Układy dyspersyjne - roztwory Roztwory koloidalne Roztwory właściwe Sposoby wyrażania stężeń roztworów Przeliczanie stężeń Reguła mieszania roztworów

Układ Układ – wyodrębniony obszar materii oddzielony od otoczenia wyraźnymi graniami (np. roztwór soli w probówce) Otoczenie – wszystko to, co znajduje się poza układem (np. ścianki probówki i wszystko to, co znajduje się w jej otoczeniu) Faza układu – jednorodna pod względem fizycznym część układu oddzielona od reszty układu wyraźną powierzchnią rozdziału (np. woda w stanie ciekłym, woda stanie stałym – lód, woda w stanie gazowym – para wodna) Składnik układu – substancja o określonych właściwościach fizykochemicznych (np. woda w różnych stanach skupienia) Układ dyspersyjny – układ składający się z fazy zdyspergowanej (rozproszonej - np. sacharoza) – fz oraz fazy dyspersyjnej (rozpraszającej, np. woda) – fd

Podział układów dyspersyjnych ze względu na stan skupienia fz i fd Układ dyspersyjny Podział układów dyspersyjnych ze względu na stan skupienia fz i fd Stan skup. fz f. rozpraszana Stan skup. fd f. rozpraszająca Gaz Ciecz Ciało stałe Roztwory gazowe Aerozol, mgła Dym, kurz Piana Roztwory właściwe, emulsje Roztwory właściwe, koloidy Piana stała Mokra gąbka Stopy metali

Układ dyspersyjny Podział układów dyspersyjnych ze względu na stan rozdrobnienia fazy zdyspergowanej (rozproszonej) średnica (ᴓ) cząsteczek w nm (10-9m) Układ dyspersyjny Układ jednorodny – homogeniczny – roztwór właściwy ᴓ < 1nm Układ niejednorodny – heterogeniczny Zawiesiny (rozdrobnienie makroskopowe) ᴓ ≥ 200nm Roztwory koloidalne 1nm ≤ ᴓ < 200nm

Podział układów koloidalnych ze względu na : Roztwory koloidalne Roztwór koloidalny – układ dyspersyjny, w którym średnice cząsteczek fazy rozproszonej zawarte są w granicach 1nm ≤ ᴓ < 200nm Podział układów koloidalnych ze względu na : Rodzaj gazy rozpraszającej Powinowactwo do rozpuszczalnika Budowę fazy rozproszonej Hydrozole (woda) Alkozole (alkohol) Aerozole (powietrze) Liofilowe (duże powinowactwo do rozpuszczalnika, łatwo ulegają solwatacji Liofobowe (małe rozpuszczalnika, | nie ulegają solwatacji Cząsteczkowe (pojedyncze makrocząsteczki) Fazowe (bardzo małe kryształy) Miceralne (micela)

Charakterystyka roztworów koloidalnych Efekt Tyndalla – rozproszenie światła na cząsteczkach fazy rozproszonej (cząstki fazy rozproszonej są większe o długości fali świetlnej) 2 3 1 1 – źródło światła, 2 – roztwór rzeczywisty (właściwy), 3 – roztwór koloidalny

Charakterystyka roztworów koloidalnych Ruchy Browna – cząstki fazy rozproszonej poruszają się w roztworze po torach zygzakowatych od odbicia (zderzenia) do odbicia (zderzenia) z innymi cząstkami

Charakterystyka roztworów koloidalnych Koagulacja – zjawisko łączenia się cząstek fazy rozproszonej koloidu w większe zespoły tworzące nieregularną sieć – koagulat Peptyzacja – zjawisko odwrotne do koagulacji KOAGULACJA (koloid) ZOL ŻEL (koagulat) PEPTYZACJA Denaturacja – nieodwracalny proces przechodzenia zolu w żel

Charakterystyka roztworów koloidalnych Czynniki powodujące proces koagulacji i denaturacji koloidu Koagulacja koloidu Denaturacja koloidu Dodanie niektórych elektrolitów Dodanie nieelektrolitów zmiana temperatury (obniżenie lub podwyższenie) Działanie czynnikami mechanicznymi Przepływ prądu elektrycznego Działanie świtała inne Dodanie: - stężonych roztworów kwasów lub zasad - roztworów soli metali ciężkich - niektórych związków organicznych (alkoholu, aldehydu) Wysokie zmiany temperatury

Charakterystyka roztworów koloidalnych Budowa miceli – naładowana cząstka dowolnego koloidu [schemat miceli (AgI)n] K warstwy jonów jądro miceli warstwa adsorpcyjna warstwa dyfuzyjna (rozmyta) K+ K+ K+ K+ K+ I- K+ K+ I- I- (AgI)n I- K+ I- K+ I- I- I- K+ K+ K+ K+ K+ K+ K+

