v) 4-2 Koncentrációk. Mol koncentrációk. 4-3 intermolekuláris kölcsönhatások

5/12/2010

4-1 Az elegyek fajtái

Elegyek 4-1 4-2 4-3 4-4 4-5 4-6 4-7 4-8 4-9 4-10

Elegyek fajtái Koncentrációk Intermolekuláris erők, az elegyedés folyamata Elegyek keletkezése, egyensúly Gázok oldhatósága Elegyek gőznyomása Ozmózis nyomás Fagyáspont csökkenés, forráspont emelkedés Elektrolit oldatok Kolloid oldatok Homogén oldatok

Csonka Gábor © 2008

Általános Kémia: oldatok

1 dia


4-2 Koncentrációk • Tömegszázalék. • Térfogat százalék. • Tömeg/térfogat percent.


2 dia

10% etanol oldat (v/v)

(m/m) (v/v) (m/v)

• Izotoniás sóoldat : 0.9 g NaCl 100 mL vízben: 0.9% NaCl (m/v)



3 dia

Mol koncentrációk xi =



4 dia

4-3 intermolekuláris kölcsönhatások

Az oldott anyag i (mol) Az összes mol száma (mol)

x1 + x2 + x3 + …xn = 1 Mol % i = xi · 100% Molaritás (M) =

Oldott anyag (mol) Oldat térfogat (liter)

Molalitás (m) =

Oldott anyag (mol) Oldószer tömege (kg)



5 dia



6 dia

1

5/12/2010

Intermolekuláris kölcsönhatások

Ideális elegy: benzol-toluol

• Ideális elegy – A kölcsönhatások minden komponens között hasonlóak: – A-A, A-B, B-B

ΔHmix = 0 ΔVmix = 0



7 dia

Nem ideális elegy - exotherm


8 dia

Nem ideális elegy - endoterm • Az adhéziv kölcsönhatás gyengébb mint a kohézív.

• Az adhéziv kölcsönhatás erősebb mint a kohézív • Az elegyítés exotherm

Aceton

–

CS2

ΔHold > 0 • Határesetben az ilyen anyagok nem is elegyednek, szétválnak két heterogén fázisra.

Kloroform - Aceton

ΔHold < 0 Csonka Gábor © 2008



9 dia


Ionok oldódása


10 dia

Hidratációs entalpia NaCl(s) → Na+(g) + Cl-(g)

ΔHrács > 0

Na+(g) + n H2O(l) → Na+(aq)

ΔHhidratáció < 0

Cl-(g) + n H2O(l) → Cl-(aq)

ΔHhidratáció < 0

ΔHoldódás > 0 de ΔGoldódás < 0



11 dia



12 dia

2

5/12/2010

Oldhatósági görbék, jól oldódó anyagok

4-4 Elegyek keletkezése, egyensúly

Túltelített

Egyensúly: az oldott anyag kémia potenciálja kiegyenlítődik. Dinamikus egyensúly: az oldódás és a kiválás sebessége azonos. Csonka Gábor © 2008

egyensúly


13 dia

Egyensúlyi oldhatósági szorzat, rosszul oldódó anyagok Reakcióegyenlet

L

AgBr  Ag+ + BrCuBr  Cu+ + BrHg2Br2  2 Hg+ + 2BrPbBr2  Pb2+ + 2 BrAg2CO3  2 Ag+ + CO32BaCO3  Ba2+ + CO32CaCO3  Ca2+ + CO32-


telítetlen



14 dia

Saját ion hozzáadása csökkenti az oldhatóságot

Aktivitások szozata

7,7 10-13 4,9 10-9 4,6 10-23 7,4 10-5 6,5 10-12 8 10-9 4,8 10-9


= a(Ag+)a(Br-) = a(Cu+)a(Br-) = a(Hg+)2a(Br-)2 = a(Pb2+)a(Br-)2

15 dia



16 dia

Le Chatelier elv alkalmazása

Le Chatelier-elv Az egyensúlyban lévő rendszer külső körülmények hatására változik, akkor olyan folyamatok indulnak, melyek ezen külső változások hatását csökkentik.



17 dia



18 dia

3

5/12/2010

Ag2CrO4 –idegein ion, saját ion hatás

4-5 Gázok oldhatósága • A gázok többsége kevésbé oldódik meleg vízben. • Szerves oldószerekben gyakran ennek ellenkezője igaz.



