mieszaniny substancji roztwory - umlub.pl · ujemne odchylenie od prawa raoulta azeotropia ujemna

17
04/12/2017 1 Mieszaniny substancji Wykład 8 Mieszaniny substancji. Roztwory Są to – homogeniczne mieszaniny dwóch lub więcej związków chemicznych. Skład roztworów określa się przez podanie stężenia składników. W roztworach zwykle jeden ze związków chemicznych jest nazywany rozpuszczalnikiem, a drugi substancją rozpuszczaną. Własności fizykochemiczne roztworów zależą od składu roztworu oraz energii oddziaływania substancja rozpuszczona – rozpuszczalnik. Do właściwości fizykochemicznych zaliczamy: prężność pary nad roztworem, temperatura przemiany fazowej (temperatura wrzenia i krzepnięcia), dyfuzja składników roztworu, ciśnienie osmotyczne. Biorąc pod uwagę wzajemne oddziaływanie cząsteczek tworzących roztwór, możemy podzielić roztwory na roztwory doskonałe i rzeczywiste. Roztworem doskonałym nazywamy roztwór, w którym nie ma „silnych” oddziaływań pomiędzy składnikami A i B i poszczególne składniki zachowują się w układzie wieloskładnikowym (roztworze) tak samo jak w stanie jednoskładnikowym (w czystej substancji). Składniki roztworu ulegają jedynie rozcieńczeniu, a ich właściwości pozostają takie same jak przed zmieszaniem. Podczas tworzenia tego roztworu (mieszania czystych składników) nie występuje żaden efekt energetyczny. Właściwości konstytutywne roztworu (zależące od rozmieszczenia, a w mniejszym stopniu od liczby i rodzaju atomów w cząsteczce) takie jak napięcie powierzchniowe, współczynnik refrakcji, prężność par nad roztworem są wagowo obliczoną średnią właściwości poszczególnych czystych składników.

Upload: lynhan

Post on 25-Sep-2018

218 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Mieszaniny substancji roztwory - umlub.pl · Ujemne odchylenie od prawa Raoulta Azeotropia ujemna

04/12/2017

1

Mieszaniny substancji

Wykład 8

Mieszaniny substancji. Roztwory

Są to – homogeniczne mieszaniny dwóch lub więcej związków chemicznych. Skład roztworów określa się przez podanie stężenia składników. W roztworach zwykle jeden ze związków chemicznych jest nazywany rozpuszczalnikiem, a drugi substancją rozpuszczaną.

• Własności fizykochemiczne roztworów zależą od składu roztworu oraz energii

oddziaływania substancja rozpuszczona – rozpuszczalnik.

Do właściwości fizykochemicznych zaliczamy: prężność pary nad roztworem, temperatura

przemiany fazowej (temperatura wrzenia i krzepnięcia), dyfuzja składników roztworu,

ciśnienie osmotyczne.

• Biorąc pod uwagę wzajemne oddziaływanie cząsteczek tworzących roztwór, możemy

podzielić roztwory na roztwory doskonałe i rzeczywiste.

Roztworem doskonałym nazywamy roztwór, w którym nie ma „silnych” oddziaływań

pomiędzy składnikami A i B i poszczególne składniki zachowują się w układzie

wieloskładnikowym (roztworze) tak samo jak w stanie jednoskładnikowym (w czystej

substancji). Składniki roztworu ulegają jedynie rozcieńczeniu, a ich właściwości pozostają

takie same jak przed zmieszaniem. Podczas tworzenia tego roztworu (mieszania czystych

składników) nie występuje żaden efekt energetyczny.

Właściwości konstytutywne roztworu (zależące od rozmieszczenia, a w mniejszym stopniu

od liczby i rodzaju atomów w cząsteczce) takie jak napięcie powierzchniowe, współczynnik

refrakcji, prężność par nad roztworem są wagowo obliczoną średnią właściwości

poszczególnych czystych składników.

Page 2: Mieszaniny substancji roztwory - umlub.pl · Ujemne odchylenie od prawa Raoulta Azeotropia ujemna

04/12/2017

2

Roztwór doskonały to• Mieszanina gazów spełniająca prawo Daltona

• Jeżeli jednak zmieszamy równe objętości cieczy o różnych

właściwościach (etanol i woda) to utworzony roztwór będzie miał

objętość mniejszą od sumy objętości obu składników.

