28661 Picture8 (3)

10

taki sam jak roztworu. Rozpuszczalnikiem może być woda, alkohol, chloroform, benzen i inne.

Rozpuszczanie jest zjawiskiem fizycznym, polegającym na wymieszaniu drobin dwóch substancji (składników roztworu). Po usunięciu rozpuszczalnika z roztworu, np. przez jego odparowanie, uzyskuje się tę samą substancję, która została rozpuszczona. Składniki tworzące roztwór mieszają się ze sobą w stosunku, jaki umożliwia ich wzajemna rozpuszczalność. Wyjątki stanowią np. roztwory gazowe lub alkohol etylowy i woda, które mieszają się ze sobą w każdym stosunku.

Rozpuszczalność jest wielkością fizyczną, określającą masę substancji, którą można rozpuścić w 100 g danego rozpuszczalnika, w określonej temperaturze i pod danym ciśnieniem. W tych warunkach uzyskuje się roztwór nasycony, w którym nadmiar substancji wprowadzony do roztworu osadza się nawinie naczynia.

Rozpuszczalność substancji zależy od rodzaju substancji rozpuszczanej i rodzaju rozpuszczalnika, temperatury (ze wzrostem temperatury rozpuszczalność ciał stałych rośnie, a gazów maleje) oraz ciśnienia (ze wzrostem ciśnienia rozpuszczalność gazów w cieczach rośnie). Z rozpuszczalnością związane jest pojęcie solwatacji, czyli otaczanie cząsteczek substancji rozpuszczonej cząsteczkami rozpuszczalnika. W przypadku roztworów wodnych, gdy rozpuszczalnikiem jest woda, mówi się

0    hydratacji.

Znając rozpuszczalność substancji w określonej temperaturze, można obliczyć stężenie procentowe roztworu nasyconego. W roztworze nasyconym faza stała

1    roztwór pozostają ze sobą w równowadze. W roztworze nienasyconym natomiast masa substancji rozpuszczonej jest mniejsza, niż wynika to z rozpuszczalności, i można w nim rozpuścić jeszcze pewną ilość substancji. Jeżeli stężenie substancji rozpuszczonej jest większe, niż wynika to z rozpuszczalności, to taki roztwór jest roztworem przesyconym. Jest to układ nietrwały i bardzo szybko powraca do stanu równowagi, wydzielając nadmiar substancji rozpuszczonej.

1.2. Stężenie roztworu

Stężenie roztworu wyraża stosunki ilościowe między substancją rozpuszczoną i rozpuszczalnikiem. Za pomocą stężenia określa się zawartość substancji rozpuszczonej, wyrażonej np. w gramach, molach lub gramorównoważnikach, w stosunku do ilości roztworu lub rozpuszczalnika, np. w 100 g lub w 1 dm³ [2,4,8,121.

Stężenie procentowe C_p. Jest to wyrażony w procentach stosunek masy substancji rozpuszczonej m_s do masy roztworu m:

il

C. =—-100% = ——--100%.

^mr    ^ms+"'a

Masa roztworu m_r jest sumą mas substancji m_s i rozpuszczalnika m_a: m_r = m_s + m_a. Z definicji stężenia procentowego można wnioskować, jaką masę substancji rozpuszczono w 100 g roztworu. Przykładowo, sporządzając 5% wodny roztwór chlorku sodu, należy rozpuścić 5 g substancji (NaCl) w 95 g wody, co daje łącznie w 100 g roztworu:

C₍₎ = 5%,    5 g substancji + 95 g H₂0 = 100g roztworu (5%).

W roztworze, którego stężenie C = 5%, stosunek masy substancji do masy roztworu wynosi:

"h _ 5g

m_r 100 g

Powyższy stosunek stanowi podstawową zależność, na której opierają się obliczenia do zadań ze stężenia procentowego.

Gęstość roztworu. Przy sporządzaniu roztworów zachodzi często konieczność przeliczania masy roztworu (lub rozpuszczalnika) na odpowiadającą im objętość, oraz na odwrót - objętości roztworu (lub rozpuszczalnika) na odpowiadającą im masę. Do tych obliczeń niezbędna jest znajomość gęstości p, czyli wielkości fizycznej, określającej stosunek masy do objętości roztworu (rozpuszczalnika):

p = —g/cm .

Gęstość roztworu w danej temperaturze jest na ogół większa od gęstości rozpuszczalnika, tym większa, im stężenie roztworu jest większe. Wyjątek stanowi wodny roztwór amoniaku, którego gęstość maleje ze wzrostem jego stężenia.

Do celów laboratoryjnych przyjmuje się, że gęstość wody w temperaturze pokojowej (20°C) wynosi w przybliżeniu p_H20 s 1 g/cm³. Oznacza to w praktyce, że masa wody potrzebna do rozpuszczenia substancji jest równa objętości wody: ”^!h₂o ⁼ ^h₂o- W przypadku innych rozpuszczalników używanych do sporządzenia roztworu o podanym stężeniu w obliczeniach należy uwzględniać ich gęstość.

Gęstość roztworu można odczytać w tablicach fizykochemicznych lub w sposób praktyczny dokonać pomiaru np. areometrem. W odpowiednich tablicach odczytuje się gęstość roztworu bezpośrednio dla tej wartości stężenia, która jest podana w zadaniu. W przypadku gdy w tablicach gęstości nie podano gęstości roztworu o określonym stężeniu, należy dokonać odpowiednich obliczeń. Obliczenia te opierają się na założeniu, że gęstość roztworu jest funkcją jego stężenia: p =/(C), a między zmiennymi zachodzi zależność liniowa.