19 dia



20 dia

Henry-törvény a gyakorlatban

Henry-törvény • Az oldódó gázok parciális nyomása az oldat felett egyenesen arányos az oldatban mért moltörtjükkel. KHxoldott gáz = Pgáz A gáz nyomás növelése egyenesen arányosan növeli az oldatban a gáz koncentrációját. Az arányossági tényező az adott gázra jellemző Henry együttható: KH



21 dia

4-6 Elegyek gőznyomása



22 dia

Ideális elegy gőznyomása

Raoult-törvény: Az oldószer gőznyomása egyenlő az oldószer móltörtjének És a tiszta oldószer gőztenziójának (p*) szorzatával:

A benzol tolul elegy feletti egyensúlyi gőznyomás 298 K:

poldószer = p*oldószer xoldószer

ahol p*benzol = 12.68 kPa és p*toluol = 3.79 kPa

Ideális elegy:

Az x =0.5 moltörtű oldat felett az egyensúlyi gőznyomás: 0.5 p*benzol + 0.5 p*toluol = 8.23 kPa

Amelyben a Roault-törvény bármilyen összetételnél bármelyik komponensre igaz. Az oka:

ΔHmix = 0

ΔVmix = 0

Pössz. = x p*benzol + (1- x) p*toluol

A benzol moltörtje a gőztérben: y = 0.5 p*benzol / Pössz. = 6.34/8.23 = 0.77 Az illékonyabb komponens feldúsul a gőztérben.



23 dia



24 dia

4

5/12/2010

Benzol-toluol elegy gőznyomása

Folyadék gőz egyensúly (T=const.) T=298 K

12.68 kPa

p*benzol 0.5 p*benzol + 0.5 p*toluol = 8.23 kPa

3.79 kPa

p*toluol



25 dia


26 dia

Ideális elegy gőznyomása

Benzol Toluol elegy x-y diagramja moltörtek


T=298 K

1.0 0.9 0.8 0.7

y (gőz)

0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 x (folyadék)


Ideális gázok 


27 dia

Ideális elegy desztillációja (p = const.)



28 dia

Frakcionált desztilláció

P = 101.3 kPa Benzol toluol elegy frakcionált desztillációja.



29 dia



30 dia

5

5/12/2010

Ideálisan híg oldat (T=const.)

Gőznyomás nem ideális elegyben (T=const.)

Az az oldat, amelyben az oldószerre a Raoult-törvény, az oldott anyagra pedig Henry-törvény érvényes.

Az összes és a parciális gőznyomások függése az összetételtől széndiszulfid–aceton elegyben.

A Raoult-törvény és a Henry-törvény érvényesülésének tartományai kloroform–aceton nem ideális elegyben.

A pozitív eltérés alacsonyabb forrásponthoz vezet.

Negatív eltérés a Roaulttörvénytől, magasabb forrásponthoz vezet. Csonka Gábor © 2008


31 dia

Azeotropok kialakulása (T=const.)



32 dia

Pozitív azeotrop (p=const.) Azeotrop elegy (101.3 kPa) 95.6% etanol (78.4°C) 4.4% víz (100°C) Forráspont: 78.1°C Minimális forráspontú azeotrop Az azeotropikus összetételnél úgy viselkedik mint egy tiszta anyag, de nem az:

Nyomás változás hatására megváltozik az azeotrop összetétele.



33 dia


Negatív azeotrop (p = const.)

34 dia

Eutektikus elegy Az eutektikum két vagy több komponens (elem vagy vegyület) elegye, amelynek létezik egy vagy több olyan összetétele amely a tiszta komponensek olvadáspontjánál alacsonyabb hőmérsékleten olvad meg. A kifejezés görög eredetű, jelentése „könnyen olvadó”.

Azeotrop elegy (101.3 kPa) 20.2% HCl (-84°C) 79.8% víz (100°C)

Szilárd-folyadék egyensúly

Forráspont: 110°C Fémötvözetek

Maximális forráspontú azeotrop

Inkjet nyomtatókban is használják a jelenséget.

