Wyszukaj w serwisie  

   

Logowanie/rejestracja  

   
   

Linki sponsorowane



   

Ocena użytkowników: 4 / 5

Gwiazdka aktywnaGwiazdka aktywnaGwiazdka aktywnaGwiazdka aktywnaGwiazdka nieaktywna
 

Roztworem nazywamy nierozdzielającą się w długim czasie jednorodną mieszaninę dwóch lub więcej substancji, których nie można rozdzielić prostymi operacjami takimi jak np. przesiewanie, sedymentacja, czy filtrowanie, ponieważ stopień rozdrobnienia substancji rozpuszczonej jest na poziomie jonów lub cząsteczek. Tego typu roztwory, w których stopień rozdrobnienia substancji rozpuszczonej jest na poziomie jonów lub pojedynczych cząsteczek (czyli poniżej 0,1nm (1.10-10m) nazywamy roztworami właściwymi.

Potocznie roztwór składa się z substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika (często która substancja jest rozpuszczalnikiem to kwestia umowna) np.:

  • roztwór cukru w wodzie (cukier jest substancją rozpuszczoną, woda rozpuszczalnikiem)
  • roztwór chlorowodoru w wodzie (chlorowodór jest substancją rozpuszczoną, woda rozpuszczalnikiem)
  • roztwór kwasu octowego w wodzie (kwas octowy jest substancją rozpuszczoną, woda rozpuszczalnikiem. Roztwór ten można rozpatrywać również odwrotnie, gdy stężenie kwasu jest większe od 50%)

Jeżeli stopień rozdrobnienia substancji rozpuszczonej znajduje się w przedziale od 1nm do 1mm (od 1.10-9 do 1.10-6) to utworzony roztwór nazywany jest roztworem koloidalnym lub roztworem niewłaściwym.

W przypadku koloidów trudno mówić o substancji rozpuszczonej, dlatego stosuje się inną nomenklaturę. Substancję rozpuszczoną nazywamy fazą zdyspergowaną, a rozpuszczalnik nazywany jest fazą dyspersyjną. Gdy rozmiary fazy zdyspergowanej są dużo większe od 1mm, mamy do czynienia z zawiesiną. W zawiesinie można łatwo oddzielić fazę zdyspergowaną od fazy dyspersyjnej przez filtrację lub sedymentację (opadanie fazy zdyspergowanej na dno naczynia).

Faza zdyspergowana może występować w trzech stanach skupienia:

  • gazowy
  • ciekły
  • stały

Faza dyspersyjna również może występować w trzech stanach skupienia. Dlatego może istnieć 8 różnych roztworów koloidalnych (osiem, a nie dziewięć, ponieważ gaz w gazie zawsze tworzy roztwór właściwy).

Koloidy ze względu na stan skupienia dzielimy na:

Faza dyspersyjna Faza zdysperowana Nazwa układu koloidalnego

Gaz

Gaz - nie istnieje
Ciecz mgła (np. mgła, chmury)
Ciało stałe dym (np. dym, kurz)
Ciecz Gaz piana (piana do kąpieli)
Ciecz emulsja (mleko, białko jaja)
Ciało stałe zawiesina koloidalna
Ciało stałe Gaz piana stała (np. pumeks)
Ciecz emulsja stała (np. kwarc)
Ciało stałe zole stałe (np. szkło rubinowe)

Roztwory koloidalne (niewłaściwe) mają właściwości podobne do roztworów właściwych, to znaczy nie można oddzlić w prosty sposób fazy zdyspergowanej od dyspersyjnej (rozpuszczalnika). Jednakże ze względu na dość duże rozmiary cząsteczek fazy zdyspergowanej, światło na cząsteczkach fazy zdyspergowanej ulega rozproszeniu (rozpraszanie Rayleigha, podobnie jak światło słoneczne ulega rozproszeniu w atmosferze, dzięki czemu niebo jest niebieskie, a nie czarne). Rozproszenie światła przechodzącego przez roztwór koloidalny widoczne jest jako efekt Tyndala.

