Rozdělení disperzních soustav
) podle počtu fází
Disperzní soustavy
• jednofázové (homogenní) • vícefázové (heterogenní)
částice jedné nebo více látek rovnoměrně rozptýlené (dispergované) ve formě malých částeček v dispergující fázi
) podle skupenského stavu ) podle velikosti dispergovaných částic 1
2
Disperzní soustavy podle velikosti dispergovaných částic
Disperzní soustavy podle skupenského stavu Disperzní prostředí Tuhé Kapalné
Disperze
Dispergovaná látka Tuhá
Kapalná
Plynná
Tuhé směsi
Tuhá emulze
Porézní látky
Emulze
Suspenze, koloidy a lyosoly
Plynné
Analytická
Koloidní
Hrubá
Velikost dispergovaných částic
< 1 nm
1-500 nm
> 500 nm
Difuze
Rychlá
Pomalá
-
Pěna
Optické vlastnosti
Čiré
Opalescence
Zakalené, neprůhledné
Směs plynů
Příklady
Roztoky
Koloidy
Suspenze a emulze
Aerosol 3
4
Látková tková koncentrace (molarita)
Pravé roztoky (analytické disperze)
Jednotka SI
• Disperzní prostředí = rozpouštědlo
n cB = B V objem roztoku
• Dispergovaná látka = rozpuštěná látka (g, l, s)
Složení roztoků:
koncentrace
zlomek
molalita
mol m-3
Molalita mB = 5
nB mr
mol kg-1 hmotnost rozpouštědla
6
1
Hmotností Hmotností koncentrace
Hmotnostní Hmotnostní zlomek Jednotka SI
m ρB = B V
wB =
kg m-3
mB m hmotnost roztoku m = mr + mB
objem roztoku
Hustota ρ=
Hmotnostní procenta
m V
kg m-3 objem roztoku
wB = 100
mB % m
Promile
wB = 1000
7
mB ‰ m 8
0 Jaká je koncentrace 50 g soli rozpuštěné v 200 ml vody?
1% roztok • 1 g látky rozpuštěný ve 100 g roztoku
1‰ roztok • 1 g látky rozpuštěný v
…….. g roztoku
9
0 Jaká je látková koncentrace NaOH (Mr = 40,0) 10% roztoku hydroxidu sodného o hustotě 1,109 g cm-3?
10
Molový zlomek
xB =
11
nB nB = ∑ ni nA + nB + nC + ...
12
2
Složení suchého vzduchu
Objemový zlomek
0 Hmotnost 1 molu vzduchu
Molový zlomek v % 78 % N2
xN2 × Mr
21 % O2
xO2 × Mr
ϕB =
0,93 % Ar
xAr × Ar
0,03 % CO2
xCO2 × Mr
0,04 % ost. plyny
zanedbáme
Objemová procenta -
.
ϕ B = 100
Součet
100 % celkem
U směsi plynů platí:
