1 - Wydział Chemii - Uniwersytet Gdański

Transkrypt

ROZTWORY
Podział rozpuszczalników
1) nieorganiczne
2) organiczne
ze względu na względną stałą dielektryczną (ε)
1) polarne
2) niepolarne
ε
Rozpuszczalnik
ε
Woda
78,38
Octan etylu CH3COOC2H5
6,02
Nitrometan CH3NO2
38,60
Chloroform CHCl3
4,72
Acetonitryl CH3CN
35,95
Tetrachlorek węgla CCl4
2,23
Metanol CH3OH
32,62
Heksan C6H14
1,88
Etanol C2H5OH
24,55
Benzen C6H6
2,28
Aceton CH3COCH3
20,70
Toluen C6H5CH3
2,38
Rozpuszczalnik
dr Henryk Myszka - Uniwersytet Gdański - Wydział Chemii
- rozpuszczalność gazów w cieczach: m = k · p (prawo Henry’ego)
m - masa gazu rozpuszczonego w danej objętości cieczy
k - współczynnik proporcjonalności; zależny od temperatury,
rodzaju gazu i rozpuszczalnika
p - ciśnienie
Gaz
Gaz
S [dm3/dm3]
S [dm3/dm3]
H2
0,019
Cl2
2,26
O2
0,031
HCl
430,4
N2
0,016
H2S
2,40
CH4
0,035
NH3
677
C2H2
1,02
SO2
33,3
CO
0,024
CO2
0,827
S – rozpuszczalność gazu w wodzie, w temp. 25 oC pod ciśn. gazu 1 atm.
- rozpuszczalność cieczy w cieczach
- zależy od temperatury - na ogół rośnie ze wzrostem temperatury
- kontrakcja objętości - zmiana objętości podczas mieszania dwóch
cieczy rozpuszczających się wzajemnie
Rozpuszczalność cieczy organicznych w wodzie (t. pok.)
Ciecz rozpuszczana
Rozpuszczalność
Aceton CH3COCH3
∞
Etanol C2H5OH
∞
Metanol CH3OH
∞
Octan etylu CH3COOC2H5
Chloroform CHCl3
Tetrachlorek węgla CCl4
8,6 %
1%
0,08 %
- rozpuszczalność ciał stałych w cieczach
substancja stała + ciecz, np. H2O
• roztwory nieelektrolitów
• roztwory elektrolitów
• roztwory koloidowe
Solwatacja - przyłączanie cząsteczek rozpuszczalnika
przez cząstki ciała rozpuszczonego
Hydratacja - otaczanie cząstek substancji rozpuszczanej
przez cząsteczki wody
(szczególny przypadek solwatacji)
EFEKT CIEPLNY ROZPUSZCZANIA
jest rezultatem rozerwania wiązań międzydrobinowych w fazie rozpuszczanej
i powstaniem nowych oddziaływań między cząstkami chemicznymi
substancji rozpuszczonej i cząstkami rozpuszczalnika
zależy od: - rodzaju substancji rozpuszczanej
- rodzaju rozpuszczalnika
- temperatury
- stosunku ilości substancji rozpuszczanej
do ilości rozpuszczalnika
efekt cieplny:
- mieszanie gazów - nieznaczny, ≈ 0
- rozpuszczanie cieczy w cieczy - może być dość znaczny,
np. rozp. H2SO4 w H2O ΔH = - 92 kJ/mol
- rozpuszczalność ciał stałych w cieczy:
• zniszczenie sieci krystalicznej (proces endotermiczny),
energia sieciowa Uo
• solwatacja uwolnionych drobin przez cząsteczki rozpuszczalnika
(proces egzotermiczny) ΔHh < 0
ROZTWORY NIEELEKTROLITÓW
właściwości koligatywne roztworów
to właściwości, których wielkość zależy jedynie od rodzaju rozpuszczalnika
i od stężenia roztworu, a nie zależy od rodzaju substancji rozpuszczonej
1) ciśnienie osmotyczne,
2) obniżenie prężności pary nasyconej rozpuszczalnika nad
roztworem w porównaniu z czystym rozpuszczalnikiem
(prawo Raoulta),
3) podwyższenie temperatury wrzenia roztworu w stosunku
do temperatury wrzenia rozpuszczalnika,
4) obniżenie temperatury krzepnięcia roztworu w stosunku
do temperatury krzepnięcia rozpuszczalnika
Ad. 1.
Osmoza - to proces przenikania substancji
przez przegrodę półprzepuszczalną (membranę),
rozdzielającą roztwór i czysty rozpuszczalnik
lub dwa roztwory o różnych stężeniach.
Ciśnienie osmotyczne - to ciśnienie hydrostatyczne panujące
w naczyniu zawierającym roztwór, przy którym ustala się stan
równowagi i rozpuszczalnik przenika przez błonę półprzepuszczalną
