Roztoky.

Prezentace na téma: "Roztoky."— Transkript prezentace:

1 Roztoky

2 Disperzní soustava: je-li jedna nebo více látek rozptýlena (dispergována) v látce jiné
Disperzní prostředí: látka, která je v kvantitativní převaze v disperzní soustavě. Ostatní - látky dispergované Dle stupně disperze: HETEROGENNÍ disperzní soustavy HOMOGENNÍ disperzní soustavy Heterogenní: je-li stupeň disperze tak malý, že lze jednotlivé částice dispergované látky pozorovat mikroskopem nebo pouhým okem. Jedná se o hrubou suspenzi (hrubou směs). Homogenní disperzní soustavy nazýváme ROZTOKY ROZTOK: za roztok pokládáme soustavu složenou ze dvou nebo více druhů molekul, která je, co do chemických a fyzikálních vlastností ve všech směrech dokonale stejnorodá, přičemž složení takovéto homogenní soustavy lze spojitě měnit alespoň v určitém rozmezí. Roztok je homogenní disperzní soustava dvou nebo více látek.

3 Pravý roztok - největší stupeň disperze, rozpuštěné látky jsou dispergovány molekulárně, či iontově.
Skládá-li se rozpuštěná látka z velkých molekul (řádově cm), pak i při molekulární disperzi je možno opticky (ultramikroskopem) rozlišit rozptýlené částice od dispergujícího prostředí, což u pravých roztoků možné není; takovéto soustavy tvoří přechod mezi soustavami homogenními a heterogenními a nazývají se KOLOIDNÍ ROZTOKY. Mezi uvažovanými soustavami není plynulý přechod, hranice jsou proto stanoveny pouze přibližně podle velikosti dispergovaných částic.

4 tuhé Roztoky kapalné plynné Podle skupenství, v jakém se nachází dispergens. Plynné roztoky – homogenní směsi plynů Kapalné roztoky – vznikají rozpouštěním plynů, kapalin nebo tuhých látek v kapalinách Tuhé roztoky – vznikají rozpouštěním plynů, kapalin nebo tuhých látek v tuhých látkách Rozpouštědlo – látka, která je v přebytku k ostatním (ve všech roztocích)

5 Rozpouštění látek a rozpustnost
Rozpouštění látek => tepelná změna Rozpustnost látek pokud látky při rozpouštění teplo uvolňují (klesá s rostoucí teplotou) pokud látky při rozpouštění teplo pohlcují (stoupá s rostoucí teplotou) Vlastní rozpustnost látek je závislá na charakteru rozpouštěné látky a rozpouštědla. Polární sloučeniny, které tvoří většinu anorganických sloučenin (oxidy a hydroxidy kovů, kyseliny, soli) se velmi dobře rozpouštějí v polárních rozpouštědlech (voda, kapalný amoniak, oxid siřičitý, fluorovodík). Nepolární sloučeniny (jod, brom, uhlovodíky) se rozpouštějí v nepolárních rozpouštědlech (tetrachlormetan, chloroform, sirouhlík).

6 Koncentrace roztoků Nejběžnějším rozpouštědlem - VODA
Rozpustnost látek ve vodě - dobře rozpustné (sloučeniny, jejichž rozpustnost > 1g ve 100 ml vody při 20 ºC) - nerozpustné (sloučeniny, jejichž rozpustnost < 0,1 g ve 100 ml vody při 20 ºC) Koncentrace roztoků vyjadřována nejčastěji ve (vahových) hmotnostních procentech, příp. objemových, molaritě či normalitě Hmotnostní procenta [% hm.]: určují počet gramů rozpuštěné látky ve 100 g roztoku (údaj nezávisí na teplotě roztoku) Objemová procenta [% obj.]: udávají počet mililitrů rozpuštěné látky ve 100 ml roztoku (údaj je závislý na teplotě). Tímto způsobem se udává přev. koncentrace plynů nebo kapaliny v kapalině (např. etanol ve vodě).

7 Látková koncentrace (dříve molární koncentrace, molarita): udává počet molů rozpuštěné látky v 1 litru roztoku určité teploty (nejčastěji 20 ºC). c = n/V c ... látková koncentrace [mol/l] (čti: mol na litr) n ... látkové množství rozpuštěné složky [mol] V ... objem roztoku [v litrech!] 1 mol je základní jednotkou látkového množství (podle soustavy SI). Definice: 1 mol je látkové množství soustavy, která obsahuje právě tolik elementárních jedinců (molekul, atomů, iontů...), kolik je obsaženo atomů ve 12 g isotopu uhlíku 12C (tj. 6, ). Látkové množství je možno vypočítat na základě známé hmotnosti rozpuštěné látky podle vzorce n = m/M m ... hmotnost rozpuštěné látky [g] M ... molární hmotnost rozpuštěné látky [g/mol] Molární hmotnost jakékoliv sloučeniny je možno vyhledat v tabulkách nebo spočítat na základě molárních hmotností prvků. Např.: M (H2SO4) = = 98 (g/mol) Normalita (označení N): udává počet valů rozpuštěné látky v 1000 ml roztoku určité teploty (nejčastěji 20 ºC) val je jednotka látkového množství odvozená od základní jednotky mol vztahem: val(B) = 1/n mol(B) kde n = počet atomů vodíku (protonů, elektronů), s nimiž reaguje při uvažované reakci jeden atom látky (B) Stejné objemy roztoků o stejné normalitě spolu reagují beze zbytku (v analytické chemii se proto uvádí nejčastěji koncentrace roztoků v nor-malitě). Molalita (označení m): udává počet molů rozpuštěné látky v 1000 g rozpouštědla. Molární zlomek: udává, jaký podíl z celkového počtu molů všech složek roztoku tvoří počet molů dané látky.