VB V
VB % V
13
0 Víno obsahuje 11 % alkoholu. Jaký objem alkoholu je v 0,5 l vína?
14
Směšování roztoků w3
w2
w1
=
+
m1 + m2
m2
m1
w1 m1 + w 2 m 2 = w 3 (m1 + m 2 )
0 Kolik gramů alkoholu je v 0,5 l vína s obsahem 11 % alkoholu? (ρEtOH = 0,8 kg l-1)
mB,1
mB,2
mB,3
hmotnost látky B v roztoku 1 15
Směšování roztoků
Ředění rozpouštědlem
za předpokladu aditivnosti objemů* objemů*
=
+ V1
w2 = 0, c2 = 0
c3
c2
c1
V2
c1 w1
V1 +V2
c1V1 + c2V2 = c3 (V1 + V2 ) * nB,1
nB,2
16
m1 V1
rozpouštědlo
=
+ m2 V2
c3 w3 m1 + m2 V1 + V2
w 1m 1 = w 3 (m 1 + m 2 )
nB,3
*při směšování roztoků dochází často k objemové kontrakci 17
c 1 V 1 = c 3 (V 1 + V 2 ) * 18
3
0 Kolik kg vody je nutno přidat ke 2 kg 40% roztoku glukosy, aby se získal 10% roztok glukosy
Rozpustnost látek Závisí na • chemické povaze rozpouštěné látky a rozpouštědla • teplotě • tlaku Nasycený roztok • maximální koncentrace látky za daných podmínek (T, p) v daném rozpouštědle (součin rozpustnosti) 19
Rozpouštění •
20
„Similia similibus solvuntur“ solvuntur“ látky jsou rozpustné v rozpouštědlech přibližně stejné
částice rozpouštěné látky se postupně rozptylují mezi molekuly rozpouštědla, aniž s nimi interagují
•
polarity, tj.:
molekuly rozpouštědla „vytrhávají“ ionty nebo molekuly z
• iontové a polární látky v polárních rozpouštědlech
krystalové struktury a obklopují je (= solvatují, ve vodě
•
hydratují)
• nepolární látky v nepolárních rozpouštědlech
rozpouštěná látka reaguje s částí molekul rozpouštědla,
• málo rozpustné látky → součin rozpustnosti Ks
mezi ostatní molekuly se rozptylují až produkty reakce 21
22
Koloidní soustavy
Rozpouštědla
Koloidní částice
• polární: polární voda, ethanol, trichlormethan, aceton (dipólový moment molekul rozpouštědla ≠ 0)
• neprochází polopropustnými (semipermeabilními) filtry • na svém povrchu nesou náboj stejného znaménka → zabraňuje jejich shlukování
• nepolární :
hexan, benzen, diethylether, tetrachlormethan, sirouhlík
Koloidní disperze:
(dipólový moment molekul rozpouštědla = 0)
a) lyofobní soly (fázové koloidy) b) molekulární koloidy c) micelární (asociační) koloidy d) gely
23
24
4
a) Fá Fázové zové koloidy (lyofobní (lyofobní soly) soly)
Struktura lyofobní koloidní částice adsorpční vrstva
• disperze nerozpustných látek v disperzním prostředí (např. koloidní roztok zlata, stříbra,…)
difuzní vrstva shluk atomů, iontů, molekul
jádro
• podmínka stability: • porušení stability: malý přídavek elektrolytu → ireverzibilní vysrážení
kation elektrolytu anion elektrolytu 25
Homogenní disperze
26
Podmí Podmínky stability • •
b) Molekulá Molekulární rní koloidy • pravé roztoky makromolekul (proteiny, polysacharidy, nukleové kyseliny,
Poruš Porušení ení stability • větší přídavek elektrolytu (odstranění solvatačního obalu)
c) Micelá Micelární rní koloidy
→ reverzibilní vysrážení
• shluky nízkomolekulárních látek (tzv. micely)
(přídavek rozpouštědla → koloidní roztok)
(roztok mýdla)
• změna pH (ztráta náboje) 27
28
Struktura micely tvořené aniontovým tenzidem
Struktura molekulární koloidní částice
polární část molekuly (–COO−)
Cl – Na + Na +
Cl
Cl –
–
nepolární zbytek (uhlovodíkový řetězec)
Cl –
jádro
H2O
Cl –
Cl –
Na+
Na + Na
+
Cl –
lyosféra
H2O ionizované skupiny koloidu
29
30
5
Chování Chování tenzidů tenzidů v roztoku
Tenzidy = povrchově aktivní látky • mají amfipatickou stavbu
