Chemia zakres podstawowy
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
2019<br />
ZAPOWIEDŹ<br />
CHEMIA FIZYKA<br />
SZKOŁA PODRĘCZNIK PONADPODSTAWOWA ● LICEUM I TECHNIKUM ● ● ZAKRES PODSTAWOWY<br />
31<br />
FRAGMENT PODRĘCZNIKA
CHEMIA<br />
<br />
1
Okładka: (kolorowe szalki) AKIRA/Amanaimages RF/Diomedia<br />
Strona działowa: s. 5 (Yellowstone) Peter Adams/Getty Images<br />
Tekst główny: s. 6 (mieszanie cieczy) Health Head Images/Diomedia; s. 7 (butelka) Production Perig/Shutterstock.com, (szklanka)<br />
ILYA AKINSHIN/Shutterstock.com, (mieszanina jednorodna) Gun2becontinued/Shutterstock.com, (mieszanina niejednorodna)<br />
Marco Uliana/Shutterstock.com; s. 8 (sączenie, rozdzielanie za pomocą magnesu, dekantacja, rozdzielanie za pomocą rozdzielacza)<br />
Wojciech Wójtowicz/WSiP; s. 9 (krystalizacja) Wojciech Wójtowicz/WSiP, (zestaw do destylacji) Piotr Kubat/WSiP; s. 10 (rozdzielanie<br />
składników tuszu) Andrzej Danel/Zamkor/WSiP, (parzenie herbaty) gresei/Shutterstock.com; s. 11 (elektroforeza) reprodukcja;<br />
s. 12 (rozdzielacze) Health Head Images/Diomedia, (roztwór, zawiesina) Wojciech Wójtowicz/WSiP, (koloid) Piotr Kubat/WSiP; s. 13<br />
(roztwór, koloid, zawiesina) Łukasz Opaliński/Zamkor/WSiP, (właściwości koloidów – dwie probówki) Wojciech Wójtowicz/WSiP;<br />
s. 14 (pianka poliuretanowa) Grażyna Bryk/WSiP; 15 (rozpuszczalność) Image Source RF/Diomedia, (trzy zlewki) william casey/<br />
Shutterstock.com; s. 18 (rozcieńczanie denaturatu) Piotr Kubat/WSiP; s. 19 (ważenie) Oleksiy Mark/Shutterstock.com, (kroplówka)<br />
ravipat/Shutterstock.com; s. 20 (waga) 3d_man/Shutterstock.com, (szalka Petriego) Laboko/Shutterstock.com, (proszek na szalce)<br />
Mona Makela/Shutterstock.com, (cylinder) urfin/Shutterstock.com, (zlewka z bagietką) Piotr Kubat/WSiP; s. 22 (waga) 3d_man/<br />
Shutterstock.com, (szalka Petriego) Laboko/Shutterstock.com, (proszek na szalce) Mona Makela/Shutterstock.com, (dwie kolby<br />
miarowe) urfin/Shutterstock.com, (menisk) pedrosala/Shutterstock.com, (tryskawka) Łukasz Opaliński/Zamkor/WSiP; s. 25 (dezynfekcja<br />
rany) Image Point Fr/Shutterstock.com; s. 26 (probówki) Dilok Kiatlertnapha/Shutterstock.com; s. 28 (sześć zlewek) william<br />
casey/Shutterstock.com; s. 31 (przemywanie rany jodyną) jiangdi/Shutterstock.com; s. 32 (zlewka ze szkiełkiem zegarkowym)<br />
GIPhotoStock/BE&W, (dwie zlewki z bagietkami) Piotr Kubat/WSiP; s. 33 (kolba) Kesu/Shutterstock.com; s. 34 (badanie przewodzenia<br />
prądu) Wojciech Wójtowicz/WSiP; s. 38 (mleko) John Foxx Images / ThETA, (piana morska) DiGiTouch, (mgła) PAP/Grzegorz<br />
Momot<br />
Pozostałe ilustracje: Verde, Kraków<br />
Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne oświadczają, że podjęły starania mające na celu dotarcie do właścicieli i dysponentów praw autorskich wszystkich<br />
zamieszczonych utworów. Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, przytaczając w celach dydaktycznych utwory lub fragmenty, postępują zgodnie z art. 27 1<br />
ustawy o prawie autorskim. Jednocześnie Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne oświadczają, że są jedynym podmiotem właściwym do kontaktu autorów<br />
tych utworów lub innych podmiotów uprawnionych w wypadkach, w których twórcy przysługuje prawo do wynagrodzenia.
• <br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
• <br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
• <br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
•
Dysocjację elektrolityczną chlorku sodu można<br />
opisać schematem:<br />
[ Na + Cl – H<br />
]<br />
2 O<br />
n<br />
<br />
lub uproszczonym równaniem:<br />
H<br />
NaCl 2<br />
O<br />
n Na + + n<br />
<br />
Cl –<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
= <br />
Na + + Cl – = c z<br />
c m<br />
główna część wykładu<br />
ważne wnioski, prawa oraz definicje sformułowane<br />
słownie lub za pomocą wzorów<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
4<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
interesujące informacje związane z treścią wykładu<br />
doświadczenia z oznaczeniami substancji<br />
niebezpiecznych<br />
<br />
<br />
Obliczmy stopień dysocjacji kwasu octowego, którego<br />
stężenie molowe wynosi 0,1 mol/dm 3 , a stężenie H +<br />
równa się 0,001 mol/dm 3 .<br />
Podstawiamy powyższe dane do wzoru<br />
i otrzymujemy:<br />
[H + ] 0,001 mol/dm<br />
3<br />
= = = 0,01<br />
cm 0,1 mol/dm<br />
3<br />
wzorcowo rozwiązane zadania<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
zadania na zakończenie rozdziału<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
podsumowanie wiadomości – teoria<br />
4<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
ćwiczenie umiejętności – zadania
ROZTWORY<br />
Rodzaje mieszanin i sposoby ich rozdzielania<br />
Roztwory, koloidy i zawiesiny<br />
<br />
<br />
<br />
Rozpuszczanie i dysocjacja elektrolityczna
ROZTWORY<br />
18. Rodzaje mieszanin<br />
i sposoby ich rozdzielania<br />
Mieszaniny jednorodne i niejednorodne<br />
<br />
Przypomnij sobie, co wiesz o mieszaninach i sposobach ich rozdzielania.<br />
<br />
Materią nazywamy wszy st ko, co ma masę<br />
i zajmuje określoną przestrzeń. Składa<br />
się ona zatem z pierwiastków chemicznych,<br />
które mogą występować w stanie<br />
wolnym lub w formie związków chemicznych.<br />
W życiu codziennym bardzo rzadko<br />
mamy do czynienia z substancjami<br />
czystymi. Znacznie częściej spotykamy<br />
mieszaniny pierwiastków, mieszaniny<br />
związków chemicznych lub mieszaniny<br />
pier wiastków i związków chemicznych.<br />
substancje<br />
proste<br />
(pierwiastki<br />
chemiczne)<br />
MATERIA<br />
MIESZANINY<br />
substancje<br />
<br />
<br />
chemiczne)<br />
Mieszanina<br />
Bardzo istotny jest fakt, że składniki mieszaniny zachowują swoje właściwości. Na<br />
przykład sproszkowana siarka i opiłki żelaza mają swoje charakterystyczne właściwości<br />
bez względu na to, czy występują w postaci czystej, czy są ze sobą zmieszane.<br />
MIESZANINY<br />
jednorodne<br />
<br />
<br />
<br />
np. cukier rozpuszczony w wodzie,<br />
<br />
powietrze, benzyna<br />
