŜnić składników
mieszaniny.
Mieszaniny
homogeniczne
noszą
nazwę
roztworów.
Przykłady mieszanin heterogenicznych – skały, mleko.
Tutaj składniki moŜna zidentyfikować gołym okiem lub za
pomocą mikroskopu.
Składnik
roztworu
występujący
w
większej
ilości
(b. często woda) to rozpuszczalnik. Pozostałe składniki
roztworu to substancje rozpuszczone. Najczęściej mamy do
czynienia z roztworami wodnymi.
Władysław Walkowiak – PCHN_SKP
.
Rozdz. II. Roztwory i stęŜenia
2 / 11
2. Masa, objętość i gęstość roztworu
m – masa roztworu w kg (g, Mg)
V – objętość roztworu w dm
3
(cm
3
, m
3
)
d – gęstość roztworu w g/cm
3
(kg/dm
3
, Mg/m
3
)
Do obliczeń i przeliczeń stęŜeń potrzebne są
następujące definicje:
d- gęstość
a) gęstość roztworu:
m - masa
V - objętość
Jednostki: 1 g/cm
3
≡≡≡≡
1 kg/dm
3
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
i
i
i
M
m
n
====
V
m
d
====
Władysław Walkowiak – PCHN_SKP
.
Rozdz. II. Roztwory i stęŜenia
3 / 11
3. Jednostki stęŜeń
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
1
=
w
m
m
=
m
m
=
w
i
i
i
i
i
ΣΣΣΣ
ΣΣΣΣ
Władysław Walkowiak – PCHN_SKP
.
Rozdz. II. Roztwory i stęŜenia
4 / 11
3.2. StęŜenie molowe
StęŜenie molowe (c
i
) i-tego składnika w danym
roztworze jest to stosunek liczności (n
i
) tego składnika
do objętości (V) całego roztworu:
1 M ≡ 1 kmol/m
3
≡ 1 mol/dm
3
≡ 1 mmol/cm
3
≡
roztwór 1-molowy ≡ roztwór w którym stęŜenie danej
substancji wynosi 1 mol/dm
3
dm
mol
V
n
=
c
3
i
i
Władysław Walkowiak – PCHN_SKP
.
Rozdz. II. Roztwory i stęŜenia
5 / 11
3.3. Procent objętościowy (dla gazów)
dla gazów idealnych: V =
ΣΣΣΣ
V
i
p
i
(obj) = p
i
(mol)
%
100
V
V
)
obj
(
p
i
i
i
⋅⋅⋅⋅
ΣΣΣΣ
====
Władysław Walkowiak – PCHN_SKP
.
Rozdz. II. Roztwory i stęŜenia
6 / 11
3.4. pJ (pH)
c
J
→
→
→
→
stęŜenie molowe jonu J
c
o
→
→
→
→
stęŜenie standardowe = 1 mol/dm
3
Dla jonów H
+
i OH
-
:
o
OH
o
H
c
c
log
pOH
c
c
log
pH
−−−−
++++
−−−−
====
−−−−
====
c
o
c
log
-
=
pJ
J
Władysław Walkowiak – PCHN_SKP
.
Rozdz. II. Roztwory i stęŜenia
7 / 11
3.5. ppm
*
i ppb
**
ppm i ppb odnoszą się tak do masy jak i objętości.
W przypadku masy:
a)
1 ppm = 1 część na milion czyli 1 mg substancji
w 1 kg roztworu (mieszaniny)
b)
1 ppb = 1 część na miliard czyli 1
µµµµ
g 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
Władysław Walkowiak – PCHN_SKP
.
Rozdz. II. Roztwory i stęŜenia
8 / 11
4. Zadania ze stęŜeń
Zadanie 1 - StęŜenie molowe
1,50 g
stopu
zawierającego
60,0
%
aluminium
roztworzono
w
nadmiarze
wodorotlenku
sodu
otrzymując 250 cm
3
roztworu. Oblicz stęŜenie molowe
glinianu sodu w tym roztworze.
Rozwiązanie:
Aluminium jako metal amfoteryczny roztwarza się
w roztworach wodnych mocnych wodorotlenków:
Al + OH
-
+ 3H
2
O = Al(OH)
4
-
+
3
/
2
H
2
Z tej reakcji wynika, Ŝe:
1 Al → 1 Al (OH)
4
-
czyli:
1 mol Al → 1 mol glinianu
czyli:
n
Al
= n
glinianu
Władysław Walkowiak – PCHN_SKP
.
Rozdz. II. Roztwory i stęŜenia
9 / 11
Masa aluminium w stopie:
m
Al
= 1,50 g 60,0 % / 100 % = 0,9000 g
Liczność aluminium:
n
Al
= 0,9000 g / 26,98 g/mol = 0,03336 mola
Jest to takŜe liczność glinianu!
StęŜenie molowe glinianu:
c = 0,03336 mol / 0,250 dm
3
= 0,1334 mol/dm
3
= 0,133 M
Wynik końcowy podajemy z dokładnością do 3 cyfr
znaczących.
Władysław Walkowiak – PCHN_SKP
.
Rozdz. II. Roztwory i stęŜenia
10 / 11
Zadanie 2 – rozcieńczanie roztworu stęŜonego
Do 200 cm
3
22,4 % -go roztworu HNO
3
o gęstości
1,135 g/cm
3
dodano 1,00 dm
3
wody, otrzymując
roztwór o gęstości 1,025 g/cm
3
. Jakie jest pH?
Rozwiązanie
1)
Obliczamy liczność początkową HNO
3
:
2) Obliczamy objętość końcową roztworu:
V = 200 + 1000 = 1200 cm
3
= 1,200 dm
3
= 1,20 dm
3
mola
0,8068
=
63,02
100
22,4
1,135
200
=
n
⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅⋅
Władysław Walkowiak – PCHN_SKP
.
Rozdz. II. Roztwory i stęŜenia
11 / 11
3) Obliczamy stęŜenie końcowe HNO
3
:
4) Obliczamy pH :
pH = -log[H
+
] = -log 0,6740 = 0,1713 = 0,171
Zagadnienia pominięte w tym wykładzie: stęŜenie
molalne, ułamek molowy.
Koniec rozdz. II-go
dm
mol
0,6740
=
dm
1,
mola
0,8068
=
c
3
3
200