ROZTWORY

Roztwory są mieszaninami, składającymi się przynajmniej z dwóch składników. Jeden ze składników, użyty w nadmiarze stanowi rozpuszczalnik ( fazę dyspersyjną ), drugi fazę rozpuszczoną ( zdyspergowaną ). Roztwory dzielimy na:

I - roztwory rzeczywiste ( właściwe), gdzie średnica cząsteczek substancji rozproszonej w rozpuszczalniku jest w przybliżeniu równa średnicy cząsteczek rozpuszczalnika.

II - roztwory koloidalne, gdzie gdzie średnica cząsteczek substancji rozproszonej w rozpuszczalniku jest na tyle większa od średnicy cząsteczek rozpuszczalnika, że powoduje to zjawisko rozproszenia światła ( efekt Tyndalla ).

III - zawiesiny, gdzie gdzie średnica cząsteczek substancji rozproszonej w rozpuszczalniku przekracza 10^-7 m i cząsteczki te są już wyrażnie widoczne w mikroskopie optycznym.

Roztwory rzeczywiste ( właściwe)

W roztworach tych jednym ze składników jest rozpuszczalnik - najczęściej woda, a pozostałe składniki stanowią substancję rozpuszczoną. Cechą charakterystyczną dla każdej substancji jest rozpuszczalność. Rozpuszczalnością nazywa się maksymalną liczbę gramów substancji, którą można w danej temperaturze i pod danym ciśnieniem rozpuścić w 100 g rozpuszczalnika. Rozpuszczalność substancji jest zatem równa stężeniu roztworu nasyconego. Rozpuszczalność substancji zależy od:

I - rodzaju rozpuszczanej substancji ( substancje o budowie polarnej lepiej się rozpuszczają w rozpuszczalnikach polarnych, a substancje o budowie niepolarnej lepiej rozpuszczają się w rozpuszczalnikach niepolarnych ).

II - rodzaju rozpuszczalnika.

III - temperatury (rozpuszczalność ciał stałych w cieczach rośnie ze wzrostem temperatury, a gazów maleje ).

IV - ciśnienia ( rozpuszcalność gazów w cieczach rośnie ze wzrostem ciśnienia ).

Różnice w rozpuszczalności wykorzystuje się do oczyszczania substancji przez krystalizację.

Sposoby wyrażania i przeliczania stężeń roztworów.

W praktyce chemicznej zachodzi często konieczność posługiwania się roztworami o określonej zawartości substancji rozpuszczonej w jednostce masy lub w jednostce objętości danego roztworu. Istnieje wiele sposobów wyrażania stężeń roztworów, ale najczęściej stosowanymi są stężenia procentowe i stężenia molowe.

Stężenie procentowe roztworu ( % ) definiowane jest jako liczba gramów substancji rozpuszczonej, zawartej w 100 g roztworu.

Stężenie molowe roztworu ( C_M ) oznacza liczbę moli substancji rozpuszczonej, zawartej w 1 dm³ roztworu.

Stężenie molowe oznaczamy symbolem M ; np. 2M HCl oznacza, że w 1 dm³ roztworu

znajdują się 2 mole chlorowodoru.

Przygotowanie roztworów procentowych ( % )

Aby sporządzić 5% roztwór należy odważyć 5 g bezwodnego węglanu sodu i rozpuścić tą sól w 95 g ( 95 cm³ ) wody.

W przypadku związków tworzących hydraty ( Na2SO4 . 10 H2O, CuSO4 . 5 H2O ) należy pominąć masę wody hydratacyjnej.

Aby sporządzić 5% roztwór węglanu sodu dysponując Na₂CO₃ * 10 H₂O należy wstępnie obliczyć odważkę soli, uwzgłędniając procentowa zawartość wody w tym związku ze wzoru chemicznego ( potrzebna znajomość masy cząsteczkowej Na₂CO₃ i masy cząsteczkowej Na₂CO₃ ^. 10 H₂O ).Rozpuszczalnik dodajemy w takiej ilości, aby całość ważyła 100 g.

Przygotowanie roztworów molowych ( M )

1. Według danych z tablic ciężarów atomowych znajdujemy ciężar cząsteczkowy substancji.

2. Odważamy liczbę gramów substancji, odpowiadającą jej ciężarowi cząsteczkowemu, lub odpowiednią wielokrotność tego ciężaru.

