ĆWICZENIE 4.
Wybrane elementy układów dyspersyjnych. Wyrażanie stężeń roztworów. Obliczanie stężeń i przygotowywanie roztworów kwasów, zasad i soli.
Patrycja Dobecka
Oliwia Jakubowska
Budownictwo, sem. II, gr. E
Zespół 3
Układy dyspersyjne – są to układy złożone z co najmniej dwóch substancji. Jedna z nich stanowi ośrodek rozpraszający, czyli jest środowiskiem, w którym znajduje się substancja rozproszona. W zależności od stanu skupienia środowiska i substancji rozproszonej może istnieć dziewięć układów dyspersyjnych:
Gaz w gazie
Ciecz w gazie
Gaz w cieczy
Ciało stałe w gazie
Ciecz w cieczy
Ciało stałe w cieczy
Gaz w ciele stałym
Ciecz w ciele stałym
Ciało stałe w ciele stałym (roztwór stały)
Zawiesina- suspensja, jest to mieszanina (układ heterogeniczny) ciało stałe-ciecz, w którym cząstki fazy rozproszonej mają średnicę powyżej 0,1 µm. W zależności od średnicy cząstki te mogą być widoczne pod mikroskopem i ulegać sedymentacji w ziemskim polu grawitacyjnym. Składniki zawiesiny można rozdzielić na sączku z bibuły filtracyjnej. Przykładem zawiesiny może być mąka lub kreda w wodzie.
Roztwór właściwy- jest całkowicie jednorodny tzn. że dla objętości kilkakrotnie większych od wielkości cząsteczek, każda porcja zawiera taki sam skład ilościowy cząsteczek.
Roztwór koloidalny- niejednorodna mieszanina, zwykle dwufazowa, tworząca układ dwóch substancji, w którym jedna z substancji jest rozproszona w drugiej. Rozdrobnienie (czyli dyspersja) substancji rozproszonej jest tak duże, że fizycznie mieszanina sprawia wrażenie substancji jednorodnej, jednak nie jest to wymieszanie na poziomie pojedynczych cząsteczek.
Roztwory właściwe
Roztwory właściwe są to jednorodne układy doskonale zmieszanych ze sobą cząsteczek ośrodka rozpraszającego i cząsteczek substancji rozproszonej. W roztworach właściwych zachodzi dokładnie wzajemne przenikanie się rozpuszczalnika i ciała rozpuszczonego, przy czym za rozpuszczalnik przyjmujemy substancję, która zachowuje swój pierwotny stan skupienia. W przypadku, gdy obie substancje znajdują się w tym samym stanie skupienia za rozpuszczalnik przyjmujemy składnik występujący w większej ilości.
Procesy dyfuzji cząsteczek w cieczach zachodzą wolniej niż w gazach, lecz dzięki nim w całej objętości cieczy istnieje jednakowe stężenie ciała rozproszonego.
Rozpuszczalność
Rozpuszczalność można zdefiniować jako ilość substancji tworzącej roztwór nasycony w określonej ilości (najczęściej w 100 g) rozpuszczalnika w określonej temperaturze i ciśnieniu. Rozpuszczalność określa się w tych samych jednostkach jak stężenie, podając dodatkowo warunki, dla jakich została ona ustalona (zwykle są to tzw. warunki normalne).
Rozpuszczalność substancji zależy od:
rodzaju substancji rozpuszczanej
rodzaju rozpuszczalnika
wpływu wspólnego jonu
kompleksowania (np. wpływ pH na rozpuszczalność substancji amfoterycznych)
siły jonowej
innych czynników (np., wielkość kryształów)
Rozpuszczalniki polarne (np. woda) mają tendencje do lepszego rozpuszczania substancji polarnych lub jonowych (hydrofilowych, zaś niepolarne (np. tłuszcz lub toluen) rozpuszczają lepiej substancje niepolarne (lipofilowe). Często podawane jest to jako reguła "podobne rozpuszcza podobne". Jest to czasem podstawą klasyfikacji substancji (np. podział witamin na rozpuszczalne w wodzie i rozpuszczalne w tłuszczach). Reguła ta jest też podstawą mechanizmu działania detergentów.