vzduch = nepolární
objemná nepolární (hydrofóbní) část výrazně polární (hydrofilní, ionizovaná) část
při nízké koncentraci: absorbce na rozhraní fází voda
12
SO3-Na+
při vyšší koncentraci též tvorba micel
natrium-dodecylbenzen-1-sulfonát
• snižují povrchové napětí
nepolární vnitřek micely 31
Typy tenzidů
32
• Alkylsulfáty (ester vyššího alkoholu a kyseliny sírové)
Aniontové tenzidy
O
• Mýdlo (sodná/draselná sůl vyšší mastné kyseliny)
SO3- Na+
COO- Na+
• Alkansulfonáty (atom síry vázán přímo na atom uhlíku)
v roztoku
SO3-Na+
COO- Na+
anion 33
Detergent
Kationtové tenzidy • Kvartérní amoniové soli (tzv. CH3 CH2
34
)
• látka s čisticím a pracím účinkem • směs látek
Br-
– tenzidy (solubilizační a emulgační účinek)
N+
– fosfáty, sulfáty
CH3
benzyl(dodecyl)dimethylamonium-bromid
– bělící a opticky zjasňující látky – proteolytické enzymy
antiseptický a avivážní účinek
– parfémy
např. Ajatin, Septonex 35
36
6
Emulze
d) Gely • hrubá disperze
• dispergované částice jsou zesíťovány • uzavírají v sobě značné množství rozpouštědla
Podle polarity fází:
• rosolovitá povaha
• emulze typu „olej“ ve vodě
zahuštění, ochlazení
molekulární koloid
– mléko,
vysušení
gel
xerogel
• emulze typu voda v „oleji“
botnání
– máslo,
Příklady:
37
38
Stabilizace emulze - emulgátory • snížením povrchového napětí mezi polární a nepolární kapalinou
Elektrolyty
– povrchově aktivní látky
látky, které se při interakci s molekulami vody štěpí na ionty
• zvýšením viskozity prostředí (snížení tepelného pohybu kapek) – molekulární koloidy 39
40
Elektrolytická disociace
Elektrolyty -
• v roztoku poskytují ionty • iontové sloučeniny (NaCl, KOH, …)
-
+ -
elektrolytická disociace
hydratační obal
+
+
-
• sloučeniny s velmi polární kovalentní vazbou
-
+
-
(HCl, HNO3, CH3COOH, …)
+
-
-
-
+ +
+
elektrický proud
+ +
-
• v roztoku/tavenině vede
+
+
-
-
-
+
+ -
-
-
+
-
+
-
+
+
-
--
+
+
++
+
+
-
-
+
+
+
+
-
41
42
7
Silné elektrolyty
Elektrolyty
BA(s) + H2O
• silné
B+(aq) + A-(aq)
• silné kyseliny • silné zásady • většina rozpustných solí
• slabé
Neelektrolyty
NaCl(s) + H2O
Na+(aq) + Cl-(aq)
43
Slabé elektrolyty BA(s) + H2O
44
BA(s) + H2O
BA(aq)
BA(aq)
B+(aq) + A-(aq)
B+(aq) + A-(aq)
KC =
Rovnovážná konstanta
• slabé anorganické kyseliny a zásady
[B+ ][A - ] [H 2 O][BA]
• většina organických kyselin • slabé org. báze
Disociační konstanta
HNO2(l) + H2O
KD =
H3O+(aq) + NO2-(aq)
[B+ ][A - ] [BA]
45
Závislost α na koncentraci c
Disociační stupeň α BA(s) + H2O
α=
BA(aq)
46
BA(aq)
B+(aq) + A-(aq)
[BA]dis [B + ] [A − ] = = [BA]celk [BA]celk [BA]celk
t0
c
tROVNOVÁHA
c - cα
B+(aq) + A-(aq) 0
0
cα
cα
dosazením
[B+ ][A - ] c 2α 2 cα 2 ≈ cα 2 = KD = = [BA] c(1 − α) 1 − α pro c > 1 mmol/l je α < 0,1 47
48
8
0 Kolikrát se přibližně změní disociace slabého elektrolytu, když se zředí 100krát?
Závislost α na koncentraci c
α=
KD c
• disociace slabého elektrolytu se zvyšuje s jeho klesající koncentrací v roztoku
49
0 Jaká je koncentrace chloridových aniontů v roztoku chloridu železitého o koncentraci 0,1 mol/l?
Neelektrolyty C6H12O6(s) + H2O
50
C6H12O6(aq)
51
0 Jaké látkové množství peroxidu vodíku je přítomno ve 100 ml roztoku o koncentraci 3 g/l?
53
52
0 Jaký objem 36 % HCl s hustotou 1,179 g/ml je nutno použít k přípravě 100 ml roztoku HCl (Mr = 36,5) o koncentraci 6 mol/l?
54
9