w takiej samej ilości w obydwu kierunkach
lub
Ciśnienie osmotyczne - to ciśnienie hydrostatyczne, które należałoby
wywrzeć na roztwór, by zapobiec procesowi osmozy.
Π=c·R·T
Π=
ms ⋅ R ⋅ T
Ms ⋅ V
Roztwory izotoniczne - to roztwory wykazujące identyczne
ciśnienie osmotyczne.
Ad. 2.
Raoult wykazał, że prężność pary nasyconej p rozpuszczalnika nad
roztworem nielotnej substancji jest wprost proporcjonalna do
ułamka molowego rozpuszczalnika xo w roztworze (prawo Raoulta):
obniżenie prężności pary nasyconej jest zależne od stężenia
substancji w roztworze, a nie od jej charakteru chemicznego;
p = po · xo
Ad. 3. i 4.
Francois Marie Raoult
(1830-1901)
można wykazać, że:
ΔTw = K e ⋅ cm
ΔTw = Δtw = tw(roztw.) − tw(rozp.)
oraz, że:
ΔTk = Kk ⋅ cm
ΔTk = Δtk = tk(rozp.) − tk(roztw.)
Rozpuszczalnik
Wzór
Ke [K· kg/mol]
Kk [K· kg/mol]
C6H6
2,57
5,07
CHCl3
3,80
4,90
Tetrachlorek węgla
CCl4
5,30
29,8
Woda
H2O
0,52
1,86
Benzen
Chloroform
ROZTWORY ELEKTROLITÓW
Elektrolity - to substancje, które po rozpuszczeniu w wodzie lub innym
rozpuszczalniku polarnym dysocjują na jony (kationy i aniony) lub po
wodują wzrost stężenia jonów pochodzących z autodysocjacji rozpuszczalnika (elektrolitami są sole, zasady i kwasy, zarówno nieorganiczne,
jak i organiczne).
teoria dysocjacji elektrolitycznej (1887 r.)
Przewodnictwo roztworów elektrolitów spowodowane jest obecnością jonów powstałych w wyniku
dysocjacji elektrolitycznej.
Dysocjacja elektrolityczna - rozpad substancji na jony w
wyniku jej oddziaływania z cząsteczkami rozpuszczalnika.
• pomiar przewodnictwa elektrycznego,
Svante August Arrhenius
(1859-1927)
Nagroda Nobla w 1903 r.
• odstępstwa od ilościowych zależności opisujących
właściwości koligatywne roztworów nieelektrolitów,
Stopień dysocjacji elektrolitycznej - stosunek liczby moli lub stężenia elektrolitu
zdysocjowanego do liczby moli lub stężenia ogólnego elektrolitu wprowadzonego
do roztworu.
n zdys c zdys
0 < α ≤ 1 lub 0 < α ≤ 100%
=
α=
n
c
elektrolit binarny AB:
AB
→
←
A + + B–
stan równowagi opisuje stała dysocjacji elektrolitu AB: K =
[A+] i [B-] - stężenia jonów
[AB] - stężenie niezdysocjowanego elektrolitu
w stanie równowagi
[A+] = [B–] = α · c
[AB] = c – [A+] = c – c ⋅ α = c · (1 - α)
Wilhelm Ostwald
(1853-1932)
prawo rozcieńczeń Ostwalda:
jeżeli α ≤ 0,05 czyli α ≤ 5% to:
[A + ] ⋅ [B − ]
[AB]
α2 ⋅ c
K=
1−α
K = α2 ⋅c
więc
α=
K
c
stopień dysocjacji α zależy od:
1) rodzaju substancji rozpuszczonej,
0,01 M HCl w H2O, α = 100 %
0,01 M HF w H2O, α = 22 %
0,01 M HNO2 w H2O, α = 18 %
0,01 M CH3COOH w H2O, α = 4,3 %
2) rodzaju rozpuszczalnika,
np.
np.
HCl w wodzie (H2O), α = 100 %
HCl w metanolu (CH3OH), α << 100 %
HCl w toluenie (C6H5CH3), α = 0
3) stężenia,
np.
jeżeli c Ì to α Ê
4) obecności innych substancji - elektrolitów w roztworze,
np.
dodatek wspólnego jonu powoduje
zmniejszenie stopnia dysocjacji,
5) temperatury,
np.
najczęściej jeżeli T Ê to α Ê
CH3COOH
c
α (%)
1
0,4
0,1
1,3
0,01
4,3
0,001
15
0,00001
75
właściwości koligatywne roztworów elektrolitów
dla roztworów elektrolitów są większe niż dla roztworów
nieelektrolitów o tym samym stężeniu,
van't Hoff wprowadza współczynnik izotoniczny i,
(liczba molowa, współczynnik van't Hoffa)
Współczynnik izotoniczny i wyraża stosunek wyznaczonej eksperymentalnie wielkości koligatywnej roztworu elektrolitu do jej wartości
obliczonej dla roztworu nieelektrolitu o takim samym stężeniu.
i = 1 + α · (ν – 1)
Jacobus Henricus van’t Hoff