niejednorodne<br />
<br />
<br />
<br />
np. ziarnka piasku w wodzie,<br />
<br />
<br />
6
Woda mineralna jest .<br />
<br />
<br />
CO 2<br />
rozpuszczony<br />
w wodzie<br />
<br />
<br />
na odpowiednie jony.<br />
<br />
<br />
<br />
mieszanina<br />
jednorodna<br />
<br />
dwukrotnie<br />
<br />
atmosferycznego<br />
Po nalaniu wody gazowanej<br />
do szklanki nadmiar tlenku<br />
<br />
mieszanina niejednorodna.<br />
<br />
podczas ogrzewania roztworu,<br />
<br />
w wodzie maleje wraz ze<br />
wzrostem temperatury.<br />
<br />
nadmiar CO 2<br />
<br />
atmosferyczne<br />
mieszanina<br />
niejednorodna
ROZTWORY<br />
Na co dzień spotykamy bardzo złożone mieszaniny, np. mleko. Stanowi ono układ wieloskładnikowy,<br />
zawierający m.in. wodę, różne cukry, tłuszcze, białka, witaminy, mikroelementy<br />
(pierwiastki występujące w ilościach śladowych). Innym przykładem jest ropa<br />
naftowa – mieszanina kilkunastu tysięcy związków chemicznych.<br />
<br />
Mieszaniny można rozdzielać na składniki dzięki różnym metodom fizycznym. Dobór metody<br />
zależy od właściwości fizycznych składników wchodzących w skład danej mieszaniny.<br />
•Metody rozdzielania mieszanin niejednorodnych<br />
•Metody rozdzielania mieszanin niejednorodnych<br />
Mieszanina,<br />
<br />
<br />
w cieczy, np. sproszkowana<br />
kreda<br />
i woda<br />
polega<br />
na przepuszczeniu<br />
mieszaniny przez<br />
<br />
<br />
<br />
Mieszanina,<br />
<br />
<br />
<br />
magnes, np. siarka<br />
<br />
Rozdzielanie<br />
<br />
polega<br />
<br />
przez magnes<br />
<br />
<br />
Mieszanina,<br />
<br />
<br />
w cieczy, np. sproszkowana<br />
kreda<br />
i woda<br />
Dekantacja polega<br />
na oddzieleniu<br />
<br />
niny przez zlanie<br />
cieczy znad osadu<br />
utworzonego przez<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
np. woda i olej<br />
Rozdzielanie<br />
<br />
dzielacza polega<br />
na zlaniu cieczy<br />
<br />
W rozdzielaczu zostaje<br />
ciecz o mniej-<br />
<br />
8
18. Rodzaje mieszanin i sposoby ich rozdzielania<br />
<br />
Krystalizacja jest procesem powstawania kryształów w roztworach. Ponieważ rozpuszczalność<br />
większości soli maleje wraz ze spadkiem temperatury, krystalizację z roztworu<br />
można przeprowadzić, schładzając roztwór.<br />
CuSO 4<br />
Krystalizacja siarczanu(VI) miedzi(II)<br />
Opis: 3<br />
<br />
<br />
<br />
puszczenia soli w wodzie. Zanurzcie w roztworze<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
bagietka<br />
nitka<br />
H 2 O<br />
+ CuSO 4<br />
Szybszą metodą oddzielenia rozpuszczalnika z roztworu wodnego soli jest odparowanie<br />
wody. W taki sposób na przykład uzyskuje się z wody morskiej chlorek sodu, zawierający<br />
jeszcze domieszki innych soli. Jeżeli chcielibyśmy z wody morskiej lub oceanicznej<br />
uzyskać czystą „słodką” wodę, należałoby parę wodną skroplić przez jej ochłodzenie.<br />
Taki proces nazywa się destylacją.<br />
Zestaw do destylacji<br />
termometr<br />
nasadka<br />
destylacyjna<br />
kolba<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
destylacyjna<br />
<br />
<br />
<br />
odbieralnik<br />
<br />
grzejny<br />
9
ROZTWORY<br />
Destylacja może być także wykorzystana do rozdzielania mieszaniny dwóch lub więcej<br />
cieczy różniących się wartościami temperatury wrzenia. Składniki mieszaniny kolejno<br />
odparowują, a ich pary skraplają się w chłodnicy i ściekają do osobnych odbieralników.<br />
Destylacja jest powszechnie stosowana w przemyśle, np. w przeróbce ropy naftowej będącej<br />
mieszaniną wielu substancji. Destylacja pozwala również oddzielić alkohol etylowy,<br />
otrzymywany w procesie fermentacji alkoholowej, od wody oraz innych składników<br />
mieszaniny powstających w tym procesie, w tym toksycznego metanolu.<br />
Chromatografia to kolejna powszechnie stosowana w laboratoriach metoda rozdzielania<br />
mieszanin, która ma bardzo duże znaczenie w badaniu ich składu. W tej metodzie<br />
składniki mieszaniny, przemieszczając się względem fazy nieruchomej, rozdzielają się<br />
dzięki różnicom w oddziaływaniu między cząsteczkami poszczególnych składników<br />
mieszaniny i fazą nieruchomą.<br />
aceton<br />
<br />
Opis: <br />
<br />
<br />
3 <br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Wnioski: <br />
<br />
czarna<br />
linia<br />
aceton<br />
<br />
<br />
Ekstrakcja polega na wymywaniu rozpuszczalnikiem<br />
pożądanych składników z mieszaniny stałej<br />
lub ciekłej. Składniki te otrzymuje się następnie<br />
po odparowaniu rozpuszczalnika. Rozpuszczalnik<br />
można skroplić i ponownie użyć go do ekstrakcji.<br />
Przykładem ekstrakcji może być proces parzenia<br />
kawy lub herbaty.<br />
W przemyśle ekstrakcja jest stosowana na przykład<br />
podczas otrzymywania tłuszczów. Proces ten polega<br />
na wypłukiwaniu tłuszczów rozpuszczalnikami<br />
organicznymi z uprzednio zmiażdżonych roślin.<br />
Ekstrakcja jest także jedną z metod uzyskiwania<br />
substancji leczniczych z roślin.<br />
10
18. Rodzaje mieszanin i sposoby ich rozdzielania<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
studzienki, w których<br />
umieszcza się roztwór DNA<br />
DNA przemieszczający się<br />
w polu elektrycznym<br />
wybarwione prążki<br />
powstałe z fragmentów DNA<br />
blok żelu agarozowego<br />
roztwór elektrolitu<br />
zdjęcie bloku agarozowego<br />
z widocznymi prążkami DNA<br />
PODSUMOWANIE<br />
Mieszanina<br />
<br />
<br />
Mieszaniny jednorodne<br />
<br />
W mieszaninach <br />
<br />
.<br />
<br />
Rozdzielanie mieszanin<br />
PYTANIA I ZADANIA<br />
1. <br />
a) b) <br />
<br />
soli kuchennej w wodzie.<br />
3. <br />
a) b) c)<br />
11
19. <br />
<br />
Rozpuszczalnik i substancja rozpuszczana<br />
Roztwory, koloidy i zawiesiny<br />
Koagulacja i peptyzacja<br />
<br />
Przypomnij sobie<br />
<br />
Podział mieszanin na jednorodne i niejednorodne może sugerować, że istnieje wyraźna<br />
granica między pierwszymi a drugimi. Jednak są wśród nich takie, które mają właściwości<br />
pośrednie. Mieszaniny te są rozpowszechnione w przyrodzie, pełnią wiele ważnych<br />