• Tworzony w ten sposób roztwór jest roztworem niedoskonałym

(rzeczywistym).

• W tym roztworze energia oddziaływania cząsteczka rozpuszczona-

rozpuszczalnik jest większa lub mniejsza od energii oddziaływania

pomiędzy cząsteczkami czystych składników

(A-B >>A-A i B-B lub A-B << A-A i B-B).

Porównanie roztworów doskonałych i rzeczywistych Charakterystyka Roztwory doskonałe Roztwory rzeczywiste

Prawo Raoulta Spełniają Wykazują odchylenia

Mieszanie w warunkach stałej temperatury i ciśnienia

Proces samorzutny; ΔGmiesz < 0

Może być niesamorzutne , ΔGmiesz > 0

Entropia mieszania Dodatnia, ΔSmiesz >0 Może być ujemna,ΔSmiesz < 0

Wymiana ciepła z otoczeniem Brak, ΔHmiesz = 0 Może wymagać wymiany ciepła z otoczeniem ΔHmiesz < 0 lub ΔHmiesz > 0

Zmiana objętości po zmieszaniu

Brak Objętość po zmieszaniu może być mniejsza lub większa od sumy objętości poszczególnych składników

Page 3: Mieszaniny substancji roztwory - umlub.pl · Ujemne odchylenie od prawa Raoulta Azeotropia ujemna

04/12/2017

3

Mieszaniny lotnych cieczy.

A) Układy dwuskładnikowe

W roztworach tego typu zarówno substancja rozpuszczona jak i rozpuszczalnik są cieczami.

W przypadku roztworów typu "ciecz w cieczy" możemy wyróżnić cztery przypadki:

• ciecze mieszają się bez ograniczeń (metanol-etanol; benzen-toluen itp.)

• ciecze mieszają się w stopniu ograniczonym a wzrost temperatury zwiększazakres wzajemnej mieszalności i powyżej pewnej charakterystycznej dla danego układu temperatury mamy mieszalność nieograniczoną (np. fenol w wodzie i woda w fenolu)

• ciecze mieszają się w stopniu ograniczonym a wzrost temperatury zmniejszazakres wzajemnej mieszalności, natomiast wzrost mieszalności występuje wraz z obniżaniem temperatury (np. formaldehyd i woda)

• ciecze mieszają się w stopniu ograniczonym, zaś zarówno wzrost temperatury jak i jej spadek powodują zwiększanie mieszalności (np. benzyloetylo amina i glicerol)

• Układ dwóch cieczy mieszających się nieograniczenie ma 2 stopnie swobody, s, (wg reguły faz Gibbsa) – układ 2 składnikowy () i dwufazowy (ciecz i para) (β)

• S = - β +2 • Zmieniając parametry opisujące skład roztworu znajdującego się w

równowadze np. ustalając skład roztworu i temperaturę pozostałe parametry takie jak prężność pary nad roztworem oraz skład pary będą od nich zależne.

• Natomiast ustalając prężność pary jako równą ciśnieniu zewnętrznemu oraz skład roztworu wówczas temperatura wrzenia roztworu oraz skład pary będą zależeć od składu roztworu.

Ciecze mieszające się nieograniczenie

Δμi < 0, ΔSmiesz > 0;

dla roztworu doskonałego ΔHmiesz = 0

Spełniają prawo Raoulta w całym zakresie stężeń

Przykłady:

benzen + toluen

heptan + cykloheptan

metanol + etanol

Page 4: Mieszaniny substancji roztwory - umlub.pl · Ujemne odchylenie od prawa Raoulta Azeotropia ujemna

04/12/2017

4

Prawo Raoulta, roztwory doskonałe, zeotropowe

AXa =1.0XB = 0.0

BXB =1.0XA = 0.0

p

P0 A

P0B

Zmiana prężności pary nad roztworem składników A i B w stałej temperaturze.

PB = XB P0B pA = XAP0

A

Przykład• W temperaturze 330 K prężność pary n-heksanu wynosi 0,68 x10-5 Pa, a prężność pary

n-heptanu 0,24 x10-5 Pa. Obliczyć całkowitą prężność pary nad roztworem w którym ułamek molowy n-heksanu wynosi xhx = 0,25.