3. W kolbie miarowej roztwór dopełniamy rozpuszczalnikiem do objętości 1 dm³ i dokładnie mieszamy.

Przeliczanie stężeń roztworów z % na mole i odwrotnie

Jeśli dysponujemy roztworem o znanym stężeniu procentowym, a chcielibyśmy wiedzieć, jakie jest jego stężenie molowe, to możemy wykonać przeliczenie pod warunkiem, że znamy gęstość roztworu. Można również obliczyć stężenie procentowe roztworu o znanym stężeniu molowym. Jeśli interesuje nas tylko orientacyjna wartość stężenia, lub roztwór jest bardzo rozcieńczony możemy w obliczeniach pominąć gęstość ( przyjąć że d = 1 g/cm³ ).

Mieszanie roztworów różniących się stężeniem substancji rozpuszczonej

Podczas rozcieńczania roztworu rozpuszczalnikiem lub podczas mieszania dwóch roztworów tej samej substancji, lecz o różnych stężeniach, otrzymujemy nowy roztwór, w którym ilość substancji rozpuszczonej pozostanie nie zmieniona ( jest sumą ilości substancji w roztworach użytych do mieszania ), natomiast stężenie nowego roztworu jest odwrotnie proporcjonalne do jego objętości. Jest to tzw. reguła mieszania : Masa roztworu użytego do mieszania jest odwrotnie proporcjonalna do różnicy stężeń roztworu wyjściowego i końcowego.

W praktyce wykorzystuje się często tzw. schemat krzyżowy wynikający z reguły mieszania. Po lewej stronie wypisujemy stężenia roztworów wyjściowych, w środku żadane stężenie, a po prawej stronie różnicę stężeń, przy czym należy zawsze odejmować od większej wartości stężenia wartość mniejszą. Uzyskany wynik określa stosunek wagowy mieszanych roztworów, ale nie narzuca nam bezwzględnej ilości roztworu końcowego.

Schemat krzyżowy można również wykorzystać do obliczenia stężeń mieszanin uzyskanych z roztworów o znanych stężeniach molowych.

Posługując się w obliczeniach regułą mieszania, należy pamiętać, że ilości roztworów wyraża się w jednostkach wagowych, gdy ich stężenia są podane w procentach, natomiast w jednostkach objętościowych dla roztworów molowych.

Regułę mieszania można zastosować nie tylko do przypadku mieszania roztworów o znanych stężeniach substancji rozpuszczonej, ale także do przypadków rozcieńczania oraz zatężania roztworów. W przypadku rozcieńczania roztworu o znanym stężeniu procentowym czystym rozpuszczalnikiem przyjmujemy, że stężenie użytego rozpuszczalnika wynosi 0% , w przypadku zatężania przez dodatek czystej substancji - przyjmujemy że stężenie tej substancji równa się 100% .W przypadku rozcieńczania roztworu o znanym stężeniu molowym czystym rozpuszczalnikiem przyjmujemy, że stężenie substancji w dodawanym rozpuszczalniku wynosi 0 M.

Doświadczenie 1

Do 5 probówek ( I, II, III, IV, V ) odmierzyć podane w tabelce objętości roztworu CuSO₄ i wody destylowanej.

Probówka nr	CuSO4 cm^3	H2O cm^3	Stężenie roztworu %
I	2	1
II	1	1
III	1	2
IV	0,5	4,5
V	0,1	0,9

Obliczyć stężenia otrzymanych roztworów wiedząc, że wyjściowy roztwór CuSO₄ był 0,1% .

Doświadczenie 2

Przygotować 3 probówki ( A, B, C ). Do pierwszej probówki ( A ) dodać 1 cm³ CuSO₄ i 9 cm³ H₂O. Następnie po dokładnym wymieszaniu, pobrać 1 cm³ otrzymanego roztworu i przenieść do następnej probówki - B. Do probówki B dodać 9 cm³ H₂O, wymieszać. 1 cm³ roztworu z probówki B przenieść do probówki C i dodać 9 cm³ H₂O. Obliczyć stężenia roztworów CuSO₄ w tych trzech probówkach wiedząc, że roztwór CuSO₄ odpipetowany do pierwszej probówki był 0,1 M .

Doświadczenie 3

Do kolby stożkowej (Erlenmeyera) odważyć na wadze analitycznej dokładnie 5g chlorku sodu. Następnie do tej kolby odmierzyć 10cm³ wody destylowanej. Przez 10 minut bagietką intensywnie mieszać roztwór w celu maksymalnego rozpuszczenia wsypanej soli.

Pipetą dodawać po 1cm³ wody destylowanej, a każdorazowo po podaniu 1cm³ wody intensywnie mieszać zawartość erlenmayerki przez 3- 4 minuty. Dodawać wodę dotąd, aż cały odważony NaCl się rozpuści. Znając odważkę NaCl (5g) i ilość dodanej wody (10cm³ + ilość cm³ wody dodawanej stopniowo z pipety) obliczyć rozpuszczalność NaCl w wodzie, oraz stężenie procentowe tego roztworu.

---