funkcji w organizmach, a także mają wiele zastosowań praktycznych.<br />
Całkowicie przezroczyste mieszaniny, które uzyskuje się np. po rozpuszczeniu soli kuchennej<br />
czy cukru w wodzie (substancja rozpuszczana i rozpuszczalnik), nazywa się<br />
roztworami. Są to mieszaniny jednorodne i często bywają też nazywane roztworami<br />
właściwymi. Roztwory mogą być barwne, np. jeżeli użyjemy soli miedzi lub żelaza, ale<br />
nie mogą wykazywać zmętnienia.<br />
Mieszanina wody i białka jaja kurzego również bę dzie przezroczysta, ale podczas oglądania<br />
jej pod światło zauważymy zmętnienie. Jest to mieszanina koloidalna lub – krócej<br />
– koloid. Inna nazwa ciekłego koloidu to zol.<br />
Mieszanina otrzymana po zmieszaniu wody np. z mąką lub sproszkowaną kredą jest<br />
nieprzezroczysta i nazywa się ją zawiesiną.<br />
•Rodzaje mieszanin<br />
– mieszanina,<br />
<br />
stancji rozpuszczonej<br />
<br />
sze od 1 nm.<br />
Koloid – mieszanina,<br />
<br />
substancji rozproszonej<br />
<br />
<br />
<br />
substancji rozproszonej<br />
<br />
<br />
<br />
12
19. Roztwory, koloidy i zawiesiny<br />
laser<br />
laser<br />
<br />
koloid<br />
<br />
<br />
Roztwór jest przezroczysty, ponieważ bardzo małe cząstki substancji<br />
rozpuszczonej nie stanowią przeszkody dla promieni<br />
świetlnych, które przechodzą swobodnie przez mieszaninę.<br />
Rozmiary cząstek koloidów powodują, że wiązka światła rozprasza<br />
się, wskutek czego jest widoczne zmętnienie mieszaniny.<br />
Zjawisko takie można zaobserwować nie tylko w ciekłych<br />
koloidach. W życiu codziennym można zobaczyć np. smugę<br />
światła przedostającą się przez szczelinę do zaciemnionego<br />
pomieszczenia, czy też smugę światła reflektorów samochodowych<br />
w czasie mglistej nocy. Omawiane zjawisko optyczne<br />
nosi nazwę efektu Tyndalla.<br />
W wypadku zawiesin nie zaobserwujemy takiego efektu.<br />
Cząstki substancji rozproszonej o dużych rozmiarach stanowią<br />
istotną przeszkodę na drodze światła. Jest ono częściowo pochłaniane,<br />
częściowo odbijane i nie przenika przez zawiesinę.<br />
laser<br />
zawiesina<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Na co dzień bardzo często mamy do czynienia z koloidami. Są<br />
nimi m.in.: wodny roztwór żelatyny, płyny do kąpieli, płyny do<br />
prania, krochmal, niektóre leki, lakiery, farby. Niektóre polimery<br />
naturalne (białka, skrobia, kauczuk, celuloza) i syntetyczne<br />
po rozpuszczeniu w rozpuszczalniku także mogą tworzyć<br />
koloidy.<br />
H SO 4<br />
<br />
Opis: <br />
3 <br />
<br />
nasyconego roztworu soli kuchennej (1),<br />
a do drugiej – kilka kropli roztworu kwa-<br />
<br />
3 wody<br />
destylowanej.<br />
Po dodaniu nasyconego roz-<br />
<br />
<br />
I. NaCl<br />
II. + H 2 O<br />
I. H 2 SO 4<br />
II. + H 2 O<br />
1 2<br />
<br />
jaja kurzego<br />
1 <br />
<br />
<br />
<br />
wody destylowanej.<br />
Wnioski: <br />
13
ROZTWORY<br />
Koloid na skutek odparowywania rozpuszczalnika lub chłodzenia przechodzi w elastyczny<br />
układ przypominający ciało stałe. Układ ten nazywa się żelem, a proces przejścia<br />
koloidu (zolu) w żel określa się mianem koagulacji. Polega ona na łączeniu się rozproszonych<br />
cząstek koloidu w większe skupiska (agregaty). Koagulacja może być procesem<br />
odwracalnym lub nieodwracalnym. Proces odwrotny do koagulacji, czyli przejście żelu<br />
w zol, nazywa się peptyzacją. Koagulację można także wywołać przez dodanie różnych<br />
substancji do koloidu. W dośw. 1. chlorek sodu spowodował koagulację odwracalną<br />
koloidu białka, natomiast kwas siarkowy(VI) – koagulację nieodwracalną.<br />
<br />
<br />
<br />
– piana<br />
<br />
– emulsja<br />
<br />
– (ciecz rozproszona w gazie).<br />
<br />
<br />
PODSUMOWANIE<br />
Rozpuszczalnik<br />
<br />
W koloidach<br />
<br />
Efekt Tyndalla<br />
peptyzacja to proces odwrotny.<br />
Denaturacja<br />
PYTANIA I ZADANIA<br />
1. <br />
a) b) c)<br />
<br />
A.<br />
B.<br />
C.<br />
D. mieszanina cukru i wody<br />
E.<br />
3. <br />
14
Przypomnij sobie<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
substancji w danej temperaturze.<br />
<br />
tworze nasyconym w tej samej temperaturze.*<br />
* Roztwór przesycony jest nietrwały i nie można go otrzymać bezpośrednio przez dodanie nadmiaru substancji<br />
rozpuszczanej.<br />
ochłodzenie roztworu,<br />
odparowanie<br />
rozpuszczalnika<br />
lub dodanie<br />
substancji<br />
roztwór nienasycony<br />
ochłodzenie roztworu,<br />
odparowanie<br />
rozpuszczalnika<br />
ogrzanie roztworu<br />
lub dodanie rozpuszczalnika<br />
ochłodzenie roztworu<br />
roztwór nasycony<br />
ogrzanie roztworu<br />
lub dodanie rozpuszczalnika<br />
roztwór przesycony<br />
<br />
Przykładem roztworu przesyconego jest miód, w którym krystalizacja glukozy w temperaturze<br />
pokojowej może trwać kilka miesięcy, a nawet kilka lat.<br />
15
ROZTWORY<br />
Zdolność rozpuszczania się substancji w danym rozpuszczalniku jest jedną z głównych<br />
właściwości tej substancji. W celu ilościowego określenia tej zdolności wprowadzono<br />
pojęcie rozpuszczalności.<br />
<br />
<br />
<br />
Wiadomo, że znacznie więcej cukru można rozpuścić w gorącej herbacie niż w zimnej<br />
lub że tłuszcz nie rozpuszcza się w wodzie. Można zatem stwierdzić, że rozpuszczalność<br />
substancji stałych w cieczach zależy od temperatury i rodzaju rozpuszczalnika.<br />
<br />
Zależność rozpuszczalności ciał stałych w wodzie od temperatury można przedstawić<br />
w postaci tzw. krzywych rozpuszczalności.<br />
<br />
<br />
cukier<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
joekpotasu<br />
octansou<br />
azotan(V)potasu<br />
chlorekamonu<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
16
Informacje znajdujące się na wykresie z krzywymi rozpuszczalności pozwalają dokładniej<br />
wyjaśnić przebieg dośw. 1. z tematu 18. Gdyby w tym doświadczeniu użyć azotanu(V)<br />
potasu, to w 100 g wody w temperaturze 80°C można by maksymalnie rozpuścić ok. 170 g<br />
tej soli. Po oziębieniu otrzymanego roztworu do temperatury 20°C, w której rozpuszczalność<br />