efekt tyndala, roztwór koloidalny, materiały do matury

efekt tyndala, matura z chemii, korepetycje

Efekt Tyndala przy przechodzeniu światła przez roztwór

efekt tyndala, korepetycje z chemii

rozpraszanie światła w atmosferze, matura z chemii

Efekt Tyndala przy przechodzeniu światła przez powietrze

Rozpraszanie światła na cząsteczkach atmosfery

W niektórych warunkach faza zdyspergowana rozdziela się od fazy dyspersyjnej. Może to nastąpić gdy cząsteczki fazy zdyspergowanej połączą się ze sobą tworząc większe aglomeraty. Gdy cząsteczki fazy zdyspergowanej przekroczą wielkość 1 mm, wtedy roztwór niewłaściwy staje się zawiesiną. Mówimy, że koloid uległ koagulacji. Koagulacja koloidu może być odwracalna lub nieodwracalna. W chemii proces koagulacji nazywany jest żelowaniem:
koagulacja koloidu, zol, żel, korepetycje z chemii

Koloidy utworzone przez wielkocząsteczkowe związki mogą mieć charakter liofilowy (gdy chętnie otaczają się cząsteczkami rozpuszczalnika), lub charakter liofobowy. Koloidy liofilowe można łatwo przeprowadzić w żel (koagulacja) niszcząc ochronną otoczkę rozpuszczalnika przez dodanie roztworu mocnego elektrolitu (kwasu, zasady, soli).

Jeżeli mocnym elektrolitem jest roztwór soli, to koagulacja jest odwracalna i nosi nazwę wysalania (rozcieńczenie żelu przeprowadza go z powrotem w zol). Siła wysalania soli wzrasta wraz ze wzrostem ładunku kationu:

siła wysalania, matura, arkusze maturalne

Koloidy liofobowe są trwałe ponieważ faza zdyspergowana nie może ulec koagulacji ze względu na jej ładunek:

  • dodatni w przypadku koloidów utworzonych przez wodorotlenki lub tlenki metali
  • ujemny w przypadku koloidów utworzonych przez siarczki metali lub metale.

koloid, budowa, granula, micela, warstwa adsorpcyjna

Każdy koloid zbudowany jest z jądra, które ściśle otoczone jest kationami lub anionami wchodzącymi w skład jądra (tzw. warstwa adsorpcyjna). Warstwa adsorpcyjna otacza się przeciwjonami znajdującymi się w roztworze, tworząc granulę. Ta z kolei luźno związana jest z jonami występującymi w roztworze tworząc micelę. Micele odseparowane są od siebie za pomocą rozpuszczalnika, który uniemożliwia łączenie się ich ze sobą.

Podstawowym kryterium podziału układów na roztwory rzeczywiste, koloidalne i zawiesiny jest:
a )stopień rozdrobnienia fazy zdyspergowanej
b rodzaj fazy zdyspergowanej
c) właściwości elektryczne układu
d) rodzaj fazy dyspersyjnej i zdyspergowanej

Wybierz poprawną odpowiedź.

Roztwory składają się z fazy dyspersyjnej i fazy zdyspergowanej. W zależności od stopnia rozdrobnienia fazy zdyspergowanej roztwory dzielimy na:

  • roztwory rzeczywiste (stopień rozdrobnienia fazy zdyspergowanej jest na poziomie jonów lub cząsteczek (poniżej 0,1nm (10-10m)). Faza zdyspergowana nosi wtedy nazwę substancji rozpuszczonej, a faza dyspersyjna rozpuszczalnika)
  • koloidy – rozdrobnienie fazy zdyspergowanej od 1μm do 1nm
  • zawiesiny – rozdrobnienie fazy zdyspergowanej powyżej 1μm (powyżej 10-6m)

W których probówkach znajdują się roztwory koloidalne:
koloidy, arkusze maturalne, matura z chemii, korepetycje

Roztwory koloidalne powstają jeśli do fazy dyspersyjnej (rozpuszczalnika) będziemy wprowadzać związki wielocząsteczkowe (białka, polimery, policukry, lub strącać z roztworów rozcieńczonych substancje trudnorozpuszczalne). Warunek taki jest spełniony w probówce I, II, III i V. W probówce IV znajduje się gliceryna HOCH2CH(OH)CH2OH. Cząsteczka gliceryny jest zbyt mała by tworzyć koloid. Gliceryna utworzy roztwór rzeczywisty.

W probówce III znajduje się kwas krzemowy. Utworzy on koloid jeśli będzie strącany z roztworu silnie rozcieńczonego. W przeciwnym razie utworzy się żel, który można łatwo przeprowadzić w zol np. przez rozcieńczenie.

Do czterech zlewek z wodą dodano następujące substancje: skrobię, chlorek potasu, albuminę (białko kurze), rozkruszoną kredę. Na podstawie podanych niżej informacji, określ, którą z substancji zawierają poszczególne zlewki.

