CHEMIA OGÓLNA

1. CHEMIA OGÓLNA Wykład 5

2. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej CHEMIA ROZTWORÓW Roztwór – homogeniczna mieszanina składająca się z jednej lub więcej substancji rozpuszczonych w rozpuszczalniku.

3. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Rodzaje roztworów substancja rozpuszczona gaz ciecz ciało stałe gaz powietrze O2 i inne gazy w N2 wilgoć woda w powietrzu dym popiół w powietrzu rozpuszczalnik ciecz napoje gazowane CO2 w wodzie wódka etanol w wodzie słodkie napoje herbata ciało stałe wodór w platynie wilgoć w drewnie stopy metali

4. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej STĘŻENIA Stężenia podaje skład roztworów. Rodzaje stężeń • procent wagowy, stężenie procentowe, • procent objętościowy, • ułamek molowy, • stężenie molowe, • stężenie normalne .

5. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Procent wagowy (stężenie procentowe) – podaje ilość jednostek wagowych (np. gramów) substancji rozpuszczonej w 100 jednostkach (gramach) wagowych roztworu. %w – procent wagowy, lub Cp – stężenie procentowe, ms – masa substancji rozpuszczonej, mr–ru – masa roztworu, mrozp – masa rozpuszczalnika.

6. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Przykład: Obliczyć stężenie procentowe roztworu przygotowanego przez rozpuszczenie 25g NaCl w 150g wody. Dane: ms=25g, mrozp=150g. Rozwiązanie:

7. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Procent objętościowy – podaje ilość jednostek objętości substancji rozpuszczonej w 100 jednostkach objętości roztworu. %v – procent objętościowy, vs – objętość substancji rozpuszczonej, vr–ru – objętość roztworu, vrozp – objętość rozpuszczalnika.

8. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Przykład: Jaki jest procent objętościowy roztworu, jeżeli 40cm3 etanolu rozpuszczono w 60cm3 wody? Dane: vs= 40cm3, vrozp = 60cm3. Rozwiązanie:

9. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Ułamek molowy – podaje stosunek ilości moli jednego ze składników do sumy ilości moli wszystkich składników w roztworze. xs – ułamek molowy, ns – ilość moli składnika, n1,2,..,i – ilość moli składnika „i”,

10. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Przykład: Ile wynosi ułamek molowy NaCl jeżeli 10g tej soli rozpuszczono w 150g wody? Dane: mNaCl= 10g, mH2O = 150g. Rozwiązanie:

11. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej

12. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Stężenie molowe – podaje ilość moli substancji rozpuszczonej w 1dm3 roztworu. CM – stężenie molowe, n –ilość moli substancji rozpuszczonej, v – objętość roztworu, ms – masa substancji rozpuszczonej, Ms –masa molowa substancji rozpuszczonej.

13. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Przykład: Ile gramów CaCl2 należy odważyć, aby przygotować 2dm3 3.5 molowego roztworu? Dane: CM= 3.5mol/dm3, vr–ru = 2dm3 Rozwiązanie:

14. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej

15. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Stężenie normalne – podaje ilość gramo–równoważników substancji rozpuszczonej w 1dm3 roztworu. CN – stężenie normalne, gs –ilośc gramorównoważników substancji, v – objętość roztworu, ms – masa substancji, Gs – gramorównoważnik.

16. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Gramorównoważnik – ilość gramów substancji powiązana z oddaniem lub przyjęciem jednego mola, elektronów. Inaczej – masa molowa podzielona przez ogólną wartościowość dodatnią lub ujemną. Kwasy – gramorównoważnik jest równy masie molowej podzielonej przez ilość atomów wodoru. Przykład:

17. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Wodorotlenki – gramorównoważnik jest równy masie molowej podzielonej przez ilość grup wodorotlenowych. Przykład:

18. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Sole – gramorównoważnik jest równy masie molowej podzielonej przez ilość atomów metalu pomnożoną przez jego wartościowość. Przykład:

19. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Przykład: Ile gramów Ca(HCO3)2 znajduje się w 0.5dm3 roztworu 2–normalnego? Dane: CN= 2wal/dm3, vrozp. = 0.5dm3 Rozwiązanie:

20. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej

21. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej ROZPUSZCZNIE • Roztwory powstają przez rozpuszczanie substancji w rozpuszczalniku w wyniku: • reacji chemicznych, • solwatacji, • dyspersji.

22. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Rozpuszczanie w wyniku reakcji Rozpuszczająca się substancja reaguje z cząsteczkami rozpuszczalnika lub innej, wcześniej rozpuszczonej substancji, tworząc nowy związek chemiczny. Przykład:

23. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Rozpuszczanie w wyniku solwatacji Solwatacja(hydratacja) – polega na otaczaniu cząsteczek rozpuszczającej się substancji przez cząsteczki rozpuszczalnika (wody).

24. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Rozpuszczanie soli kuchennej w wodzie

25. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Rozpuszczanie w wyniku dyspersji Dyspersja – mieszanie się dwóch substancji w wyniku dyfuzji i oddziaływań międzycząsteczkowych, zachodzi głównie w gazach.

26. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Rozpuszczalność Rozpuszczalność – ilość substancji rozpuszczonej w określonym rozpuszczalniku w określonych warunkach temperatury i ciśnienia. Roztwór w stanie równowagi z osadem (taki, w którym nie można rozpuścić więcej substancji) nazywamy nasyconym.

27. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Maksymalną rozpuszczalność często wyraża się jako maksymalne stężenie (stężenie roztworu nasyconego) i wyraża się w gramach na 100 g rozpuszczalnika. ss – rozpuszczalność, ms – masa substancji, mrozp – masa rozpuszczalnika.

28. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Wpływ temperatury Wpływ temperatury zależny jest od efektu cieplnego procesu rozpuszczania: H<0  T - s, H>0  T - s. Wpływ temperatury na rozpuszczalność niektórych soli.

29. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Wpływ ciśnienia Wpływ ciśnienia na stężenie gazu rozpuszczonego Prawo Henry’ego: W stałej temperaturze ilość rozpuszczonego gazu jest proporcjonalna do ciśnienia cząstkowego gazu w równowadze z cieczą.

30. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Wpływ ciśnienia cząstkowego na rozpuszczalność gazów w wodzie

31. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Fizykochemiczne właściwości roztworów roztwory doskonałe rzeczywiste siły międzycząsteczkowe A-B = A-A i B-B siły międzycząsteczkowe A-B > A-A i B-B

32. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Prawo Raoulta – ciśnienie par prawo Raoulta – podaje, że ciśnienie cząstkowe par składnika nad roztworem jest proporcjonalne do ciśnienia, jakie wykazywałby czysty składnik oraz jego ułamka molowego. pi – ciśnienie pary składnika „i”, p0i – ciśnienie par nad czystym składnikiem „i”, xi – ułamek molowy składnika „i”, p – ciśnienie całkowite nad roztworem.

33. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Zależność ciśnienia par składników nad roztworem od składu roztworu idealnego.

34. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Temperatura wrzenia i krzepnięcia roztworu Wzrost stężenia roztworu powoduje podniesienie temperatury wrzenia i obniżenie temperatury krzepnięcia KE – stała ebulioskopowa, Cm – stężenie molarne, KC – stała krioskopowa.

35. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Dyfuzja Proces dyfuzji – proces polegający na przemieszczaniu się substancji z obszaru o wyższym stężeniu do obszaru o niższym stężeniu. Dyfuzja barwnika w wodzie

36. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej v – prędkość dyfuzji, A – powierzchnia, D – współczynnik dyfuzji, C – gradient stężenia. D0 – maksymalny współczynnik dyfuzji (dla nieskończonej T), Ea – energia aktywacji, T – temperatura, R – stała gazowa.

37. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Osmoza Osmoza - dyfuzja cząsteczek rozpuszczalnika przez membranę półprzepuszczalną, oddzielającą dwa roztwory różniące się potencjałami chemicznymi. Różnica potencjałów chemicznych wynika z różnicy składu (stężenia) roztworów. Błona półprzepuszczalna musi być przepuszczalna dla rozpuszczalnika, a nieprzepuszczalna dla substancji rozpuszczonej. Proces ten powoduje gradient ciśnienia po obu stronach membrany.

38. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej  – ciśnienie osmotyczne, C – gradient stężenia.

39. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Dysocjacja Dysocjacja – rozpad cząsteczek na jony pod wpływem rozpuszczalnika. Dysocjujące cząsteczki nazywamy elektrolitami.Mają one zdolność przewodzenia prądu. Przykład:

40. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Stopień dysocjacji – zdolność substancji do dysocjacji – stosunek ilości cząsteczek dysocjujących do ogólnej ilości cząsteczek w roztworze. nzd– ilość cząsteczek zdysocjowanych, n0 – całkowita ilość cząsteczek w roztworze. •  1 – mocne elektrolity, • < 0.1– słabe elektrolity, 0.1<  < 1 – elektrolity średniej mocy.

41. Kd – stała dysocjacji, – stężenia jonów, – stężenie cząsteczek niezdysocjowanych. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Stała dysocjacji – stała równowagi reakcji dysocjacji.

42. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Prawo rozcieńczeń Ostwalda Prawo rozcieńczeń Wilhelma Ostwalda podaje zależność stałej dysocjacji od stopnia dysocjacji i stężenia. prawo to stosuje się wyłącznie do elektrolitów słabych (<0,1). Kd – stała dysocjacji, c – stężenie elektrolitu,  – stopień dysocjacji.

43. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Aktywność Aktywność – inaczej stężenie rzeczywiste podaje ilość cząsteczek w roztworze i oddziaływania pomiędzy nimi. ai – aktywność składnika „i”, fi – współczynnik aktywności składnika „i”, ci – stężenie składnika „i”. Dla roztworów rozcieńczonych fi1, więc ai = ci.

44. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Iloczyn rozpuszczalności Dla trudnorozpuszalnych soli mianownik w wyrażeniu na stałą dysocjacji można przyjąć za wartość stałą. L – iloczyn rozpuszczalności.

45. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Iloczyn rozpuszczalności – iloczyn stężeń jonów trudno rozpuszczalnej soli w jej roztworze nasyconym w określonych warunkach. (T,P). Przykład:

46. Kwas AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Teorie kwasów i zasad Teoria Arrheniusa Kwasy – substancje dysocjujące z wydzieleniem jonu hydroniowego H3O+ (jon H+ w rzeczywistości istnieje zawsze w towarzystwie cząsteczki wody). Zasady – substancje dysocjujące z wydzieleniem jonu wodorotlenowego OH-. Zasada

47. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Teoria Brønsteada i Lowry’ego Kwas – donor protonu (H+). Zasada – akceptor protonu (H+). Istnieją pary kwasowo–zasadowe Przykład:

48. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Teoria Lewisa Kwas – akceptor pary elektronowej , Zasada – donor pary elektronowej. Przykład:

49. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej Miara kwasowości – pH Woda dysocjuje w bardzo niewielkim stopniu: 0< pH < 14 – pH skala

50. AGH WIMiR, wykład z chemii ogólnej