KNO 3 wynosi ok. 30 g / 100 g wody, wykrystalizuje jej nadmiar, czyli ok. 140 g.<br />
Korzystając z krzywych rozpuszczalności, możemy przeprowadzić wiele innych przydatnych<br />
obliczeń.<br />
<br />
Ile gramów cukru można rozpuścić w 300 g wody w temperaturze 20°C?<br />
Z krzywej rozpuszczalności cukru możemy odczytać, że rozpuszczalność<br />
cukru w wodzie w temperaturze 20°C wynosi 203 g. Stąd:<br />
203 g cukru rozpuszcza się w 100 g H 2 O<br />
to x g cukru rozpuszcza się w 300 g H 2 O<br />
203 g ⋅ 300 g<br />
x =<br />
= 609 g cukru<br />
100 g<br />
W temperaturze 20°C w 300 g wody można rozpuścić 609 g cukru.<br />
Rozpuszczalność gazów w cieczach również zależy od rodzaju rozpuszczalnika<br />
i temperatury. Gazy na ogół rozpuszczają się lepiej w rozpuszczalnikach organicznych<br />
niż w wodzie. W wodzie bardzo dobrze rozpuszczają się takie gazy, jak NH 3 i HCl.<br />
<br />
<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
0<br />
azot<br />
tlen<br />
50<br />
Temperatura, °C<br />
100<br />
<br />
od temperatury<br />
Wiadomo, że wraz ze wzrostem temperatury<br />
spada zawartość tlenu w wodzie.<br />
Zmniejszenie ilości tlenu w zbiorniku<br />
wodnym często doprowadza do tzw.<br />
przyduchy, w której efekcie ryby mogą<br />
ginąć, dlatego latem trzeba intensywnie<br />
napowietrzać wodę w akwarium. Innym<br />
przykładem jest pęcz nienie butelek z tworzyw<br />
sztucznych z napojami gazowanymi<br />
wystawionych na bezpośrednie działanie<br />
promieni słonecznych. W wyniku malejącej<br />
rozpuszczalności CO 2 w wodzie wzrasta<br />
ciś nienie gazu nad cieczą.<br />
Rozpuszczalność cieczy w cieczach może być nieograniczona (np. alkohol etylowy<br />
w wodzie) lub ograniczona (np. heksan w wodzie, ok. 10 mg/dm 3 H 2 O).<br />
<br />
17
ROZTWORY<br />
<br />
Podczas mieszania alkoholu etylo-<br />
<br />
<br />
3 alkoholu etylowego<br />
3 wody otrzymamy ok. 48 cm 3<br />
<br />
roztworu jest efektem silnych od-<br />
<br />
polarnych cieczy. Zjawisko to nosi<br />
.<br />
3 3 48 cm 3<br />
PODSUMOWANIE<br />
<br />
<br />
<br />
substancji w danej temperaturze.<br />
<br />
nasyconego w danej temperaturze.<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
PYTANIA I ZADANIA<br />
1. <br />
<br />
<br />
4 Cl, NaCl i KNO 3 <br />
<br />
3. <br />
<br />
4. 4 Cl,<br />
NaCl czy KNO 3 <br />
5. <br />
<br />
czy nienasycony.<br />
18
Przypomnij sobie<br />
<br />
<br />
Pojęcie stężenia procentowego jest często wykorzystywane<br />
w życiu codziennym. W sklepie można kupić ocet<br />
o stężeniu 6% lub 10% oraz śmietanę, mleko, jogurt o różnej<br />
procentowej zawartości tłuszczu. Z etykiety na herbacie<br />
owocowej także można odczytać jej skład procentowy.<br />
W lecznictwie stosuje się kroplówki z wodnego<br />
roztworu glukozy o stężeniu 5% lub 10% albo z tzw. soli<br />
fizjologicznej (0,9-procentowego roztworu chlorku sodu<br />
w wodzie). Już w szkole podstawowej wykonuje się proste<br />
obliczenia związane ze stężeniem procentowym.<br />
<br />
(c p <br />
roztworu.<br />
ms<br />
cp<br />
= ⋅100%<br />
m<br />
(1)<br />
r<br />
m s m r – masa roztworu.<br />
Masa roztworu jest równa sumie masy substancji rozpuszczonej i masy rozpuszczalnika<br />
(m rozp. ):<br />
m r m s + m rozp.<br />
(2)<br />
Jeżeli do wzoru (1) wstawimy równanie (2), to otrzymamy drugi wzór pozwalający obliczyć<br />
stężenie procentowe roztworu:<br />
c<br />
p<br />
ms<br />
= ⋅100%<br />
m + m<br />
s<br />
W wielu sytuacjach codziennych przydaje się umiejętność przygotowania roztworu<br />
o określonym stężeniu procentowym.<br />
rozp.<br />
19
ROZTWORY<br />
<br />
Przed rozpoczęciem przygotowywania roztworu o określonym stężeniu procentowym<br />
trzeba wiedzieć, ile się go potrzebuje.<br />
• Przygotowanie 300 g roztworu chlorku sodu o stężeniu 20%<br />
Najpierw na podstawie wzoru (1) trzeba obliczyć masę chlorku sodu, która powinna być<br />
zawarta w tym roztworze.<br />
m c p m r 20% 300 g<br />
s= ⋅ ⋅<br />
= = 60 g<br />
100% 100%<br />
Następnie za pomocą wzoru (2) należy obliczyć masę wody potrzebnej do rozpuszczenia<br />
60 g chlorku sodu w celu otrzymania 300 g roztworu.<br />
m rozp. m r – m s 300 g – 60 g 240 g<br />
Kolejną czynnością jest odważenie 60 g chlorku sodu oraz 240 g wody. Ponieważ gęstość<br />
wody wynosi 1 g/cm 3 , wygodniej będzie posłużyć się cylindrem i odmierzyć 240 cm 3<br />
wody. Te substancje należy zmieszać w naczyniu o odpowiedniej pojemności.<br />
•roztworu<br />
<br />
1<br />
masy substancji<br />
oraz masy rozpuszczalnika<br />
potrzebnych do przygotowania<br />
roztworu<br />
c<br />
p<br />
ms<br />
= ⋅100%<br />
m + m<br />
s<br />
rozp.<br />
<br />
<br />
substancji<br />
na wadze<br />
laboratoryjnej<br />
4<br />
mieszanie<br />
<br />
rozpuszczenia<br />
substancji<br />
3<br />
odmierzenie<br />
<br />
rozpuszczalnikiem jest<br />
woda, to wygodnie<br />
<br />
<br />
<br />
1 g/cm 3 )<br />
20
Stężenie molowe, podobnie jak stężenie procentowe, wyraża stosunek ilości substancji<br />
rozpuszczonej do określonej ilości roztworu. Różnica polega na tym, że ilość substancji<br />
rozpuszczonej wyraża się tu w molach, a ilość roztworu w jednostkach objętości.<br />
(c m – stosunek liczby moli substancji rozpuszczonej do<br />
3 <br />
3 roztworu.<br />
n<br />
cm (3)<br />
Vr<br />
n V r <br />
Jednostką stężenia molowego jest mol/dm 3 (mol na decymetr sześcienny).<br />
Jeśli do wzoru (3) podstawi się zależność: n m s /M (gdzie: M – masa molowa substancji<br />
rozpuszczonej), powstanie inny wzór pozwalający obliczyć stężenie molowe:<br />
c<br />
m<br />
ms<br />
= (4)<br />
M ⋅ V<br />
<br />
Roztwory o stężeniu molowym najczęściej powstają w laboratoriach i mają zastosowanie<br />
do celów analitycznych.<br />
• Przygotowanie 500 cm 3 roztworu wodorotlenku sodu o stężeniu 0,1 mol/dm 3<br />
Pierwszą czynnością jest obliczenie masy potrzebnego NaOH. Można to zrobić dwoma<br />
sposobami.<br />
Sposób I<br />
Najpierw za pomocą wzoru (3) należy obliczyć liczbę moli NaOH zawartą w planowanej<br />
objętości roztworu (w dm 3 ).<br />
n c m<br />
