Rozpustnost
• Podobné se rozpouští v podobném – látky jejichž molekuly na sebe působí podobnými mezimolekulárními silami budou pravděpodobně navzájem rozpustné. • Př.: nepolární látky jsou rozpustné v nepolárních rozpouštědlech: CCl4 v C6H6 • Př.: polární látky jsou rozpustné v polárních rozpouštědlech: C2H5OH v H2O • Př.: iontové látky jsou rozpustnější v polárních rozpouštědlech: NaCl v H2O nebo v NH3 (l)
Rozpustnost neelektrolytů Rozpustnost se v tomto případě udává ve formě koncentrace ve vodném roztoku. Mnohdy je velmi nízká.
1
Závislost rozpustnosti na teplotě
Rozpustnost solí s teplotou obvykle roste
Frakční krystalizace Separační metoda založená na odlišné rozpustnosti látek. Př.: chceme vyčistit směs 90 g KNO3 kontaminovaných 10 g NaCl. Frakční krystalizace: 1. Rozpustíme vzorek ve 100 ml vody při 600C 2. Ochladíme roztok na 0°C 3. Všechen NaCl zůstane v roztoku (s = 34.2g/100g) 4. 78 g čistého KNO3 se vysráží (s = 12 g/100g) 5. Výtěžek: 90 g – 12 g = 78 g
2
Ideální roztok: Raoultův zákon Celkový tlak par nad ideálním roztokem je lineární kombinací tlaku nasycených par obou (resp. všech) složek: Raoultův zákon.
ideální roztok
PA = XA P 0A PB = XB P 0B PT = PA + PB PT = XA P 0A + XB P 0B
Snížení tlaku nasycených par
P1 = X1 P 01
P 10 = tenze čistého rozpouštědla
Raoultův zákon
X1 = molární zlomek rozpouštědla
Pokud je rozpuštěná látka netěkavá (má nízký tlak nasycené páry), parciální tlak P1= PT (naměřený celkový tlak nad roztokem).
X1 = 1 – X2 P 1 - P1 = ∆P = X2 P 1 0
0
X2 = molární zlomek rozpuštěné látky
Umožňuje např. určení molární hmotnosti rozpuštěné látky:
∆P = P 10 n2/(n1+n2) = P 01 (m2/M2)/(m1/M1+ m2/M2) M = molární hmotnost
m = hmotnost
3
Zvýšení bodu varu (ebulioskopie)
∆Tb = Tb – T b0 T b0 je bod varu čistého rozpouštědla T b je bod varu roztoku
Tb > T b0
∆Tb > 0
∆Tb = Kb m m je molalita roztoku (mol/kg) Kb je ebulioskopická konstanta (°C·kg/ mol) charakteristická pro rozpouštědlo
Snížení bodu tání (kryoskopie)
∆Tf = T 0f – Tf T 0f je bod tání čistého rozpouštědla T f je bod tání roztoku
T 0f > Tf
∆Tf > 0 ∆Tf = Kf m
m je molalita roztoku Kf je kryoskopická konstanta (°C·kg/ mol) charakteristická pro rozpouštědlo
4
Kryoskopie: příklad Jaký je bod tání roztoku který obsahuje 478 g ethylen glykolu ve 3202 g vody? Molární hmotnost ethylen glykolu je 62.01 g/mol.
∆Tf = Kf m
Kf voda = 1.86 °C·kg/mol
moly rozp. látky
m =
= hm. rozpouštědla (kg)
478 g x
1 mol 62.01 g = 2.41 mol/kg
3.202 kg vody
∆Tf = Kf m = 1.86 x 2.41 = 4.48 °C ∆Tf = T 0f – Tf Tf = T 0f – ∆Tf = 0.00 0C – 4.48 0C = -4.48 °C
Ebulioskopie: příklad Přídavek 3.2 g síry do 1000 g sirouhlíku (Kb = 2.50 °C·kg/mol ) měl za následek zvýšení bodu varu o ∆T = 0.031 °C. Ur čete molární hmotnost rozpuštěné síry.