• Phx = 0.25 x 0,68 x10-5 Pa = 1.7 x10-6 Pa

• Php = 0.75 X 0,24 x10-5 Pa = 1.8 x10-6 Pa

• Pc = 1.7 x10-6 Pa + 1.8 x10-6 Pa = 3.5 x10-6 Pa

lub stosując wzór

P = 3.5 x10-6 Pa

Gdy proces mieszania cieczy jest procesem endotermicznym czyli

• ΔHmiesz > 0, ciecze takowe są układami o nieograniczonej mieszalności ale są roztworami doskonałymi.

• Wykazują one większą rzeczywistą prężność pary obu składników nad roztworem i całkowita prężność pary nad roztworem jest inna od tej wykazywanej przez prawo Raoulta.

• Przykłady azeotropii dodatniej :

• etanol + woda; etanol +benzen; benzen + tetrachlorometan; metanol +tetrachlorometan

Dodatnie odchylenie od prawa Raoulta Azeotropia dodatnia

• Oddziaływania A-A i B-B >A-B

https://tsl.wum.edu.pl/sites/tsl.wum.edu.pl/files/destylacja_i_rektyfikacja.pdf

Page 5: Mieszaniny substancji roztwory - umlub.pl · Ujemne odchylenie od prawa Raoulta Azeotropia ujemna

04/12/2017

5

Gdy proces mieszania cieczy jest procesem egzotermicznym czyli

• ΔHmiesz < 0, ciecze takowe są układami o nieograniczonej mieszalności ale nie są roztworami doskonałymi.

• Wykazują one mniejszą rzeczywistą prężność pary obu składników nad roztworem i całkowitą prężność pary nad roztworem od tej wykazywanej przez prawo Raoulta

Przykłady azeotropii ujemnej:

aceton + metanol; benzen + metanol; aceton + chloroform; woda+ kwas mrówkowy; woda + kwas azotowy;

pirydyna + kwas mrówkowy;

Ujemne odchylenie od prawa Raoulta Azeotropia ujemna

Oddziaływania A-A i B-B < A-B

Destylacja

• Destylacją nazywamy metodę rozdzielenia składników tworzących roztwór opartą na zjawisku wzbogacenia pary nad wrzącym roztworem w składnik bardziej lotny. Para powstała w czasie wrzenia roztworu ulega skropleniu w chłodnicy i jest zbierana w naczyniu odbierającym („odbieralniku”). Tworzący się w ten sposób kondensat jest wzbogacony w ciecz o większej lotności.

Destylacja prowadzona w warunkach izotermicznych (w stałej temperaturze) pozwala na uzyskanie kondensatu (destylatu) o pożądanym składzie. Destylacja jest metodą rozdziału cieczy bardzo często stosowaną w technologii chemicznej. Pozwala ona niekiedy na rozdział bardzo złożonych substancji.

Schemat prostego zestawu laboratoryjnego do destylacji

Krzywe wrzenia i kondensacji dla dwuskładnikowego roztworu doskonałego substancji A i B. W temperaturze wrzenia T1 skład cieczy i pary odpowiadają punktom 1 na osi składu. W wyniku destylacji skład cieczy wzbogaca się w mniej lotny składnik A (punkt 2 na osi składu) co powoduje wzrost temperatury wrzenia do wartości T2 oraz wzbogacenie składu pary w składnik A.

Page 6: Mieszaniny substancji roztwory - umlub.pl · Ujemne odchylenie od prawa Raoulta Azeotropia ujemna

04/12/2017

6

Rozdzielanie układów azeotropowych

• Nie mogą być rozdzielone na drodze destylacji prostej ponieważ w punktach minimum i maksimum prężności par składy wrzącego roztworu i par są jednakowe.

Destylacja frakcyjna

Zastosowanie do rozdzielenia mieszanin cieczy o zbliżonych temperaturach wrzenia. Polega na wielokrotnym odparowaniu i skropleniu. Na każdej z półek kolumny rektyfikacyjnej dochodzi do destylacji prostej. A każdy następny stopień procesu jest zasilany produktem (destylatem) poprzedniego.

Układy cieczy o ograniczonej mieszalności

• Są to układy dwóch cieczy, które nie tworzą roztworów w każdym stosunku ilościowym i przy pewnym składzie mieszaniny tych cieczy tworzą się dwie fazy ciekłe będące roztworami nasyconymi.

