I – Wstęp teoretyczny

Układ dyspersyjny – jest to układ złożony przynajmniej dwuskładnikowy składający się z fazy dyspersyjnej (rozpraszającej – zwanej ośrodkiem dyspersyjnym) oraz fazy zdyspergowanej zwanej fazą rozproszoną. Obie te fazy mogą występować w różnych stanach skupienia. Wyróżniamy trzy typy roztworów:
1. Zawiesiny
2. Roztwory właściwe
3.Roztwory koloidalne
Jeśli cząstki fazy rozproszonej mają rozmiary powyżej 0,5-1 µm, to taki układ dyspersyjny nazywany jest zawiesiną. Składniki zawiesiny mogą ulegać sedymentacji, czyli opadaniu cząstek pod wpływem siły ciężkości lub sił odśrodkowych w ultrawirówkach. Roztwór, którego cząstki fazy rozproszonej mają rozmiary poniżej 1nm, nazywany jest roztworem właściwym, znany również jako roztwór rzeczywisty. Rozmiary cząstek w roztworach koloidalnych są mniejsze niż w zawiesinach, jednak większe niż w roztworach właściwych.

Mol – jest podstawową jednostką w układzie SI określającą liczność materii. W jednym molu znajduje się (6,02214129 ± 0,00000027) ×10²³ cząstek (liczba Avogadra)

Rozpuszczalność – jest to zdolność substancji w stanie stałym, ciekłym lub gazowym do rozpuszczania się w stałym, ciekłym lub gazowym rozpuszczalniku. Rozpuszczalność danej substancji jest wyrażana najczęściej jako maksymalna ilość substancji, którą można rozpuścić w konkretnej objętości rozpuszczalnika w ściśle określonych warunkach ciśnienia i temperatury. Rozpuszczalność substancji wyraża się w molach na dm³. W przypadku rozpuszczania gazu w gazie lub cieczy w cieszy mówi się o zjawisku mieszania się ze sobą substancji. Rozpuszczalność substancji zależy m.in. od: rodzaju substancji rozpuszczanej, rodzaju rozpuszczalnika, temperatury czy ciśnienia.

Stężenia roztworów

W chemii rozróżniamy między innymi następujące typy stężeń:
1. Stężenie molowe
2. Stężenie molarne
3. Stężenie procentowe

Stężenie molowe – określa liczbę moli w 1dm³ danego roztworu. Stężenie to jest równe stosunkowi liczby moli (n) substancji rozpuszczonej do objętości roztworu. Stężenie molowe wyrażane jest w mol/dm³ i określane jest wzorem:

$$C_{m} = \frac{n}{V_{r}} = \frac{m_{s}}{MV_{r}}$$

Stężenie molarne – jest to liczba moli danego związku rozpuszczona w 1kg danego rozpuszczalnika. Określane jest jako stosunek liczby moli (n) substancji rozpuszczonej do masy rozpuszczalnika. Jednostką stężenia molarnego jest mol/kg. Używane bardzo sporadycznie.

Stężenie procentowe – jest to udział związków chemicznych w mieszaninach i roztworach wyrażony w procentach. Jest to stosunek zawartości substancji rozpuszczonej lub rozproszonej do całości mieszaniny lub roztworu. Stężenie procentowe wyrażane jest wzorem:

$$C_{p} = \frac{m_{s}}{m_{r}}\ = \frac{m_{s}}{m_{s} + m_{\text{rozp}}} \times 100\%$$

gdzie:

C_p - stężenie procentowe [%]
m_s - masa substancji rozpuszczanej [g]
m_r - masa roztworu [g]
m_rozp - masa rozpuszczalnika [g]

Kwasy i zasady

Kwas – jest to każdy związek chemiczny, który wprowadzony do roztworu wodnego zmniejsza jego pH (skala kwasowości i zasadowości roztworów). Praktyczna definicja kwasu określa go jako substancję, która reaguje z NaOH. Jeśli trudno rozpuszczalna w wodzie substancja, rozpuszcza się w roztworze NaOH – jest to kwas. Sposobem na wykrycie kwasu jest użycie roztworu fenoloftaleiny zabarwionej bardzo niewielką ilością NaOH na czerwono. Pozytywny wyniki uzyskamy wtedy, kiedy roztwór odbarwi się. Kwasy dzielą się na:
1. Kwasy beztlenowe
2. Kwasy tlenowe
Pierwszy rodzaj kwasów powstaje głównie poprzez rozpuszczenie w wodzie gazowych wodorków. Przykładami kwasów beztlenowych są: HCl, HBr, HL oraz H₂S. Kwasy tlenowe mogą powstać w wyniku reakcji tlenków niemetali z wodą lub w reakcji mocnego kwasu z solą słabszego kwasu. Przykładami kwasów tlenowych są: HNO₂, HNO₃, H₂SO₃ i H₂CO₃.