· V r 0,1 mol/dm 3 · 0,5 dm 3 0,05 mola<br />
Następnie oblicza się masę potrzebnego NaOH:<br />
– ponieważ 1 mol NaOH ma masę 40 g, to 0,05 mola NaOH będzie miało masę:<br />
40 g/mol · 0,05 mola 2 g<br />
– lub na podstawie zależności<br />
n<br />
m<br />
M<br />
s<br />
m s n · M NaOH 0,05 mola · 40 g/mol 2 g<br />
Sposób II<br />
Masę potrzebnego NaOH można obliczyć szybciej za pomocą wzoru (4).<br />
m s c m<br />
· M NaOH · V r 0,1 mol/dm 3 · 40 g/mol · 0,5 dm 3 = 2 g<br />
r<br />
21
ROZTWORY<br />
Kolejną czynnością jest odważenie 2 g NaOH oraz dodanie tej substancji do kolby miarowej<br />
o pojemności 500 cm 3 , zawierającej kilkadziesiąt cm 3 wody destylowanej. Następnie<br />
należy zatkać kolbę korkiem i ostrożnie mieszać jej zawartość. Po ostygnięciu otrzymanego<br />
roztworu trzeba dodać tyle wody destylowanej, aby wypełniła ona kolbę do kreski<br />
znajdującej się na szyjce kolby i oznaczającej pojemność 500 cm 3 .<br />
•<br />
o podanym molowym<br />
1<br />
masy substancji<br />
m s c m<br />
· M · V r<br />
4<br />
dolanie<br />
rozpuszczalnika<br />
do kreski<br />
<br />
<br />
substancji<br />
po<br />
<br />
rozpuszczeniu<br />
substancji<br />
3<br />
dodanie substancji<br />
do rozpuszczalnika<br />
i mieszanie<br />
Dzięki znajomości pojęć stężenia procentowego i stężenia molowego, można wykonywać<br />
wiele obliczeń.<br />
<br />
Obliczmy stężenie procentowe roztworu, który w 250 cm 3 wody zawiera 10 g cukru.<br />
Korzystamy ze wzoru na gęstość i obliczamy masę roztworu:<br />
m r V r<br />
· d r 250 cm 3 · 1 g/cm 3 250 g<br />
Obliczamy stężenie procentowe:<br />
m<br />
10 g<br />
s<br />
cp<br />
= ⋅ 100% =<br />
⋅ 100% = 3, 85%<br />
m + m<br />
10 g+<br />
250 g<br />
s<br />
rozp.<br />
Stężenie procentowe wynosi 3,85%.<br />
22
Obliczmy, ile gramów soli kuchennej pozostanie po całkowitym odparowaniu wody ze<br />
100 cm 3 roztworu o stężeniu 10% i gęstości 1,07 g/cm 3 .<br />
Korzystamy ze wzorów na stężenie procentowe oraz na gęstość i obliczamy<br />
masę soli kuchennej:<br />
3<br />
cp Vr dr<br />
cm g/cm<br />
ms<br />
= ⋅ ⋅ 3<br />
10% ⋅100 ⋅1,<br />
07<br />
=<br />
= 10,<br />
7 g<br />
100%<br />
100%<br />
Pozostanie 10,7 g soli kuchennej.<br />
<br />
Obliczmy masę wody zawartej w 2 dm 3 roztworu chlorku sodu o stężeniu 26%, jeżeli jego<br />
gęstość wynosi 1,197 g/cm 3 .<br />
Obliczamy masę rozpuszczonego NaCl:<br />
3<br />
cp Vr dr<br />
cm g/cm<br />
ms<br />
= ⋅ ⋅ 3<br />
26% ⋅2000 ⋅1,<br />
197<br />
=<br />
= 622,<br />
44 g≈622<br />
g<br />
100%<br />
100%<br />
Obliczamy masę wody:<br />
m H2 O m r – m s V ·<br />
r d r – m s 2000 cm 3 · 1,197 g/cm 3 – 622 g 1772 g<br />
Roztwór zawiera 1772 g wody.<br />
<br />
Obliczmy stężenie molowe nadtlenku wodoru w wodzie utlenionej, jeśli 250 cm 3 tego roztworu<br />
zawiera 7,5 g H 2 O 2 .<br />
<br />
m<br />
75 , g<br />
s<br />
3<br />
cm= =<br />
= 088 , mol/dm<br />
M ⋅ V<br />
3<br />
r 34 g/mol⋅0,<br />
25 dm<br />
Stężenie molowe roztworu wynosi 0,88 mol/dm 3 .<br />
<br />
Obliczmy masę molową wodorotlenku pewnego metalu, jeśli w 2000 cm 3 roztworu o stężeniu<br />
0,5 mol/dm 3 znajduje się 40 g tej substancji. Podajmy wzór tego wodorotlenku.<br />
<br />
m<br />
M = c ⋅ V<br />
= 40 g<br />
s<br />
= 40 g / mol<br />
3 3<br />
05 , mol/dm ⋅2dm<br />
m<br />
r<br />
Masa molowa wodorotlenku wynosi 40 g/mol. Tym wodorotlenkiem jest<br />
NaOH.<br />
<br />
Obliczmy stężenie procentowe nasyconego roztworu pewnej substancji, jeśli jej rozpuszczalność<br />
w temperaturze 25°C wynosi 25 g.<br />
Jeżeli rozpuszczalność substancji wynosi 25 g, to oznacza, że tę ilość substancji<br />
można rozpuścić w 100 g wody w danej temperaturze, stąd:<br />
m<br />
25<br />
s<br />
cp= ⋅ 100% =<br />
⋅ 100% = 20%<br />
m + m<br />
25 g+<br />
100 g<br />
s<br />
g<br />
H 2 O<br />
Stężenie procentowe nasyconego roztworu tej substancji wynosi 20%.<br />
23
ROZTWORY<br />
<br />
Obliczmy stężenie procentowe roztworu kwasu siarkowego(VI) otrzymanego w wyniku<br />
rozpuszczenia 5 g tlenku siarki(VI) w 100 g wody destylowanej.<br />
W trakcie rozpuszczania tlenku siarki(VI) w wodzie zachodzi reakcja chemiczna:<br />
SO 3 + H 2 O H 2 SO 4<br />
Aby obliczyć ilość powstającego kwasu, ustalamy, który z substratów jest<br />
w nadmiarze, a który w niedomiarze.<br />
reaguje<br />
1 mol SO 3 z 1 molem H 2 O<br />
reaguje<br />
80 g SO 3 z 18 g H 2 O<br />
przereaguje<br />
5 g SO 3 z x g H 2 O więc x = 1,125 g H 2 O<br />
Woda jest w nadmiarze (potrzeba 1,125 g, a użyto 100 g). Dlatego ilość powstającego kwasu<br />
należy obliczyć na podstawie ilości tlenku siarki(VI).<br />
z 1 mola SO otrzymuje się 3 1 mol H 2 SO 4<br />
otrzymuje się<br />
z 80 g SO 3 98 g H2 SO 4<br />
otrzyma się<br />
z 5 g SO 3<br />
y g H2 SO 4 więc y = 6,125 g H 2 SO 4<br />
Obliczamy stężenie procentowe roztworu kwasu siarkowego(VI):<br />
m<br />
6,<br />
125 g<br />
s<br />
cp<br />
= ⋅ 100%<br />
= ⋅ 100% = 5, 83%<br />
m<br />
105 g<br />
r<br />
Stężenie procentowe roztworu kwasu siarkowego(VI) wynosi 5,83%.<br />
<br />
Aby obliczyć stężenie procentowe na podstawie stężenia molowego i odwrotnie, należy<br />
wyprowadzić odpowiednie wzory.<br />
Wiadomo, że stężenie roztworu można obliczyć z następujących wzorów:<br />
n M<br />
n<br />
cp<br />
= ⋅ ⋅ 100% i cm<br />
=<br />
Vr⋅<br />
dr<br />
Vr<br />
Z drugiego wzoru można obliczyć liczbę moli:<br />
n c m · V r<br />
Podstawienie uzyskanej zależności do wzoru opisującego stężenie procentowe daje wzory<br />
umożliwiające przeliczanie stężeń roztworów.<br />
c<br />
p<br />
cm<br />
Vr<br />
M cm<br />
M<br />
= ⋅ ⋅ ⋅ 100 % = ⋅ ⋅ 100 % lub c<br />
V ⋅ d<br />
d<br />
r<br />
r<br />
r<br />
m<br />
=<br />
cp⋅dr<br />
M ⋅100%<br />
24<br />
<br />
Obliczmy stężenie molowe perhydrolu, który jest roztworem nadtlenku wodoru o stężeniu<br />
30% i gęstości 1,13 g /cm 3 .<br />
Pamiętamy, aby do wzoru podstawić gęstość roztworu w g/dm 3 .<br />
3<br />
cp⋅dr<br />
30%<br />
⋅1130<br />
g/dm<br />
3<br />
cm=<br />
=<br />
= 9,97 mol/dm<br />
M ⋅100%<br />
34 g/mol⋅100%<br />
Stężenie molowe H 2 O 2 w perhydrolu wynosi 9,97 mol/dm3 .
