Roztwory
Metody rozdzielania mieszanin
Roztwory, stężenia i rozpuszczalność
Stężenie molowe c=n/V opisuje liczbę moli substancji w objętości roztworu. Stężenie procentowe masowe to udział masy substancji w masie roztworu pomnożony przez 100%.
Podczas rozcieńczania liczba moli substancji rozpuszczonej pozostaje stała, jeśli nic nie reaguje ani nie jest usuwane, dlatego c₁V₁=c₂V₂.
Rozpuszczalność jest maksymalną ilością substancji rozpuszczającej się w określonej ilości rozpuszczalnika i temperaturze. Roztwór przesycony może krystalizować po dodaniu zarodka lub zmianie warunków.
c=n/V; Cp=m_s/m_roztw·100%; c₁V₁=c₂V₂
- Objętości nie zawsze są addytywne po zmieszaniu.
- Masa roztworu = masa substancji + masa rozpuszczalnika.
- Dla większości ciał stałych rozpuszczalność rośnie z temperaturą, ale nie jest to reguła absolutna.
- Rozpuszczalność gazów zwykle maleje z temperaturą i rośnie z ciśnieniem.
Schemat: Roztwory, stężenia i rozpuszczalność
Zależność między zmiennymi i jej interpretacja.
Podstawa programowa: V.4
Właściwości metali, jony i związki kompleksowe
Reaktywność metalu zależy od łatwości utleniania. Metal o niższym potencjale standardowym może redukować jony metalu o wyższym potencjale, jeśli warunki pozwalają na samorzutny przebieg.
Metale przejściowe tworzą jony na różnych stopniach utlenienia, związki barwne i kompleksy. Barwa wynika często z przejść elektronów d w polu ligandów.
Ligand dostarcza parę elektronową do jonu centralnego, tworząc wiązanie koordynacyjne. Liczba koordynacyjna i geometria zależą od metalu, stopnia utlenienia i ligandów.
- Aluminium jest reaktywne, ale chroni je warstwa Al₂O₃.
- Fe²⁺ i Fe³⁺ mają odmienne właściwości i barwy roztworów.
- Zn i Al reagują z mocnymi zasadami jako metale amfoteryczne.
- Wyparcie metalu z soli jest reakcją redoks.
Podstawa programowa: V.5
Chemia w środowisku, zdrowiu i technologii
Ryzyko chemiczne zależy od zagrożenia substancji i wielkości narażenia: dawki, drogi, czasu i wrażliwości organizmu. Sama obecność substancji nie określa jeszcze rzeczywistego ryzyka.
Zielona chemia dąży do zapobiegania odpadom, wysokiej selektywności, bezpieczniejszych rozpuszczalników, efektywności atomowej i energetycznej oraz projektowania produktów podatnych na kontrolowany rozkład.
Ocena procesu obejmuje surowce, energię, emisje, trwałość produktu i koniec życia. Zamiana jednej substancji na inną jest korzystna tylko wtedy, gdy nie przenosi problemu na inny etap.
- Dawka czyni truciznę — toksyczność nie jest kategorią zero-jedynkową.
- Kwaśne deszcze wiążą się m.in. z SO₂ i NOₓ.
- Eutrofizacja wynika z nadmiaru biogenów, nie z samej obecności wody.
- Kataliza może zmniejszać temperaturę procesu i ilość produktów ubocznych.
Podstawa programowa: V.4
Najczęstsze błędy
„10% roztwór oznacza 10 g substancji w 100 g wody”
Poprawnie: Oznacza 10 g substancji w 100 g roztworu, czyli zwykle 90 g wody.
„Przy rozcieńczaniu liczba moli maleje”
Poprawnie: Maleje stężenie, lecz liczba moli substancji pozostaje, jeśli nie zachodzi reakcja ani strata.
„Bardziej aktywny metal ma wyższy potencjał redukcyjny”
Poprawnie: Łatwo utleniający się metal ma zwykle bardziej ujemny standardowy potencjał redukcyjny.
„Barwa jonów przejściowych wynika wyłącznie z samego pierwiastka”
Poprawnie: Zależy także od stopnia utlenienia, geometrii i rodzaju ligandów.
Zadania z odpowiedziami
1. Rozcieńczanie
Ile wody dodać do 100 cm³ roztworu 2,0 mol/dm³, aby otrzymać 0,50 mol/dm³?
- 1.Użyj c₁V₁=c₂V₂.
- 2.Oblicz V₂=400 cm³.
- 3.Odejmij objętość początkową.
Odpowiedź
Należy otrzymać 400 cm³ roztworu, więc dodać w przybliżeniu 300 cm³ wody.
2. Reakcja wypierania
Czy Zn zanurzony w CuSO₄ wyprze miedź?
- 1.Porównaj łatwość utlenienia Zn i Cu.
- 2.Zn jest bardziej aktywny.
- 3.Zapisz Zn+Cu²⁺→Zn²⁺+Cu.
Odpowiedź
Tak. Cynk ulega utlenieniu, a Cu²⁺ redukcji do metalu.
3. Ocena zamiany rozpuszczalnika
Jak ocenić, czy nowy rozpuszczalnik jest naprawdę bardziej ekologiczny?
- 1.Porównaj toksyczność i lotność.
- 2.Uwzględnij energię produkcji i odzysku.
- 3.Sprawdź trwałość, biodegradację i produkty rozkładu.
Odpowiedź
Należy ocenić pełny profil ryzyka i cykl życia, a nie tylko jedną cechę, np. pochodzenie biologiczne.
Podsumowanie
- Objętości nie zawsze są addytywne po zmieszaniu.
- Masa roztworu = masa substancji + masa rozpuszczalnika.
- Stężenie molowe c=n/V opisuje liczbę moli substancji w objętości roztworu. Stężenie procentowe masowe to udział masy substancji w masie roztworu pomnożony przez 100%.
- Aluminium jest reaktywne, ale chroni je warstwa Al₂O₃.
- Fe²⁺ i Fe³⁺ mają odmienne właściwości i barwy roztworów.
- Reaktywność metalu zależy od łatwości utleniania. Metal o niższym potencjale standardowym może redukować jony metalu o wyższym potencjale, jeśli warunki pozwalają na samorzutny przebieg.
- Dawka czyni truciznę — toksyczność nie jest kategorią zero-jedynkową.
Słownik pojęć
- Roztwór nasycony
- Roztwór w równowadze z nierozpuszczoną substancją w danych warunkach.
- Stężenie molowe
- Liczba moli substancji w 1 dm³ roztworu.
- Krystalizacja
- Wydzielanie uporządkowanej fazy stałej z roztworu lub stopu.
- Ligand
- Jon lub cząsteczka dostarczająca parę elektronową do centrum.
- Kompleks
- Układ jonu centralnego i związanych ligandów.
- Szereg aktywności
- Porządek metali według skłonności do utleniania.
- Efektywność atomowa
- Udział atomów substratów trafiających do pożądanego produktu.
- Narażenie
- Kontakt organizmu lub środowiska z określoną dawką substancji.