Zasada – według teorii Arrheniusa jest to każdy związek chemiczny, który wprowadzony do roztworu wodnego zwiększy jego pH. Zasady są to wodorotlenki rozpuszczalne w wodzie. Zasady reagując z kwasami tworzą sole. Związki te można podzielić na nieorganiczne (np. wodorotlenek sodu) i organiczne (np. anilina). Stężone roztwory zasad (tak jak i kwasów) mogą niszczyć niektóre materiały.

II - Obliczenia:
1. Roztwór K₂CO₃:

100g – 3g K₂CO₃
200g – xg K₂CO₃

$$x = \frac{200g \times 3g}{100g} = 6g$$

200g − 6g = 194g H₂O

2. Roztwór KCl:

39, 1 + 35, 5 = 71, 6

1000cm³ 1m – 71,6g KCl
250cm³ 0,01m – xg KCl

$$x = \frac{{250cm}^{3} \times 71,6g \times 0,01m}{1000\text{cm}^{3} \times 1m} = 0,179g$$

1 mol HCl -> 1+35,5=36,5

1000cm³ 1m roztworu – 36,5g HCl
100cm³ 0,01m roztworu – xg

$$x = \frac{100\text{cm}^{3} \times 36,5g \times 0,01m}{1000\text{cm}^{3} \times 1m} = 0,0365g$$

3. Roztwór HCl

100g 36% roztworu – 36g HCl
xg 36% roztworu – 0,0365g HCl

$$x = \frac{100\text{cm}^{3} \times 0,0365g}{36g} = 0,1014g$$

$$V = \frac{m}{d} = \frac{0,1014g}{{1,19g/cm}^{3}} = 0,0852\text{cm}^{3}$$

III – Wykonanie ćwiczenia

Na początku przystąpiono do przygotowania 200g 3% roztworu K₂CO₃. Odważono 6 g naważki K₂CO₃ na automatycznej wadze technicznej. Następnie odmierzono 194g wody destylowanej w cylindrze miarowym, którą przelano do zlewki. Kolejno, naważkę wsypano do zlewki z wodą, a pozostałości K₂CO₃ wypłukano wodą destylowaną i przelano do zlewki. Roztwór mieszano przez kilka minut za pomocą bagietki. W ten sposób przygotowano 200g 3% roztworu K₂CO₃. Następnie przystąpiono do przygotowania 250cm³ 0,01m roztworu KCl. W tym celu odważono na automatycznej wadze technicznej 0,18g KCl, a następnie w cylindrze miarowym 250cm³ wody destylowanej. Do naczynka z naważką wlano wodę, zmieszano i wlano jego zawartość do kolby miarowej. Czynność tę powtórzono kilkukrotnie, a następnie pozostałą część wody destylowanej wlano do kolby miarowej do poziomu 250cm³. Naczynie zamknięto korkiem i wymieszano poprzez kilkunastokrotne kolby dnem do góry. W ten sposób przygotowano 250cm³ 0,01m roztworu KCl. Na końcu przystąpiono do przygotowania roztworu HCl. Przygotowanie roztworu odbyło się pod wyciągiem. Za pomocą pipety odmierzono 0,08cm³ HCl i ostrożnie wlano go do wody znajdującej się w kolbie miarowej o pojemności 100cm³. Następnie kolbę wypełniono do poziomu 100 cm³, kolbę zamknięto za pomocą korka i wymieszano kilkunastokrotnie. W ten sposób przygotowano 100 cm³ 0,01m HCl z 36% stężonego kwasu handlowego.

IV – Wnioski

Przygotowane roztwory osiągnęły następujący wyniki: Przewodnictwo elektryczne dla przygotowanego roztworu KCl wyniosło 1415μS, a współczynnik pH dla przygotowanego roztworu HCl wyniósł 2,37.