• <br />
nadtlenku wodoru w wodzie. Ta bezbar-<br />
<br />
<br />
• -<br />
<br />
-<br />
<br />
• <br />
wadzane<br />
do krwioobiegu w sytuacjach<br />
<br />
towe<br />
wodne roztwory dekstranu (wielocukier),<br />
hydroksyetyloskrobi (modyfikowana<br />
<br />
PODSUMOWANIE<br />
<br />
to suma masy substancji rozpuszczonej i masy rozpuszczalnika.<br />
3<br />
roztworu.<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
PYTANIA I ZADANIA<br />
1. <br />
<br />
3 .<br />
3. <br />
4. -<br />
3 3 .<br />
5. * 3 <br />
roztworu wodorotlenku.<br />
25
Przypomnij sobie <br />
nasycony.<br />
<br />
Stężenie gotowych roztworów różnych substancji często bywa inne niż to, które w danym<br />
momencie jest do czegoś potrzebne. Takie roztwory można zatężać, czyli zwiększać<br />
ich stężenie, lub rozcieńczać, czyli zmniejszać ich stężenie. Czynność ta to nic innego<br />
jak zmiana stężenia roztworu.<br />
<br />
przez dodanie dodatkowej porcji substancji rozpuszczanej lub<br />
odparowanie rozpuszczalnika.<br />
Zatężanie roztworu najczęściej przydaje się w sytuacji, gdy ostatecznie ma z niego wykrystalizować<br />
substancja rozpuszczona. Krystalizacja następuje wówczas po oziębieniu<br />
roztworu. Właśnie w ten sposób cukrownicy otrzymują kryształki cukru: zatężają<br />
roztwór otrzymany z buraków cukrowych. Od setek lat ludzie identycznie postępują<br />
z wodą morską – zatężają ją w specjalnych zbiornikach, aby otrzymać sól.<br />
<br />
Obliczmy, ile gramów substancji należy dodać do 250 g roztworu tej substancji o stężeniu<br />
10%, aby otrzymać roztwór o stężeniu 15%.<br />
Obliczamy masę substancji rozpuszczonej w wyjściowym roztworze:<br />
cp1 mr1 g<br />
ms1<br />
= ⋅ 10%<br />
⋅250<br />
=<br />
= 25 g<br />
100%<br />
100%<br />
Układamy równanie, w którym masę dodanej substancji oznaczamy jako x. W tym równaniu:<br />
m s2 25 g + x – masa substancji rozpuszczonej w roztworze o stężeniu 15%<br />
m r2 250 g + x – masa roztworu o stężeniu 15%<br />
m<br />
g x<br />
s2<br />
cp2<br />
= ⋅<br />
m<br />
100 15 25 +<br />
% % =<br />
r2<br />
250 g + x<br />
⋅ 100%<br />
x 14,7 g<br />
Do wyjściowego roztworu należy dodać 14,7 g substancji.<br />
26
Obliczmy, ile gramów wody można odparować z 300 g roztworu siarczanu(VI) miedzi(II)<br />
o stężeniu 4%, aby po ochłodzeniu do temperatury 20°C z zatężonego roztworu nie zaczęły<br />
wydzielać się kryształy tej soli. Przyjmijmy, że rozpuszczalność CuSO 4 w temperaturze 20°C<br />
wynosi 20 g / 100 g wody.<br />
Obliczamy ilość CuSO 4 zawartą w wyjściowym roztworze:<br />
cp mr g<br />
ms<br />
= ⋅ 4%<br />
= ⋅ 300<br />
= 12 g<br />
100%<br />
100%<br />
Obliczamy ilość wody zawartej w roztworze nasyconym CuSO 4 w temperaturze 20°C, jeśli<br />
jest w nim 12 g tej soli:<br />
jest zawarte<br />
w 100 g wody<br />
20 g CuSO 4<br />
jest zawarte<br />
w x g wody<br />
12 g CuSO 4 więc x 60 g<br />
Obliczamy ilość wody w wyjściowym roztworze: 300 g – 12 g 288 g<br />
Obliczamy ilość wody, którą można odparować: 288 g – 60 g 228 g<br />
Można odparować 228 g wody.<br />
<br />
Do 100 g roztworu soli kuchennej o stężeniu 10% wprowadzono dodatkowo 10 g tej soli.<br />
Obliczmy stężenie procentowe otrzymanego roztworu.<br />
Obliczamy masę substancji w wyjściowym roztworze:<br />
cp1 mr1 g<br />
ms1<br />
= ⋅ 10%<br />
⋅100<br />
= = 10 g<br />
100%<br />
100%<br />
Obliczamy masę substancji rozpuszczonej oraz masę roztworu po dodaniu 10 g soli:<br />
ms 2 ms 1 + 10 g 10 g + 10 g 20 g<br />
mr 2 mr 1 + 10 g 100 g + 10 g 110 g<br />
Obliczamy stężenie procentowe otrzymanego roztworu:<br />
20 g<br />
c p 2<br />
= ⋅ 100% = 18, 18% ≈18, 2%<br />
110 g<br />
Stężenie procentowe otrzymanego roztworu wynosi 18,2%.<br />
<br />
Obliczmy, ile wody należy odparować ze 100 cm 3 roztworu chlorku sodu o stężeniu<br />
2 mol/dm 3 , aby stężenie zwiększyło się do 2,5 mol/dm 3 .<br />
Obliczamy ilość substancji w roztworze:<br />
n c m1 · V r1 = 2 mol/dm 3 · 0,1 dm 3 = 0,2 mol<br />
Obliczamy objętość roztworu po odparowaniu wody:<br />
n 02 , mol<br />
3<br />
Vr<br />
2<br />
008 , dm<br />
c<br />
3<br />
m2 25 , mol/dm<br />
Obliczamy ilość wody, którą należało odparować:<br />
V H2 O = V r1 – V r2 = 0,1 dm3 – 0,08 dm 3 = 0,02 dm 3<br />
Należy odparować 20 cm 3 wody.<br />
27
ROZTWORY<br />
•<br />
• dodanie substancji rozpuszczanej<br />
m s1<br />
m rozp.1<br />
m r1<br />
c p1<br />
m m s1 + m dodanej substancji<br />
m m rozp.1<br />
m m r1 + m dodanej substancji<br />
c p1 < c <br />
<br />
<br />
• odparowanie rozpuszczalnika<br />
m s1<br />
m rozp.1<br />
m r1<br />
c p1<br />
m m s1<br />
m m rozp.1 – m odpar. rozp.<br />
m m r1 – m odpar. rozp.<br />
c p1 < c <br />
<br />
<br />
•<br />
• dodanie rozpuszczalnika<br />
m s1<br />
m rozp.1<br />
m r1<br />
c p1<br />
m m s1<br />
m m rozp.1 + m dodanego rozp.<br />
m m r1 + m dodanego rozp.<br />
c p1 > c <br />
<br />
<br />
28
Na opakowaniach bądź ulotkach niektórych preparatów chemii gospodarczej, farb,<br />
lakierów, kosmetyków lub leków można zauważyć zalecenie rozcieńczenia tych substancji<br />
przed użyciem wodą lub jakimś innym rozpuszczalnikiem. Przykładem może<br />
być rozcieńczenie wody utlenionej do płukania jamy ustnej: należy wlać łyżkę stołową<br />
wody utlenionej (10 cm 3 ) do szklanki (250 cm 3 ) przegotowanej i ochłodzonej wody.<br />
W ten sposób roztwór zostanie rozcieńczony ok. 26 razy.<br />
przez dolanie dodatkowej porcji rozpuszczalnika.<br />
<br />
Obliczmy, ile wody należy dolać do 50 g roztworu pewnej substancji o stężeniu 20%, aby<br />
otrzymać jej roztwór o stężeniu 5%.<br />
Obliczamy masę substancji rozpuszczonej w wyjściowym roztworze:<br />
cp1 mr1 g<br />
ms<br />
= ⋅ 20%<br />
⋅50<br />
= = 10 g<br />
100%<br />
100%<br />
Obliczamy masę roztworu o stężeniu 5%:<br />
ms<br />
100 10 g 100<br />
mr<br />
2<br />
= ⋅ % ⋅ %<br />
= = 200 g<br />
cp2<br />
5%<br />
Obliczamy masę dolanej wody:<br />
m H2 O m r2 – m r1 200 g – 50 g 150 g<br />
Należy dolać 150 g wody.<br />
<br />
Do 500 g octu (wodnego roztworu kwasu octowego) o stężeniu 6% dolano 100 g wody.<br />
Obliczmy stężenie procentowe nowego roztworu.<br />
Obliczamy masę substancji w roztworze:<br />
cp1 mr1 g<br />
ms<br />
= ⋅ 6%<br />
= ⋅ 500<br />
= 30 g<br />
100%<br />
100%<br />
Obliczamy masę roztworu po dolaniu 100 g wody:<br />
m r2 m r1 + 100 g 500 g + 100 g 600 g<br />