• Ich entalpia swobodna mieszania, ΔGmiesz> 0

• Zgodnie z regułą faz Gibbsa układ składający się z dwóch faz (warstw) ciekłych i będącą z nimi w równowadze pary ma jeden stopień swobody.

• S = (2)- β (3) +2 = 1

• Czyli w danej temperaturze ściśle określony jest skład obu warstw ciekłych, prężność par i skład pary nad cieczą. Stąd też:

• na wzajemną rozpuszczalność (mieszalność) cieczy ma wpływ temperatura.

Diagramy fazowe temperatura skład

Z uwagi na wpływ temperatury na mieszalność rozróżniamy układy o:

- górnej krytycznej temperaturze mieszania

- dolnej krytycznej temperaturze mieszania

- górnej i dolnej krytycznej temperaturze mieszania

Page 7: Mieszaniny substancji roztwory - umlub.pl · Ujemne odchylenie od prawa Raoulta Azeotropia ujemna

04/12/2017

7

tt

Binoda

konoda

Binoda vs. konoda

0 1

XA

Układy wykazujące górą krytyczną temperaturę mieszania

T T

Jedna fazaukład

nienasycony cieczy A w cieczy B 0 1

XA

Dwie fazyUkład nasycony cieczy A w B i B w A

Górna krytyczna temperatura mieszania

Jedna fazaukład nienasycony cieczy B w cieczy A1 0XB

Układy wykazujące dolną i górną krytyczną temperaturę mieszania

Jedna faza

T T

0 1Xa

Dwie fazy

Dolna krytyczna temperatura mieszania

Górna krytyczna temperatura mieszania

Przykłady takich mieszanin: woda + nikotyna; dietyloamina + woda; woda + tetrahydrofurangliceryna + m-toluidyna

Page 8: Mieszaniny substancji roztwory - umlub.pl · Ujemne odchylenie od prawa Raoulta Azeotropia ujemna

04/12/2017

8

Destylacja z parą wodną

http://www2.chemia.uj.edu.pl/~zcho/dydaktyka/%C4%86wiczenia%20wst%C4%99pne.pdf

Zastosowanie – do oczyszczania substancji stałych i ciekłych nie mieszających się z wodą. Wykorzystuje prawo Daltona (pc = pA + p2 + ….pn). Z którego wynika, że dopóki istnieją obie fazy ciekłe, destylat będzie miał stały skład, a temperatura wrzenia będzie niższa niż każdego ze składników osobno. Stosuje się więc tę metodę do destylacji cieczy lub ciał stałych (niskotopliwych) o wysokich temperaturach wrzenia lub do wydzielania lotnego z parą wodną składnika ze złożonych mieszanin. Przykładem takiego zastosowania może być wyodrębnianie olejków eterycznych z materiałów roślinnych.

Wyznaczanie masy molowej

B. Układy trójskładnikowe

• Zgodnie z regułą faz Gibbsa maksymalna liczba stopni swobody w takich układach, zakładając, że są one jednofazowe, wynosić może 4 (temperatura, ciśnienie, stężenia dwóch spośród trzech składników).

• S = (3)- β (1) +2 = 4

• W diagramach fazowych dla układów trójskładnikowych zakłada się, że temperatura i ciśnienie są stałe. Rozważa się natomiast wpływ stężenia poszczególnych składników na jego stan równowagi. Graficzną analizę diagramów przeprowadza się w oparciu o kształt trójkąta równobocznego, którego wierzchołki odpowiadają czystym składnikom układu.

Układ trójskładnikowy w którym dwie ciecze mieszają się ograniczenie

Ciecze mieszające się Woda + metanolMetanol + benzen

Page 9: Mieszaniny substancji roztwory - umlub.pl · Ujemne odchylenie od prawa Raoulta Azeotropia ujemna

04/12/2017

9

Wpływ zmian temperatury na binody układów dwóch par cieczy, które częściowo się mieszają

W takich układach mamy do czynienia z dwoma parami binod . Rys.b – substancje A i B są całkowicie mieszalne w stosowanej temperaturze.Wzrost temperatury powoduje zwiększenie obszaru mieszalności i redukcję linii binod (rys.c)Spadek temperatury rozciąga binody (rys.a) i mogą one utworzyć, przy wystarczająco niskiej temperaturze, szeroki obszar niemeszalności.

