Zapisz jako PDF

Spis treści
1 Układy dyspersyjne
2 Właściwości roztworów
3 Określanie stężeń roztworów
4 Fazy jedno i wieloskładnikowe
5 Model roztworu doskonałego
6 Prawo Raoulta
7 Efekt ebulioskopowy i krioskopowy
8 Wyznaczanie mas molowych substancji rozpuszczonych
Układy dyspersyjne
Układem jest wyodrębniony obszar materii oddzielony od otoczenia wyraźną granicą.
Układ dyspersyjny to układ składający się z fazy zdyspergowanej (rozproszającej).
Układ dyspersyjny jednorodny (roztwór właściwy, homogeniczny) cechują jednakowe
właściwości fizykochemiczne w każdym elemencie objętości.
Układ dyspersyjny niejednorodny (heterogeniczny) charakteryzuje się występowaniem
obszarów o odmiennych właściwościach
Właściwości roztworów
Roztworem właściwym jest jednorodna mieszanina dwu lub więcej składników (składnik
występujący w nadmiarze jest rozpuszczalnikiem, pozostałe składniki — substancjami
rozpuszczonymi).
Rozpuszczalność — maksymalna liczba gramów substancji rozpuszczonej w 100 g
rozpuszczalnika, w określonych warunkach temperatury i ciśnienia (
).
Roztwór nasycony to roztwór o stężeniu
.
Roztwór nienasycony to roztwór o stężeniu
.
Roztwór przesycony to roztwór o stężeniu
.
Określanie stężeń roztworów
Stężenie molowe — liczba moli substancji rozpuszczonej zawartej w 1 dm3 roztworu (cm,
mol/dm3).
Stężenie normalne — liczba gramorównoważników substancji rozpuszczonej w 1 dm3 roztworu
(Cn, gR/dm3).
Stężenie procentowe — procent masowy (wagowy) substancji rozpuszczonej w roztworze
(cp, %).
Ułamek molowy — udział liczby moli i-tego składnika w liczbie moli wszystkich składników
roztworu (xi).
Fazy jedno i wieloskładnikowe
Układ homogeniczny jest układem jednofazowym, a układ heterogeniczny — układem
wielofazowym.
Faza jest częścią układu oddzieloną granicą fazową, dającą się odróżnić pod względem
właściwości fizycznych.
Składnikami układu są substancje chemiczne, z których dany układ jest złożony.
Faza jednoskładnikowa jest nazywana substancją czystą.
Faza wieloskładnikowa jest nazywana roztworem (ciekłym, gazowym lub stałym).
Przemiany fazowe polegają na znikaniu jednej fazy i pojawianiu się innej, ale w układzie
pozostaje ta sama substancja.
Przemiany chemiczne (reakcje) polegają na tworzeniu nowych substancji.
Model roztworu doskonałego
Pojęcie doskonałości roztworów ma inne znaczenie niż w zastosowaniu do gazów. Model gazu
doskonałego zakłada brak oddziaływań międzycząsteczkowych.
W przypadku układów skondensowanych (ciekłych i stałych) nie można pominąć oddziaływań
międzycząsteczkowych.
W modelu roztworów doskonałych podstawowym założeniem jest to, że charakter oddziaływań
pomiędzy różnymi rodzajami cząsteczek w mieszaninie jest bardzo podobny do oddziaływań
pomiędzy cząsteczkami czystych składników.
Model roztworu doskonałego umożliwia znalezienie wielu prostych relacji ilościowych,
opisujących zarówno równowagi fazowe jak i chemiczne w układach wieloskładnikowych.
Prawo Raoulta
Prawo Raoulta określa zależność pomiędzy składem roztworu a prężnością pary nasyconej nad
roztworem. Zależność ta jest opisana równaniem:
gdzie ,
oznacza prężność pary składnika i odpowiednio nad roztworem i czystym
rozpuszczalnikiem, ułamek molowy tego składnika w roztworze (ułamek molowy jest to stosunek
liczby moli składnika i do liczby moli wszystkich składników roztworu).
Dla układu dwuskładnikowego
.
Z prawa Raoulta wynika, że prężność pary nad roztworem jest liniową funkcją jego składu.
Efekt ebulioskopowy i krioskopowy
Obniżenie prężności pary nad roztworem po rozpuszczeniu substancji nielotnej prowadzi do
podwyższenia temperatury wrzenia (efekt ebulioskopowy) i obniżenia temperatury krzepnięcia
(efekt krioskopowy) w stosunku do czystego rozpuszczalnika.
Zarówno podwyższenie temperatury wrzenia
krzepnięcia
, jak i obniżenie temperatury
, zależy od stężenia roztworów:
,
,
oznacza stałą ebulioskopową,
stałą krioskopową, a
stężnie molarne (określające
liczbę moli substancji rozpuszczonej w 1 kg rozpuszczalnika).
Stała ebulioskopowa i krioskopowa są wielkościami charakterystycznymi dla danego
rozpuszczalnika
(
i
oznaczają temperaturę wrzenia i krzepnięcia czystego rozpuszczalnika,
— jego
masę cząsteczkową, a
i
odpowiednio ciepło parowania i topnienia 1 mola czystego
rozpuszczalnika).
Wyznaczanie mas molowych substancji rozpuszczonych
Efekt ebulioskopowy i krioskopowy wykorzystuje się do wyznaczania mas molowych substancji
rozpuszczonych w roztworach na podstawie równań:
gdzie M oznacza masę molową rozpuszczonej związku,
— masę tej substancji w roztworze,
masę rozpuszczalnika,
,
— zmianę temperatury wrzenia i krzepnięcia.
—