Zlewka nr 1
Substancja z wodą tworzy roztwór właściwy. Brak efektu Tyndalla zarówno przed ogrzaniem roztworu, jak i po ogrzaniu.

Zlewka nr 2
Efekt Tyndalla pojawia się po ogrzaniu roztworu, przed ogrzaniem substancje stanowią 2 fazy

Zlewka nr 3
Przed ogrzaniem i po ogrzaniu substancje w zlewce stanowią 2 fazy i nie wykazują efektu Tyndalla.

Zlewka nr 4
Efekt Tyndalla widoczny przed ogrzaniem substancji, po dodaniu NaCl następuje zmętnienie roztworu.

Zlewka nr 1 - utworzony został roztwór właściwy. Roztwór taki może powstać tylko przez rozpuszczenie chlorku potasu KCl.

Zlewka nr 2. Z podanych związków tylko skrobia jest nierozpuszczalna w wodzie na zimno, rozpuszcza się w niej zaś na gorąco tworząc koloid (koloidy wykazują efekt Tyndala).

Zlewka nr 3 Tylko rozkruszona kreda (węglan wapnia) jest nierozpuszczalna w wodzie ani na zimno, ani na gorąco.

Zlewka nr 4 - pozostaje białko jaja kurzego. Rozpuszcza się w wodzie tworząc koloid. Po dodaniu do koloidu NaCl następuje koagulacja, czyli zol przechodzi żel.


 

Właściwości roztworów

Wyobraźmy sobie następującą sytuację: w dwóch naczyniach oddzielonych przegrodą znajdują się dwie substancje gazowe A i B:

matura z chemii, korepetycje, mieszanie gazów

Po pewnym czasie od usunięcia przegrody stężenie substancji A w całym naczyniu będzie jednakowe (podobnie wyrówna się stężenie substancji B w całym naczyniu).

Podobne rozumowanie możemy przeprowadzić z roztworem koloidalnym:

ciśnienie osmotyczne, korepetycje z chemii

Wyobraźmy sobie naczynie rozdzielone błoną półprzepuszczalną. W jednym naczyniu znajduje się roztwór koloidalny, a w drugim czysty rozpuszczalnik. W naczyniach musi dojść do wyrównania stężeń. Cząsteczki koloidu są zbyt duże, by przeniknąć przez błonę półprzepuszczalną, za to cząsteczki rozpuszczalnika mogą przez nią przeniknąć bez trudu. Wyższe stężenie rozpuszczalnika powoduje, większy nacisk jego cząsteczek na błonę półprzepuszczalną.

ciśnienie osmotyczne, korepetycje z chemii

Aby błona półprzepuszczalna powróciła do wyjściowego położenia na roztwór koloidu musimy przyłożyć dodatkowe ciśnienie. To dodatkowe ciśnienie nazywane jest ciśnieniem osmotycznym Π.

ciśnienie osmotyczne, korepetycje z chemii

Wzór na ciśnienie osmotyczne podobny jest do wzoru Clapeyrona, czyli PV=nTR, lub P=CMRT, gdzie CM jest stężeniem molowym wszystkich indywiduów (jonów, cząsteczek) znajdujących się w roztworze.

Ciśnienie osmotyczne wykazują nie tylko roztwory koloidalne, ale również roztwory właściwe. Odgrywa ono ogromne znaczenie w biologii i w medycynie. Chcąc zapobiec odwodnieniu organizmu podaje się pacjentowi roztwór soli fizjologicznej. Roztwór ten musi być izotoniczny z roztworem znajdującym się w komórce. Izotoniczny oznacza, że ciśnienie osmotyczne tego roztworu musi być identyczne z ciśnieniem osmotycznym roztworu w komórce. Gdyby roztwór soli miał wyższe stężenie (wyższe ciśnienie osmotyczne) to rozpuszczalnik z komórki przechodził by do krwi, a komórki uległyby odwodnieniu.

Powszechnie znany jest fakt, że zimą by zapobiec zamarzaniu wody w chłodnicy samochodowej dolewamy do niej glikolu. Gdy chcemy zapobiec zamarzaniu wody na jezdni, lub stopić zalegający śnieg (lód), posypujemy jezdnię solą.