∆Tb = Kb m m =
∆Tb
= 0.031/2.50 = 0.0124 mol/kg
Kb m =
mS/MS mCS2
=> MS = mS/(m·mCS2)
MS = 3.2 g/(0,0124 mol/kg·1 kg) = 258 g/mol
5
Ebulioskopické a kryoskopické konstanty rozpouštědel
Osmotický tlak Osmóza je selektivní transport molekul rozpouštědla skrze pórovitou membránu z roztoku méně koncentrovaného do roztoku o vyšší koncentraci. Polopropustná membrána dovoluje průchod molekul rozpouštědla, ale blokuje průchod molekul rozpuštěné látky. Osmotický tlak (π) je tlak nutný pro zastavení osmózy.
dilute
more concentrated
6
van’t Hoffova rovnice
π = cRT
c je molární koncentrace rozpuštěné látky R je plynová konstanta T je teplota (K)
Vliv osmotického tlaku na buňku
isotonický roztok
hypotonický roztok
hypertonický roztok
7
Koligativní vlastnosti Koligativní vlastnosti závisí pouze na počtu rozpuštěných částic, nikoli na jejich charakteru. Uvedené vztahy proto platí pouze pro velmi zředěné roztoky:
Snížení tenze par
P1 = X1 P 01
Zvýšení bodu varu
∆Tb = Kb m
Snížení bodu tání
∆Tf = Kf m
Osmotický tlak (π π)
π = cRT
Koligativní vlastnosti v roztocích elektrolytů 0.1 M Na+ iontů & 0.1 M Cl- iontů
0.1 M roztok NaCl
Ovšem: koligatiní vlastnosti záleží (pouze) na počtu částic v roztoku. 0.1 M roztok NaCl van’t Hoffův faktor (i) =
0.2 M iontů v roztoku skutečný počet částic v roztoku po disociaci počet částic bez uvažování disociace
očekávané i neelektrolyty NaCl
1 2
CaCl2
3
8
Koligativní vlastnosti v roztocích elektrolytů
Zvýšení bodu varu
∆Tb = i Kb m
Snížení bodu tání
∆Tf = i Kf m
Osmotický tlak (π π)
π = icRT
Desalinace mořské vody: destilace pomocí slunečního záření a reverzní osmóza
9
Disperzní soustavy a koloidní roztoky •
Disperzní soustava je směs alespoň dvou fází s velkým mezifázovým povrchem. Spojitá fáze – disperzní prostředí, rozptýlená fáze – disperzní podíl.
•
V případě že částice rozptýlené fáze mají velikost mezi cca 1 nm a 1 µm, jedná se o koloidní roztok (s menšími částicemi pravý roztok, s většími hrubá disperze).
•
Koloidní částice jsou mnohem větší než molekuly rozpouštědla.
•
Koloidní roztoky jsou méně homogenní ve srovnání s pravými roztoky.
Klasifikace disperzí podle skupenství
10
Klasifikace disperzí podle skupenství
Jiné klasifikace disperzních soustav •
•
• •
Podle počtu molekul v částici disperzního podílu na systémy molekulární – analytické disperze a roztoky makromolekul a systémy polymolekulární – lyofobní soly, hrubé disperze, micely. Podle tvaru částic na globulárně disperzní – s izometrickými částicemi, laminárně disperzní – jeden rozměr je řádově menší než ostatní a fibrilárně disperzní – jeden rozměr je řádově větší než ostatní. Podle struktury disperzního podílu na systémy s disperzním podílem ve formě částic – soly a systémy se souvislou prostorovou sítí – gely. Podle rozdělení velikostí částic na monodisperzní – částice jsou stejné velikosti a paucidisperzní – s několika diskrétními velikostmi částic.
11
Vlastnosti koloidních soustav • • •
Sedimentace: u větších částic převládne gravitační síla nad neuspořádaným pohybem. Lze urychlit v odstředivce. Dialýza: koloidní částice neprocházejí póry polopropustné membrány a lze je tak oddělit od roztoků elektrolytů. Elektroforéza: na povrchu částic se shromažďuje elektrický náboj, v elektrickém poli se budou pohybovat jedním směrem. Slouží zejména k separaci bílkovin, molekul DNA a dalších organických makromolekul.
Vlastnosti koloidních soustav •
Tyndallův jev: při průchodu světla dochází k rozptylu (větší částice rozptylují více než malé).
12
Prací účinek mýdla – vznik micel
13