HF (35.6%): 111.4°C HNO3 (68%): 120.5°C HClO4 (28.4%): 203°C H2SO4 (98.3%): 338°C




35 dia



36 dia

6

5/12/2010

4-7 Ozmózis nyomás

Fe-C eutektikum

Kolligatív tulajdonság

π = gh Ozmotikus pumpa



37 dia

Ozmózisnyomás szemléltetése


Ozmózis: Az oldószer mozgása féligáteresztő hártyán keresztül

πV = nRT n π = RT = M RT V


38 dia

Ozmózis nyomás a vérben

Az ozmózis során az oldószer kémia potenciája kiegyenlítődik, ez példa a kémiai potenciál, , (aktivitás, a) nyomásfüggésére. π = gh

Hipertonikus > 0.92% m/V

°s(p) = s(as,p + π)

Izotonikus só oldat: 0.92% m/V

Aktivitás definíciója: i = °i + RTln(ai) - °i : standard kémia potenciál - oldószer esetén a tiszta oldószer kémiai potenciálja (a = p/p* = x) - oldott anyag kémiai potenciálja végtelen híg oldatban (a = p/KH). Csonka Gábor © 2008

vízvesztés, kiszáradás

Hipotonikus < 0.92% m/V víz beáramlás, szétreped °s(p)

s(p + π)


39 dia

Fordított ozmózis, só mentesítés



40 dia

4-8 Fagyáspont csökkenés, forráspont emelkedés, nem elektrolit oldatokban Ha az oldott anyag saját gőznyomása nulla, akkor csökken a gőznyomás (Roault-törvény), poldószer = p*oldószer (1 - xoldott a.). – A forráspont nő. – A fagyáspont csökken.



41 dia



42 dia

7

5/12/2010

A tenzió csökkenés p-T diagramon

Gyakorlati alkalmazás

ΔTf = -Kf · m ΔTfagy = - ΔTm,fagy · m ΔTm,fagy, víz = 1.86 K ΔTb = Kb · m ΔTforr = ΔTm,forr · m ΔTm,forr, víz = 0.52 K



43 dia


Kolligatív tulajdonság:


44 dia

4-9 Elektrolitok Elektrolitok: olyan vegyületek, amelyek oldat vagy olvadék állapotukban vezetik az elektromos áramot

Csak az oldott részecskék számától függ, anyagi minőségétől nem.

• Svante Arrhenius (svéd) – – – –

Pl.: Gőznyomás csökkenés (oldószerre jellemző) Forráspont-emelkedés (oldószerre jellemző) Fagyáspont-csökkenés (oldószerre jellemző) Ozmózisnyomás

Kémiai Nobel díj 1903. (fizika: Curie) „..by his electrolytic theory of dissociation” Elektrolit oldatokban disszociált ionok vannak. Megmagyarázta a kolligatív tulajdonságokban található anomáliákat.

Hasonlítsunk össze 0.01 m karbamid és 0.01 m NaCl (aq) oldatot Karbamid: ΔTf = -Kf · m = -1.86°C m-1 · 0.01 m = -0.0186°C A NaCl fagyáspontcsökkenése nem ennyi, hanem: -0.0361°C.



45 dia

van t’Hoff

i=

mért ΔTf várt ΔTf

=

0.0361°C



46 dia

Ionok közötti kölcsönhatás Az Arrhenius elmélet töményebb oldatok esetében nem működik jól (pl. 1 M MgSO4), de az oldatot hígítva egyre jobb közelítés:

= 1.94

0.0186°C π = i · M · RT

ΔTf = -i · m· Kf ΔTb = i · m· Kb



47 dia



48 dia

8

5/12/2010

Debye és Hückel

4-10 Kolloid elegyek Oldatnak tűnik, de valójában több fázis van jelen:

• 1923 – Mindegyik iont ellentétes ionok vesznek körül. – Az ionok mobilitását csökkenti az ellentétes ion atmoszféra vonzása. – Az aktivitási együttható, i, meghatározható: – ai = imi/ms ahol ms=1 mol/kg – ai = i xi Csonka Gábor © 2008


Diszperz fázis (1 nm – 1 m cseppek, részecskék, mikroszkóp alatt láthatók) Folytonos fázis: Gáz – aeroszol: folyadék (köd) vagy szilárd (szmog, füst). Folyadék – Hab (tejszín), emulzió, sol. Szilárd – szilárd hab, gél (vaj, zselatin), szilárd szol.

49 dia



50 dia

Művese - dialízis Nanorészecskék : változatos alakúak: rudak, korongok, gömbök. A részecskék korlátlan ideig szuszpendálva maradnak. A só koncentráció (ion erősség) növelése kicsapódáshoz vezethet (pl. tojásfehérje)



51 dia



52 dia

9

v) 4-2 Koncentrációk. Mol koncentrációk. 4-3 intermolekuláris kölcsönhatások

Recommend Documents