(1852-1911)
Π=i·c·R·T
po − p
i ⋅ ns
=
po
i ⋅ ns + no
ΔTw = i ⋅ K e ⋅ cm
ΔTk = i ⋅ Kk ⋅ cm
elektrolity słabe
α
K
0 < α < 1
0 < α < 100 %
K < 0,01
elektrolity mocne
α=1
α = 100 %
K → ∞
ROZTWORY KOLOIDALNE
układ (roztwór)
rozmiary cząsteczek
układy o dyspersji molekularnej
< 10 Å
10 Å ÷ 5000 Å
układy koloidalne
układy grubodyspersyjne (zawiesiny)
> 5000 Å
Roztwory koloidalne - układy najczęściej dwufazowe nierozpuszczalnych
w sobie substancji, w których jedna z faz nazywa się fazą rozproszoną
a druga rozpraszającą.
Ośrodek
dyspersyjny
Gaz
Ciecz
Ciało stałe
Faza
rozproszona
gaz
ciecz
ciało stałe
gaz
ciecz
ciało stałe
gaz
ciecz
ciało stałe
Nazwa
Przykłady
mgły
gazozole
piany
emulsje
liozole
piany stałe
piany stałe
zole stałe
mgła, chmury
kurz, dym
piana mydlana, bita śmietana
mleko, białka, majonez
zole metali, siarczków, tlenków
pumeks
kwarc mleczny
szkło rubinowe, perły fosforowe
jądro
warstwa
adsorpcyjna
warstwa dyfuzyjna
Schemat miceli mydła
(soli sodowej kwasu tłuszczowego)
Schemat miceli AgBr
{m (AgBr) · n Br– : (n-x) K+} · x K+
jądro
cząstka koloidalna
micela
Podział układów koloidalnych
(ze względu na powinowactwo fazy rozproszonej do rozpraszającej)
koloidy liofilowe (hydrofilowe)
posiadają otoczkę solwatacyjną z drobin rozpuszczalnika,
są trwałe, wykazują znaczną lepkość, trudno koagulują;
przykłady: polarne substancje wielkocząsteczkowe, białka,
agar, kleje, żelatyna, guma arabska
koloidy liofobowe (hydrofobowe)
nie są solwatowane, ładunek uzyskują dzięki selektywnej
adsorpcji jednego z jonów zawartych w roztworze,
lepkość zbliżona do lepkości czystej cieczy, mała trwałość;
przykłady: zole metali (Ag, Au), zole AgCl, zole tlenków metali
i wodorotlenków metali
WŁAŚCIWOŚCI ROZTWORÓW KOLOIDALNYCH
ZOL
koagulacja
peptyzacja
ŻEL
koloid
koagulat
denaturacja – to nieodwracalny proces przechodzenia zolu w żel
koagulację można spowodować przez:
1) ogrzanie lub ochłodzenie roztworu koloidalnego
2) wysalanie, np. dodanie MgSO4, Na2SO4
3) zmianę pH roztworu
4) dodanie środka odwadniającego,
np. alkoholu lub acetonu
1) Ruchy Browna - bezładne, zygzakowate ruchy cząstek w fazie gazowej
lub ciekłej, będące wynikiem zderzeń z cząsteczkami
ośrodka.
2) Równowaga Donnana - zjawisko związane z nie przechodzeniem
cząstek koloidalnych przez błony półprzepuszczalne. Jeżeli jednym z jonów dyfundujących przez błonę półprzepuszczalną
jest kation H+, to od stężenia białka zależy
pH środowiska po jednej i drugiej stronie
błony → np. wewnątrz i na zewnątrz komórki.
3) Sedymentacja - zjawisko opadania na dno naczynia dużych
cząstek koloidalnych.
4) Elektroforeza - ruch cząstek koloidalnych w zewnętrznym
polu elektrycznym.
zole [+]: Fe(OH)3, Al(OH)3, Cr(OH)3, TiO3, ZrO2
zole [−]: Au, Pt, Ag, As2S3, Sb2S3
Rozdzielanie DNA na płytce żelowej.
5) Sensybilizacja - wrażliwość („uczulenie”) koloidu liofobowego
na działanie elektrolitu.
6) Efekt Tyndalla - rozpraszanie światła na cząstkach koloidalnych.
1 - źródło światła
John Tyndall (1820-1893)
2 - roztwór rzeczywisty
3 - roztwór koloidalny
7) Punkt izoelektryczny - punkt, w którym cząstki fazy rozproszonej
zostaną całkowicie rozładowane, tzn. nastąpi zobojętnienie elektryczne
cząstek koloidalnych.

1 - Wydział Chemii - Uniwersytet Gdański

Transkrypt

Podobne dokumenty

termodynamika i termochemia - dr Henryk Myszka

Specyfikacja dotycząca zamówienia na sprzęt z

CO K - Wydział Chemii

SZKOŁA PODSTAWOWA Wyprawa myszki Dzień, w którym