Postępujemy tak, ponieważ roztwory mają niższą temperaturę zamarzania (niższa temperatura topnienia) od czystego rozpuszczalnika. Obniżenie temperatury topnienia związane jest ze stężeniem roztworu zależnością: ΔT=K.Cm

Gdzie: Cm oznacza stężenie molarne: stężenie molarne, korepetycje z chemii, a K nazywana jest stałą ebulioskopową.

Stężenie 1 molarne oznacza, że w 1 kg rozpuszczalnika znajduje się 1 mol cząsteczek (jonów) substancji rozpuszczonej.

Roztwory mają również wyższą temperaturę wrzenia od czystych rozpuszczalników. Podwyższenie temperatury wrzenia roztworów powiązane jest z jego stężeniem zależnością ΔTw=E.Cm:

Gdzie: E – stała ebulioskopowa – zależna tylko od rodzaju rozpuszczalnika, Cm –stężenie molarne roztworu.

Ciśnienie osmotyczne Π, obniżenie temperatury krzepnięcia ΔTK, oraz podwyższenie temperatury wrzenia ΔTw są zależnościami koligatywnymi, to znaczy, że zależą jedynie od ilości moli jonów (cząsteczek) znajdujących się w 1 kg rozpuszczalnika.

Rozpuszczenie 0,1 mola Na3PO4 w 1 kg wody daje 0,4 mola jonów w roztworze (Cm=0,4mol/kg) i powoduje dwukrotnie większe obniżenie temperatury krzepnięcia (dwukrotnie większe podwyższenie temperatury wrzenia, lub dwukrotnie większe ciśnienie osmotyczne) od roztworu otrzymanego przez rozpuszczenie 0,1 mola NaCl w 1 kg wody, ponieważ w tym ostatnim przypadku w roztworze znajduje się tylko 0,2 mola jonów (Cm=0,2mol/kg).

Które z wymienionych par roztworów wodnych są izotoniczne?
I roztwór glukozy o stężeniu 0,1 M i roztwór NaCl o stężeniu 0,1 M
II roztwór glukozy o stężeniu 1 M i roztwór NaCl o stężeniu 0,5 M
III roztwór glukozy o stężeniu 0,3 M i roztwór Na2SO4 o stężeniu 0,1 M
IV roztwór glukozy o stężeniu 0,2 M i roztwór C2H5OH o stężeniu 0,1 M

Roztwory izotoniczne, to roztwory wykazujące identyczne ciśnienie osmotyczne. Ciśnienie osmotyczne liczone jest ze wzoru ciśnienie osmotyczne, matura z chemii (dla wody Vrozp=mrozp, a dla roztworów rozcieńczonych Cm≈CM) gdzie ni ilość cząsteczek (jonów) obecnych w roztworze, CM stężenie molowe cząsteczek (jonów).

Dla ułatwienia obliczeń przyjmijmy, że objętość każdego roztworu wynosi 1dm3.

I W roztworze glukozy o stężeniu 0,1M znajduje się 0,1 mola cząsteczek glukozy. W roztworze NaCl o stężeniu 0,1M znajduje się 0,2 mola jonów (NaCl dysocjuje na Na+ i Cl-). Roztwory nie są izotoniczne.

II W roztworze glukozy o stężeniu 1M znajduje się 1 mol cząsteczek glukozy. W roztworze NaCl o stężeniu 0,5M znajduje się również 1 mol jonów. Roztwory są izotoniczne.

III W roztworze glukozy o stężeniu 0,3M znajduje się 0,3 mola cząsteczek glukozy. W roztworze Na2SO4 o stężeniu 0,1M znajduje się 0,3 mola jonów (Na2SO4 → 2Na+ + SO42-). Roztwory są izotoniczne.

IV W roztworze glukozy o stężeniu 0,2M znajduje się 0,2 mola cząsteczek glukozy. W roztworze C2H5OH o stężeniu 0,1M znajduje się 0,1 mola cząsteczek alkoholu. Roztwory nie są izotoniczne.

Roztwór zawierający 8,55g sacharozy w 100g wody wrze w temperaturze wyższej o 0,13K od temperatury wrzenia wody (pod stałym ciśnieniem).Obliczyć stałą ebulioskopową.

Masa molowa sacharozy wynosi 342g/mol. 8,55g sacharozy to n=m/M=8,55g/342g.mol-1=0,025 moli. podwyższenie temperatury wrzenia roztworu czyli stała ebulioskopowa dla wody
Stała ebulioskopowa dla wody wynosi 0,52K.kg.mol-1

   
   
© Krzysztof