Obliczamy stężenie procentowe otrzymanego roztworu:<br />
30 g<br />
c p 2<br />
= ⋅ 100% = 5%<br />
600 g<br />
Stężenie procentowe otrzymanego roztworu wynosi 5%.<br />
<br />
<br />
Stężenie roztworu można również zmieniać przez mieszanie ze sobą roztworów o różnym<br />
stężeniu. Uzyskuje się wówczas roztwór o stężeniu pośrednim między stężeniami<br />
mieszanych roztworów.<br />
29
ROZTWORY<br />
<br />
Zmieszano ze sobą dwa roztwory soli kuchennej: 100 g roztworu o stężeniu 10% z 200 g<br />
roztworu o stężeniu 5%.<br />
Obliczmy stężenie procentowe otrzymanego roztworu.<br />
Obliczamy masę substancji rozpuszczonej w obu roztworach:<br />
cp1 mr1 g<br />
ms1<br />
= ⋅ 10%<br />
⋅100<br />
cp2 mr2 g<br />
= = 10 g ms2<br />
= ⋅ 5%<br />
= ⋅ 200<br />
= 10 g<br />
100%<br />
100%<br />
100%<br />
100%<br />
Obliczamy masę substancji rozpuszczonej oraz masę roztworu po zmieszaniu roztworów<br />
o stężeniach 10% i 5%:<br />
m s3 m s1 + m s2 10 g + 10 g 20 g<br />
m r3 m r1 + m r2 100 g + 200 g 300 g<br />
Obliczamy stężenie procentowe otrzymanego roztworu:<br />
m<br />
20 g<br />
s3<br />
cp3<br />
= ⋅ 100% = ⋅ 100% = 6, 67%<br />
m<br />
300g<br />
r3<br />
Stężenie otrzymanego roztworu wynosi 6,67%.<br />
<br />
Obliczmy, w jakim stosunku masowym należy zmieszać roztwory kwasu siarkowego(VI)<br />
o stężeniach c p1 60% i c p2 = 10%, aby otrzymać roztwór o stężeniu c p3 20%.<br />
Stężenie procentowe otrzymanego roztworu możemy określić wzorem:<br />
cp1 ⋅mr1 cp2 mr2<br />
ms1+<br />
m<br />
+ ⋅<br />
s2<br />
cp3<br />
= ⋅ 100%<br />
=<br />
100% 100%<br />
⋅100%<br />
mr1+<br />
mr2<br />
mr1<br />
+ mr2<br />
i po przekształceniach otrzymamy:<br />
c p3<br />
· m r1 + c p3<br />
· m r2 c p1<br />
· m r1 + c p2<br />
· m r2<br />
m r2<br />
· (c p3 – c p2 ) = m r1<br />
· (c p1 – c p3 )<br />
m c<br />
r1 p3<br />
– cp2<br />
20% – 10% 1<br />
<br />
m c – c 60% – 20% 4<br />
r2 p1 p3<br />
Aby otrzymać roztwór kwasu siarkowego(VI) o stężeniu 20%, należy zmieszać<br />
ze sobą roztwory o stężeniach 60% i 10% w stosunku masowym 1 : 4.<br />
Wyprowadzony w przykładzie 8 wzór jest nazywany regułą mieszania (regułą krzyża).<br />
Można go zapisać również w następującej postaci:<br />
c p1<br />
c p2<br />
c p3<br />
m r1 c p3 – c p2<br />
m r2 c p1 – c p3<br />
c p1 > c p3 > c p2<br />
gdzie: c p1 , c p2 – stężenia roztworów wyjściowych; c p3 – stężenie otrzymanego roztworu;<br />
m r1 – masa roztworu o stężeniu c p1<br />
; m r2 – masa roztworu o stężeniu c p2<br />
.<br />
30
• <br />
<br />
etylowym.<br />
• <br />
SO 4 <br />
3 <br />
<br />
• <br />
<br />
• -<br />
<br />
do wody.<br />
PODSUMOWANIE<br />
<br />
przez dodanie dodatkowej porcji substancji rozpuszczanej<br />
lub odparowanie rozpuszczalnika.<br />
przez dolanie dodatkowej porcji rozpuszczalnika.<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
PYTANIA I ZADANIA<br />
1. <br />
<br />
3 wody. Oblicz<br />
<br />
3. 3 <br />
<br />
3 .<br />
4. <br />
<br />
5. <br />
<br />
<br />
<br />
cukru.<br />
31
ROZTWORY<br />
Rozpuszczanie<br />
i dysocjacja elektrolityczna<br />
Rozpuszczanie<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Przypomnij sobie<br />
czeniu w wodzie.<br />
<br />
Rozpuszczanie danej substancji w wodzie lub w innej cieczy (np. w alkoholu, benzynie,<br />
acetonie, heksanie) polega na wymieszaniu drobin, z których jest zbudowana ta substancja,<br />
z drobinami rozpuszczalnika.<br />
<br />
drobina wody<br />
<br />
<br />
Po usunięciu rozpuszczalnika substancja rozpuszczona jest wciąż tą samą substancją.<br />
Niektóre substancje bardzo dobrze rozpuszczają się w wodzie (np. cukier spożywczy),<br />
a inne wykazują ograniczoną rozpuszczalność (np. siarczan(VI) wapnia) lub też nie rozpuszczają<br />
się w ogóle (np. metale).<br />
32
Podczas rozpuszczania substancji jonowej woda powoduje rozrywanie wiązań występujących<br />
między kationami a anionami w sieci krystalicznej. Jony przechodzące do roztworu<br />
są otaczane przez cząsteczki wody, które mają charakter dipoli i odpowiednim biegunem<br />
elektrycznym przyciągają się z kationami oraz anionami.<br />
Dysocjacja elektrolityczna <br />
wody.<br />
W literaturze można też znaleźć określenie dysocjacja jonowa.<br />
Dysocjację elektrolityczną chlorku sodu można opisać schematem:<br />
[ Na + Cl – H<br />
]<br />
2 O<br />
Cl –<br />
n n Na + + n<br />
<br />
lub uproszczonym równaniem:<br />
NaCl<br />
H 2<br />
O<br />
Na + + Cl –<br />
<br />
uwodniony anion<br />
Cl – Na + H O<br />
uwodniony kation<br />
Schemat dysocjacji chlorku sodu<br />
<br />
Dysocjacji elektrolitycznej ulega także wiele związków, w których cząsteczkach są wiązania<br />
kowalencyjne (atomowe) spolaryzowane.<br />
33
ROZTWORY<br />
•<br />
Para elektronowa<br />
<br />
kowalencyjne<br />
spolaryzowane<br />
<br />
wodoru i chloru<br />
<br />
<br />
chloru – pierwiastka<br />
bardziej<br />
elektroujemnego.<br />
Podczas rozpuszczania<br />
chlorowodoru w wodzie<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
biegunami dodatnimi.<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
atomu chloru<br />
<br />
<br />
pary elektronowej do atomu<br />
chloru, a w konsekwencji<br />
+ i Cl – .<br />
<br />
O obecności jonów (kationów i anionów) w roztworze soli można się przekonać, przeprowadzając<br />
następujące doświadczenie.<br />
CuCl <br />
<br />
<br />
Opis: Przygotujcie dwie<br />
<br />
<br />
<br />
3 . W zlewkach<br />
<br />
-<br />
<br />
CuCl 2<br />
<br />
<br />
.<br />
+ –<br />
Wnioski: <br />
w tym roztworze.<br />
Przepływ prądu elektrycznego przez przewodniki metalowe oraz grafit polega na przemieszczaniu<br />
się znajdujących się w nich swobodnych elektronów. Natomiast przepływ<br />
prą du przez roztwór zawierający jony ma całkiem inny mechanizm. Chlorek miedzi(II)<br />
dysocjuje na jony Cu 2+ i Cl – . Jony Cu 2+ , po zetknięciu się z elektrodą połączoną z ujemnym<br />
biegunem źródła prądu, na której jest nadmiar elektronów, pobierają z niej elektrony<br />
34
i przechodzą w atomy miedzi. Na ujemnej elektrodzie obserwujemy zatem osadzanie się<br />
metalicznej miedzi. Z kolei jony Cl – , po zetknięciu się z drugą elektrodą połączoną<br />
z dodatnim biegunem źródła prądu, oddają elektrony i przechodzą w atomy chloru.<br />
Dlatego na dodatniej elektrodzie wydziela się gazowy chlor.<br />