Roztwory właściwe Roztwór właściwy – jednorodna (homogeniczna) mieszanina dwóch lub więcej składników, składnik występujący w nadmiarze nazywa się rozpuszczalnikiem a pozostałe składniki substancjami rozpuszczonymi ( w zależności od stanu skupienia wyróżnia się roztwory: gazowe, ciekłe, stałe) Mieszanina – układ złożony z co najmniej dwóch substancji w dowolnym stosunku Rozpuszczanie – proces mieszania prowadzący do powstania roztworu Rozpuszczalność – maksymalna liczba gramów substancji, która rozpuszcza się w określonych warunkach temp. i ciśnienia w 100g rozpuszczalnika dając roztwór nasycony

Roztwory właściwe Podział roztworów ze względu na zawartość substancji rozpuszczonej c – stężenie roztworu cmax – stężenie roztworu wynikające z rozpuszczalności Roztwory Roztwór nienasycony c < cmax Roztwór nasycony c = cmax Roztwór przesycony c > cmax

Efekty towarzyszące procesom rozpuszczania Solwatacja – proces otaczania jonów lub cząsteczek przez cząsteczki rozpuszczalnika (jeżeli rozpuszczalnikiem jest woda – uwodnienie – hydratacja) Efekty energetyczne – proces endoenergetyczny z pobieraniem energii cieplnej z otoczenia , proces egzoenergetyczny z oddaniem energii cieplnej do otoczenia Efekt ebulioskopowy – temp. wrzenia roztworu jest wyższa niż temp. wrzenia rozpuszczalnika Efekt krioskopowy – temp. krzepnięcia roztworu jest niższa niż temp. krzepnięcia rozpuszczalnika Kontrakcja – zmniejszenie objętości układu po połączeniu dwóch różnych cieczy (np. woda + etanol) Dyfuzja – proces prowadzący do wyrównania stężenia w całej objętości roztworu Dysocjacja – rozpad cząsteczek substancji rozpuszczaj na jony pod wpływem polarnego rozpuszczalnika

Sposoby wyrażania stężeń roztworów Stężenie procentowe [%]: Cp (C%) - procent masowy (wagowy) substancji rozpuszczonej w roztworze (w 100g roztworu) ms – masa substancji rozpuszczonej [g] mr – masa roztworu [g] mrozp – masa rozpuszczalnika [g] mr = ms + mrozp

Sposoby wyrażania stężeń roztworów Stężenie molowe [mol/dm3] = [mol.dm-3] :Cm – liczba moli substancji rozpuszczonej (zawartej) w 1dm3 roztworu - n – liczba moli substancji rozpuszczonej - Vr – objętość roztworu w dm3 ms - masa sub. rozp. mr - masa roztw. M – masa molowa sub. rozp. dr – gęstość roztw.

Przeliczanie stężeń roztworów Przeliczenie z Cp na Cm Przeliczenie z Cm na Cp Cm – stężenie molowe roztworu [mol/dm3] Cp – stężenie procentowe roztworu [%] dr – gęstość roztworu w g/dm3 (gęstość należy przeliczyć z g/cm3 mnożąc ją przez 1000, np. d = 1,2g/cm 3 = 1200g/dm3) M – masa molowa [mol/dm3]

Reguła mieszania roztworów – metoda krzyżowa Uwagi: - rozcieńczając roztwór wodą, należy przyjąć, że jest to roztwór 0% - zatężając roztwór solą bezwodną, należy przyjąć, że jest to roztwór 100% - zatężając roztwór hydratem (solą uwodnioną), należy przyjąć, że jest to roztwór wodny o określonym stężeniu: np. CuSO4.5H2O mr = M = 64g/mol + 32g/mol + 4.16g/mol + 5.18g/mol = 160g/mol + 90g/mol = 250g/mol ms = 160g

Reguła mieszania roztworów – metoda krzyżowa (Cp) Obliczanie stężenia procentowego po wymieszaniu roztworu o masie mr1 i stężeniu Cp1 z roztworem o masie mr2 i stężeniu Cp2 (Cp1 > Cpx> Cp2) mr1 Cp1 Cp1 – Cpx mr2 Cpx mr2 Cp2 Cpx – Cp2 mr1 Z proporcji: (Cp1 – Cpx) . mr1 = (Cpx – Cp2) . mr2

Reguła mieszania roztworów – metoda krzyżowa (Cm) Obliczanie stężenia molowego po wymieszaniu roztworu o objętości Vr1 i stężeniu Cm1 z roztworem o objętości Vr2 i stężeniu Cm2 (Cm1 > Cmx> Cm2) Vr1 Cm1 Cm1 – Cmx mr2 Cpx Vr2 Cm2 Cmx – Cm2 mr1 Z proporcji: (Cm1 – Cmx) . Vr1 = (Cmx – Cm2) . Vr2