Ekstrakcja

Cechy rozpuszczalnika w stosunku do fazy, z której prowadzi się

ekstrakcję:

• niewielka wzajemna rozpuszczalność obu faz – ekstrahowanej i ekstrahującej,

• duża rozpuszczalność ekstrahowanej substancji, pożądana niewielka rozpuszczalność innych składników mieszaniny,

• duża wartość stałej podziału,

• duża różnica ciężarów właściwych obu faz,

• trwałość substancji w roztworze,

• łatwość rozwarstwiania się faz,

• duża czystość i trwałość

• mała skłonność do tworzenia emulsji,

• mała lepkość

• łatwość i bezpieczeństwo manipulacji,

• łatwość usunięcia z roztworu,

• niskie koszty.

Page 10: Mieszaniny substancji roztwory - umlub.pl · Ujemne odchylenie od prawa Raoulta Azeotropia ujemna

04/12/2017

10

Zad.

Jakie jest stężenie kofeiny w warstwie organicznej jeżeli współczynnik podziału tego związku pomiędzy rozpuszczalnikiem organicznym a wodą wynosi 7,2; zaś stężenie kofeiny w wodzie wynosiło:

• A) w stanie równowagi 0,04 mol/l

• B) początkowo 0,04 mol/l

A

B

Modyfikacje prawa podziału Nernsta

Dysocjacja

K(A lub B) – stałą dysocjacji kwasowej lub zasadowej

Stała dysocjacji pewnego słabego kwasu organicznego w wodzie wynosi 4,8 x 10-4. Oblicz jego współczynnik podziału między benzen a wodą, jeżeli jego stężenie w benzenie to 0,8 mol/l a w wodzie 0,028 mol/l.

Asocjacja i dysocjacja

Page 11: Mieszaniny substancji roztwory - umlub.pl · Ujemne odchylenie od prawa Raoulta Azeotropia ujemna

04/12/2017

11

a – ilość gramów substancji zawarta w roztworze wodnyma1 – ilość gramów substancji pozostająca w roztworze wodnym po 1 ekstrakcji an - ilość gramów substancji pozostająca w roztworze wodnym po n-tej ekstrakcji

V- objętość roztworu wodnegoVo – objętość roztworu organicznego

Wyrażenie dla jednokrotnej ekstrakcji

Wyrażenie dla wielokrotnej ekstrakcji

Ekstrakcja jednokrotna, ekstrakcja wielokrotna

P

Dla odróżnienia od stałej podziału P, stosunek całkowitych stężeń substancji w obu fazach (stężenie substancji nie zdysocjowanej + stężenie substancji zdysocjowanej) nazwano współczynnikiem ekstrakcji (lub współczynnikiem podziału) D, a w przypadku kwasu octowego można wyprowadzić wzór na tę wielkość:

Zaś w przypadku zasad współczynnik ekstrakcji:

• Klasyfikacja metod ekstrakcji:

1. stan skupienia fazy, z której ekstrahowany jest analit:

•próbki gazowe: ekstrakcja w układzie gaz – ciecz; ekstrakcja w układzie gaz - ciało stałe

•próbki ciekłe: ekstrakcja w układzie ciecz-gaz; ekstrakcja w układzie ciecz – ciecz; ekstrakcja w układzie ciecz-ciało stałe

•próbki stałe ekstrakcja w układzie ciało stałe-gaz; ekstrakcja w układzie ciało stałe- ciecz

http://www.zcha.pwr.wroc.pl/chc4172w/wyklad1_pokaz.pdf

2. stan skupienia fazy, do której ekstrahowany (przenoszony) jest analit:

•ekstrakcja do fazy ciekłej

•ekstrakcja do fazy stałej

•ekstrakcja do fazy gazowej

•ekstrakcja do fazy gazu w stanie nadkrytycznym

Page 12: Mieszaniny substancji roztwory - umlub.pl · Ujemne odchylenie od prawa Raoulta Azeotropia ujemna

04/12/2017

12

3.technika prowadzenia procesu ekstrakcji:

• okresowa i ciągła

•bez wspomagania i ze wspomaganiem dodatkową energią (głównie mikrofalową lub ultradźwiękową)

• jednokrotna i wielokrotna

• współprądowa i przeciwprądowa

Sposób prowadzenia procesu

http://www.cbimo.zut.edu.pl/download/dydaktyka/nowe_technologie_i_techniki_produkcji_dodatkow_funkcjonalnych_do_zywnosci_tz_v/5.%20Ekstrakcja.pdf

Rodzaj układu ekstrakcyjnego

• Ekstrakcja typu ciecz -ciecz

Warunkiem prawidłowego przebiegu ekstrakcji w układzie ciecz – ciecz jest występowanie dwóch faz, które po zakończeniu procesu można łatwo mechanicznie rozdzielić łatwo mechanicznie.