Opisany proces nazywa się elektrolizą. Elektroliza może przebiegać nie tylko w roztworach<br />
zawierających jony, ale również w stopionych substancjach jonowych.<br />
stopiony NaCl O<br />
Na + Cl –<br />
<br />
Elektroliza to metoda przemysłowego otrzymywania wielu różnych pierwiastków (wodoru,<br />
chloru, miedzi, glinu itp.) ze związków chemicznych. Metodą elektrolityczną<br />
można otrzymać np. glin. Tlenek glinu dysocjuje na jony Al 3+ i O 2– po rozpuszczeniu<br />
w stopionym kriolicie. Oprócz czystego glinu w tej reakcji wydziela się tlen, reagujący<br />
z elektrodą węglową i tworzący tlenek węgla(IV).<br />
<br />
Zapisując równanie procesu dysocjacji elektrolitycznej, należy pamiętać o tym, aby<br />
łączna liczba ładunków dodatnich i ujemnych była równa zero.<br />
Na przykład w równaniu dysocjacji:<br />
Al 2 (SO 4 ) 3 2 Al 3+ + 3 SO 4<br />
2–<br />
2 jony Al 3+ mają łącznie 6 ładunków dodatnich, a 3 jony SO 4 2– mają 6 ładunków ujemnych,<br />
co w sumie daje zero.<br />
Substancje, które po rozpuszczeniu w wodzie ulegają dysocjacji, a ich roztwory przewodzą<br />
prąd elektryczny, nazywamy elektrolitami. Nie wszystkie elektrolity w tym samym<br />
stopniu dysocjują na jony i dlatego substancje te dzielimy na mocne i słabe, w zależności<br />
od tego, jak wiele z początkowej liczby ich cząsteczek rozpada się na jony. Elektrolitami<br />
są też substancje, które przewodzą prąd po stopieniu.<br />
35
ROZTWORY<br />
<br />
W celu porównania, jak różne substancje w roztworach o podobnym stężeniu dysocjują<br />
na jony, posługujemy się wiel kością zwaną stopniem dysocjacji.<br />
36<br />
<br />
<br />
<br />
= <br />
= c z<br />
c m<br />
Przyjmujemy, że stopień dysocjacji rozpuszczalnych w wodzie związków o budowie<br />
jonowej, takich jak sole, jest równy 100%, gdyż w ich roztworze będą zawarte tylko jony.<br />
W wypadku kwasu, który ma w cząsteczce jeden atom wodoru, liczba cząsteczek zdysocjowanych<br />
jest równa liczbie jonów H + . Korzystając z pojęcia mola, możemy liczbę jonów<br />
H + i liczbę niezdysocjowanych cząsteczek zastąpić odpowiednimi stężeniami molowymi.<br />
= [H+ ]<br />
c m<br />
gdzie: [H + ] – stężenie molowe jonów H + , c m – całkowite stężenie molowe kwasu.<br />
Stopień dysocjacji można wyrażać w postaci ułamka bądź w procentach. Jeśli dana<br />
substancja jest całkowicie lub prawie całkowicie zdysocjowana na jony, to jest równy<br />
lub bliski 100% i zaliczamy ją do mocnych elektrolitów. Przyjęto, że substancje są<br />
słabymi elektrolitami, gdy < 5%. Wartość stopnia dysocjacji zależy od temperatury,<br />
a w wypadku słabych elektrolitów – również od ich stężenia.<br />
<br />
Obliczmy stopień dysocjacji kwasu octowego, którego stężenie molowe wynosi 0,1 mol/dm 3 ,<br />
a stężenie H + równa się 0,001 mol/dm 3 .<br />
Podstawiamy powyższe dane do wzoru i otrzymujemy:<br />
+<br />
[ H ] 0,<br />
001 mol/dm<br />
α= = = 001 ,<br />
c<br />
3<br />
01 , mol/dm<br />
m<br />
3<br />
Gdy zamienimy ułamek na procenty (0,01 · 100%), to = 1%. Kwas octowy jest zatem<br />
słabym elektrolitem.<br />
Stopień dysocjacji kwasu octowego o stężeniu molowym 0,1 mol/dm 3 wynosi 1%.<br />
<br />
Obliczmy stężenie molowe niezdysocjowanych cząsteczek w roztworze kwasu octowego<br />
o stężeniu 0,5 mol/dm 3 , jeśli wiadomo, że stopień dysocjacji tego kwasu wynosi 0,88%.<br />
Najpierw obliczamy stężenie molowe cząsteczek zdysocjowanych (c z ):<br />
c z = · c m = 0,0088 · 0,5 mol/dm 3 = 0,0044 mol/dm 3<br />
Następnie obliczamy stężenie molowe cząsteczek niezdysocjowanych (c nz ):<br />
c nz = c m – c z = 0,5 mol/dm 3 – 0,0044 mol/dm 3 = 0,4956 mol/dm 3<br />
Stężenie molowe cząsteczek niezdysocjowanych wynosi 0,4956 mol/dm 3 .
autodysocjacji<br />
<br />
H 2 O H + + OH –<br />
W 1 dm 3 <br />
-<br />
<br />
<br />
H + – .<br />
PODSUMOWANIE<br />
Dysocjacja <br />
elektrolityczna to rozpad substancji na jony w wyniku jej rozpuszczania<br />
w wodzie.<br />
<br />
<br />
<br />
w wyniku dysocjacji elektrolitycznej<br />
<br />
<br />
chemiczne.<br />
<br />
<br />
<br />
α= [ H+ ]<br />
c m<br />
Elektrolitymocne, gdy<br />
<br />
PYTANIA I ZADANIA<br />
1. -<br />
<br />
-<br />
4 , FeCl 3 i Na 3 PO 4 .<br />
3. -<br />
<br />
4. 3 jego<br />
<br />
<br />
37
ROZTWORY<br />
ROZTWORY<br />
RODZAJE MIESZANIN<br />
Mieszanina-<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
MIESZANINY<br />
<br />
<br />
<br />
rozmiary mniejsze od<br />
<br />
koloid<br />
-<br />
<br />
<br />
<br />
charakterystyczny jest dla<br />
niego efekt Tyndalla.<br />
<br />
-<br />
-<br />
<br />
pod mikroskopem, przez<br />
<br />
Emulsja – ciecz<br />
rozproszona w cieczy<br />
Piana – gaz rozproszony<br />
<br />
– ciecz rozpro szona<br />
w gazie<br />
METODY ROZDZIELANIA MIESZANIN<br />
<br />
<br />
Mieszaniny jednorodne:<br />
krystalizacja<br />
odparowanie<br />
destylacja <br />
chromatografia<br />
ekstrakcja<br />
Mieszaniny niejednorodne:<br />
<br />
dekantacja<br />
sedymentacja<br />
<br />
<br />
38
ozpuszczalnika w danej temperaturze.<br />
<br />
<br />
<br />
ROZTWORY<br />
ROZTWÓR<br />
nienasycony<br />
nasycony<br />
przesycony<br />
<br />
c p <br />
<br />
to suma masy substancji rozpuszczonej i masy<br />
rozpuszczalnika.<br />
c m <br />
rozpuszczonej w 1 dm 3 roztworu.<br />
c<br />
p<br />
ms<br />
= ⋅100%<br />
m<br />
r<br />
mr = ms + mrozp.<br />
c<br />
m<br />
n<br />
<br />
V<br />
r<br />
<br />
c p1<br />
c p2<br />
c p3<br />
c p1 c p3 c p2<br />
m r1 = c p3 – c p2<br />
m r2 = c p1 – c p3<br />
DYSOCJACJA ELEKTROLITYCZNA<br />
Dysocjacja elektrolityczna <br />
Elektrolity<br />
<br />
ELEKTROLITY MOCNE<br />
wodorotlenki<br />
<br />
)<br />
SO 4 ,<br />
HNO 3 , HClO 4<br />
niemal wszystkie sole<br />
(dobrze rozpuszczalne<br />
w wodzie)<br />
<br />
<br />
39
ROZTWORY<br />
1. <br />
<br />
A. <br />
C. <br />
B. <br />
D. <br />
<br />
<br />
A. rozpuszczenia cukru w wodzie.<br />
B. rozpuszczenia soli kuchennej w wodzie.<br />
C. <br />
D. <br />
3. <br />
<br />
A. <br />
B. <br />
C. <br />
D. <br />
4. <br />
A. <br />
B. <br />
C. <br />
D. <br />
5.-<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
A. NH 4 Cl, NaCl i KNO 3 .<br />
B. 3 .<br />
C. 3 COONa i KNO 3 .<br />
D. 3 COONa.<br />
<br />
<br />
<br />
A. <br />
B. <br />
C. <br />
D. <br />
<br />
<br />
<br />
A. <br />
B. <br />
C. <br />
D. <br />
40