Ze wzrostem temperatury, rozpuszczalność najczęściej rośnie dla cieczy i ciał stałych, zaś maleje dla gazów ale znanych jest wiele wyjątków od tej reguły (np. rozpuszczalność siarczanu wapnia w wodzie maleje ze wzrostem temperatury)
Efekt ciśnienia na rozpuszczalność faz skondensowanych (ciecze, ciała stałe) jest stosunkowo niewielki i przeważnie ignorowany w praktyce.
Wyrażanie stężeń roztworów
Większość odczynników chemicznych stosuję się laboratorium analitycznym w postaci roztworów. Można je podzielić na roztwory o dokładnie ustalonym stężeniu.
Stężeniem substancji w roztworze jest jej ilość zawarta w określonej objętości roztworu lub rozpuszczalnika.
Zgodnie z układem SI podstawową jednostką ilości jest mol. Zgodnie z przyjętą definicją „mol jest to ilość substancji, która zawiera tyle cząstek elementarnych ile ich jest w 0,012 kg węgla-12”.
Jednastką objętości w układzie SI jest metr sześcienny [m3], oraz odpowiednie jednostki mniejsze, dm3 i cm3.
Z dwu podstawowych jednostek substancji: ilości substancji i objętości tworzy się podstawową jednostkę stężenia roztworu, wyrażającą się stężeniem mola cząstek w jednym litrze roztworu.
Procent objętościowy- wyraża liczbę części objętościowych substancji zawartych w 100 częściach objętościowych roztworu. Odnosi się tylko do roztworów substancji ciekłych.
Procent masowy (wagowy)- wyraża liczbę części masowych substancji zawartych w 100 częściach masowych roztworu.
Procent masowo-objętościowy- wyraża liczbę części masowych substancji zawartych w 100 częściach objętościowych roztworu. Jest to najczęstszy sposób wyrażania stężenia procentowego substancji stałych.
Zadania
Zadanie 1) Przygotować 200 cm3 0,1m roztworu NaCl.
masa molowa: 1 mol NaCl= 22,98977 + 35,453 = 58,44277 g
1000cm3 1m roztworu – 58,4g NaCl
200cm3 0,1 roztworu – x g NaCl
x= $\frac{200*0,1*58,4}{1000}$ = 1,168 g NaCl ≈ 1,17 g NaCl
Rozwiązanie:
Aby przygotować powyższy roztwór należy odważyć 1,17 g NaCl, rozpuścić związek w małej ilości wody i przenieść ilościowo do kolby miarowej o pojemności 200 cm3. Uzupełnić wodą destylowaną do kreski i dokładnie wymieszać.
Zadanie 2) Przygotować 150 g 2% roztworu MgSO4.
100g roztworu – 2 g MgSO4
150 g roztworu – x g MgSO4
x= 3 g MgSO4
masa wody: 150 g – 3 g = 147 g H2O
gęstość wody dH2O= 100 g /cm3, więc objętość wody będzie wynosiła 147 cm3.
Rozwiązanie:
W celu przygotowania 2% roztworu MgSO4 należy odważyć 3 g MgSO4 i rozpuścić w 147 cm3 wody.
Zadanie 3) Przygotować 100 cm3 0,01 m HNO3 z 65% stężonego kwasu handlowego o d= 1,40 g /cm3.
1 mol HNO3 = 3*16 + 1 + 14 = 63 g
1000 cm3 1 m roztworu – 63 g HNO3
100 cm3 0,01 m roztworu – x g HNO3
x= $\frac{100*0,01*63}{1000}$= 0,063 g HNO3
100 g 65% roztworu – 65 g czystego HNO3
x g 65% roztworu – 0,063 g czystego HNO3
x= $\frac{100*0,063}{65}$= 0,097 g handlowego HNO3
objętość tego kwasu wynosi:
V = $\frac{m}{d}$= $\frac{0,097}{1,4}$= 0,07 cm3
Rozwiązanie:
Aby przygotować 0,01 m roztworu kwasu azotowego z odczynnika handlowego należy odmierzyć 0,07 cm3 stężonego handlowego HNO3, przenieść do kolby miarowej o objętości 100 cm3, uzupełnić wodą destylowaną do kreski i dokładnie wymieszać.