21.02.2019 Views

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

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!