Page 13: Mieszaniny substancji roztwory - umlub.pl · Ujemne odchylenie od prawa Raoulta Azeotropia ujemna

04/12/2017

13

Zastosowanie ekstrakcji

• Do rozdzielania układów azeotropowych zamiast destylacji

• W produkcji olejów roślinnych

• Pozyskiwania węgla brunatnego z torfu

• Izolacja substancji aktywnych (np. olejków eterycznych) z materiału roślinnego

54

Rozpuszczalność gazu w cieczy

Parametry wpływające na tę własność to:

a)temperatura

b)ciśnienia

Roztwory gazów w cieczach

http://zasoby1.open.agh.edu.pl/dydaktyka/chemia/a_e_chemia/6_chemia_roztworow/03_04_02.htmhttp://2012books.lardbucket.org/books/principles-of-general-chemistry-v1.0/s17-04-effects-of-temperature-and-pre.html

56

Cg = kH Pg

PRAWO HENRY'ego

W danym ciśnieniu i temperaturze ciecz (woda) zawiera pewną ilość rozpuszczonych gazów:•rozpuszczalność gazów w cieczach spada (maleje zawartość gazu) wraz ze wzrostem temperatury i obniżaniem ciśnienia,•rozpuszczalność gazów w cieczach rośnie (rośnie zawartość gazu) wraz z obniżaniem temperatury i wzrostem ciśnienia.

k- stała Henry’ego, zdolność łączenia gazu

Page 14: Mieszaniny substancji roztwory - umlub.pl · Ujemne odchylenie od prawa Raoulta Azeotropia ujemna

04/12/2017

14

Roztwory nieelektrolitów; Właściwości koligatywne

roztworów Koligatywne własności roztworów -zależą od ich

stężenia (wyrażonego w molach substancji

rozpuszczonej na jednostkę masy lub objętości

rozpuszczalnika), a nie są zależne od rodzaju substancji

rozpuszczonej.

Należą do nich: efekt ebulioskopowy (ebulimetria)

i związane z nim obniżenie prężności pary nad

roztworem (względem czystego rozpuszczalnika),

efekt krioskopowy (kriometria) oraz efekt osmotyczny

(osmoza, ciśnienie osmotyczne).

Ciśnienie par rozpuszczalnika

Ciśnienie par roztworu

Podwyższenie temperatury wrzenia

Temp. wrzenia rozpuszczalni-ka

Temp. wrzenia roztworu

Dodatek soli do wody obniża temperaturę zamarzania tak powstałego roztworu.

Obniżenie temperatury zamarzania

lód

cieczCiecz z substancją rozpuszczoną

60

Δtf = mKf

Δtb= mKb

Δtf – obniżenie temperatury krzepnięcia, oC

Δtb – podniesienie temperatury wrzenia; oC

Kf – stała krioskopowa; oC kg rozpuszczalnika/mol substancji

Kb – stała ebuliskopowa; oC kg rozpuszczalnika/mol substancji

m – molarność

Page 15: Mieszaniny substancji roztwory - umlub.pl · Ujemne odchylenie od prawa Raoulta Azeotropia ujemna

04/12/2017

15

61

Przykład: Próbka o masie 1.20 g nielotnego organicznego związku została rozpuszczona w 60 g benzenu. Temperatura wrzenia mieszaniny to 80.96°C, natomiasttemperatura wrzenia czystego benzenu wynosi 80.08°C. Jaka jest masa cząsteczkowa substancji rozpuszczonej.

ΔT = 80.96 - 80.08 = 0.88°C

Masa użytego benzenu to 60.0 g, a nie 1000 g. Tak więc ilość moli substancji = molarność × y kg rozpuszczalnika

62

0.100 molarny wodny roztwór substancji niejonizującej powoduje obniżenie

temperatury zamarzania o 0.186°C.

Jeżeli badamy mocny elektrolit to np. 0.100 m KBr ma molarność 0.200 m

(i.e., 0.100 m K+ + 0.100 m Br-).