8 Základní vlastnosti kapalných roztoků
Roztoky plynů v kapalinách plyn ve styku s kapalinou se rozpouští, až se mezi plynnou a kapalnou fází ustaví rovnovážný stav, ve kterém je koncentrace plynů v kapalné fázi dána jeho rozpustností za daného tlaku a teploty rozpustnost plynu v kapalině závisí na: chemické povaze plynu a rozpouštědla (zvláště na polaritě obou typů molekul) tlaku plynu na teplotě W.Henry (1803) - hmotnostní množství plynu, rozpuštěného za dané teploty v objemové jednotce kapaliny, je přímo úměrné tlaku plynu. U velmi rozpustných plynů (SO2, NH3) - odchylky

9 Čím teplota, tím rozpustnost plynů v kapalinách
Čím teplota, tím rozpustnost plynů v kapalinách Konstanta úměrnosti z Henryho zákona klesá se stoupající teplotou. Varem se z roztoku vypudí úplně např. SO2, CO2, NH3. Z rozpouštědla není možné odstranit plyny, které tvoří s rozpouštědlem konstantně vroucí azeotropické směsi – takové destilují společně s rozpouštědlem (např. z roztoku chlorovodíku ve vodě při 110 ºC destiluje směs o konstantním složení 20,2 % HCl a 79,8 % H2O)

10 Jednotlivé komponenty kapalných roztoků je možno oddělovat destilací.
2) Roztoky kapalin v kapalinách - kapaliny mohou být vzájemně: neomezeně mísitelné (voda-kyselina sírová, alkohol-voda) omezeně mísitelné (částečně vzájemně rozpustné, po vzájemném nasycení vytvářejí dvě fáze, např. anilin-voda) nemísitelné (vzájemná rozpustnost je minimální, např. voda-rtuť) Jednotlivé komponenty kapalných roztoků je možno oddělovat destilací.

11 3) Roztoky tuhých látek v kapalinách
Solvatace: při rozpuštění tuhých látek v kapalinách reagují molekuly nebo ionty rozpouštěné látky s molekulami rozpouštědla, kterými se obklopují. Je-li rozpouštědlem voda, mluvíme o hydrataci. Rozpouštění tuhých látek pokračuje tak dlouho, dokud je k dispozici dostatečný počet molekul rozpouštědla. K udržení jedné molekuly nebo iontu tuhé látky v roztoku je zapotřebí velkého množství molekul rozpouštědla, nemůže dojít k neomezenému rozpouštění tuhých látek – max. do vytvoření NASYCENÉHO ROZTOKU (v něm je koncentrace tuhé látky přesně určena její rozpustností za dané teploty, zbytek tuhé látky zůstává nerozpuštěn). Přesycení: u roztoků nasycených za vyšší teploty, ochlazováním se vylučuje přebytek látky (roztok však zůstává nadále čirý), k velmi rychlému vyloučení tohoto přebytku dochází při náhlém otřesu, nebo přidáním krystalku tuhé rozpouštěné látky.

12 Roztoky tuhých látek – slitiny
vytvoření směsi roztavením a smísením dvou tuhých látek po ochlazení rozpad na své původní složky homogenní roztok (tuhý roztok), lišící se svými vlastnostmi od původních složek (např. bodem tání) vznik společné krystalové mřížky, ve které jsou pravidelně vestavěny původní látky Slitiny: tuhé (příp. kapalné) soustavy dvou nebo více kovů (případně kovů s nekovy), které po roztavení, promíchání a ztuhnutí tvoří mechanicky soudržný celek mikroskopicky homogenní nebo hetero-genní.

13 Podle mísitelnosti jednotlivých kovů:
slitiny tvořící mřížkové substituční sloučeniny obsahují kovy neomezeně se mísící, které se mohou vzájemně vyměňovat; atomy (ionty) přibližně stejně velké; krystalová struktura se nemění, mění se pouze mřížková konstanta slitiny tvořící vložené mřížkové sloučeniny tvořeny kovy omezeně se mísícími; odlišná velikost atomů při stejné struktuře nebo mírně odlišnou strukturu při stejné velikosti; smísení těchto atomů vyvolává napětí, které dovolí do základní mřížky vstoupit jen omezenému počtu cizích atomů

14 Roztavením a ochlazením dvou kovů omezeně mísitelných v jiném poměru, než se mísí v tuhém stavu, vznikne ochlazením slitina ze dvou složek: 1.obsahuje kov A s příměsí B, 2.obsahuje kov B s příměsí A. Slitiny obsahující intersticiální sloučeniny: sloučeniny Cr, Mn, Mo, Fe a dalších kovů s nekovovými prvky jako je C, N, P atd nekovový prvek nenahrazuje kov v krystalické mřížce, ale vstupuje do mezer mezi kovovými ionty v určitém poměru (Fe2N, Fe3C,Cr2N) Slitiny tvořící eutektické směsi: vznikají u kovů, které se spolu neslučují (nemísí) – např. směs Bi a Cd, přibýváním Bi ve slitině se bod tuhnutí snižuje do min., kterému se říká eutektický bod, pak se náhle zvyšuje Eutektická směs (eutektikum): směs kovů, v níž jsou dva kovy v takovém poměru, že mají nejnižší bod tání Termická analýza slitin – na základě znalostí bodu tání známých slitin různého složení