Tak więc można przewidzieć, że 0.100 molarny roztwór mocnego elektrolitu

obniżałby temperaturę zamarzania o 2 X 0.186°C, lub 0.372°C.

Rzeczywiste, obserwowane obniżenie punktu krzepnięcia wynosi tylko

0.349°C. Ta wartość dla ΔTf jest około 6% mniejszy od wyliczonego dla 0.200 m

roztworu.

Dla bardziej skoncentrowanego 1.00 m roztworu KBr oczekiwane

obniżenie temperatury krzepnięcia wynosi

2 X 1.86°C = 3.72°C.

Zaś obserwowany spadek temperatury krzepnięcia wynosi tylko 3.29°C.

Czyli ΔTf jest około 11% mniejsza od oczekiwanej.

64

Aby obie wartości dla wodnego roztworu elektrolitu skorelować

stosuje się współczynnik van’t Hoff’a dla roztworu. Jest to

stosunek aktualnej koligatywnej właściwości do tej, która byłaby

oczekiwana gdyby nie doszło do dysocjacji.

stated

effective

statedi

effectivef

lytenonelectroiff

actualf

m

m

mK

mK

T

Ti

][tan

molarnoscroztworukg

nejrozpuszczocjisubsmoliiloscm

Page 16: Mieszaniny substancji roztwory - umlub.pl · Ujemne odchylenie od prawa Raoulta Azeotropia ujemna

04/12/2017

16

65

i = 1+ α (n-1)

α – ilość (ułamek) cząstek dysocjujących substancji

n- ilość jonów

Laboratoryjny zestaw do demonstracji zjawiska osmozy.

(a). Rysunek po prawej stronie przedstawia rurkę

wypełnioną roztworem cukru umieszczonym w rurce

zakończonej membraną półprzepuszczalną. Całość jest

zanurzona w roztworze wody. Rysunek po lewej stronie po

pewnym czasie od rozpoczęcia procesu transportu wody

(solwentu) przez błonę półprzepuszczalną.

(b) Układ zamknięty zawierający dwa naczynia w jednym z

nich roztwór, a w drugim rozpuszczalnik. Cząsteczki

zawarte w roztworze nie są lotne, a rozpuszczalnik tak.

Jego cząsteczki ulatniają się i rozcieńczają roztwór.

Osmotyczne ciśnienie (π) jest różnicą ciśnienia pomiędzy ciśnieniem

układu a ciśnieniem atmosferycznym.

Pomiaru można dokonać poprzez zastosowanie wystarczająco dużego

ciśnienia aby przerwać wypływ wody z systemu, który powstaje dzięki

zjawisku osmozy.

V

TRn

Dla roztworów stężonych π = MRT

Dla roztworów rozcieńczonych π = m RT

M- molowośćm- molarnośćT-Temperaturan – ilość moli

68

Przykład: Jakie jest ciśnienie osmotyczne roztworu sacharozy zawierającego 50 g sacharozy (0.146 moli) w 117 g

wody. Gęstość roztworu to 1.34 g mL-1. Pomiaru dokonano w temperaturze 25oC.

T = 273K + 25 = 298K

R= 0.0821 L atm mol-1 K -1

atmKKmol

atmLLmol

LmolL

molesM

LmLg

mLgV

58.282980821.017.1

17.1125.0

146.0

125.012534.1

1167

1

1

Page 17: Mieszaniny substancji roztwory - umlub.pl · Ujemne odchylenie od prawa Raoulta Azeotropia ujemna

04/12/2017

17

Żywe komórki zawierają roztwory. Gdy umieścimy je w roztworach o odmiennym stężeniu różnica w ciśnieniu osmotycznym pomiędzy komórką a roztworem zewnętrznym może spowodować przepływ wody do lub z komórki.

Komórki pochłaniają wodę gdy stężenie roztworu na zewnątrz jest mniejsze (roztwór hipotoniczny) od stężenia wewnątrz nich. Komórki „puchną”.

Komórki o normalnym kształcie w izotonicznym roztworze. Stężenia obu roztworów są jednakowe.

Komórki kurczą się w roztworze o wyższym stężeniu (hipertoniczny roztwór) wskutek przechodzenia wody z wnętrza komórki do roztworu zewnętrznego

http://puretecwater.com/what-is-reverse-osmosis.html