4 Otopine i Koloidni Sustavi

1

OTOPINE I OTOPINE I KOLOIDNI SUSTAVIKOLOIDNI SUSTAVI

2

GRUBO

DISPERZNI

SUSTAVI

KOLOIDNI

SUSTAVI

PRAVE

OTOPINE

veličina čestica: > 200 nm 1-200 nm

(10 μm)

< 1 nm

koloidne čestice:

→ nakupine ionâ ili molekulâ

− nisu vidljive prostim okom

− prolaze kroz filter papir

− raspršuju svjetlost (Tyndallov fenomen)

3

OtopineOtopine

4

OTOPINE = OTAPALO + OTOPLJENA TVAR

→ najčešće (l) ↔ (s), (l), (g)

→ može biti i (s) + (s) = čvrste otopine

5

→ najvažnije otapalo:

VODA

→ otapala

→ s obzirom na naboj čestica

otopljene tvari

polarna

nepolarna

elektrolitske otopine

neelektrolitske otopine

6

– procesi pri otapanju kristalnih tvari:

rušenje kristala + solvatacija oslobođenih česticarušenje kristala + solvatacija oslobođenih čestica

– rušenje kristala: ΔcellHº (= Uº) > 0

– solvatacija: ΔsolvHº < 0 (odn. hidratacija: ΔhidrHº)

——————————————————————

→ entalpija otapanja: ΔsolnHº = ΔcellHº + ΔsolvHº

(za vodene otopine: ΔsolnHº = ΔcellHº + ΔhidrHº)

7

Dijagram topljivosti (nekih soli u vodi):

iskazivanje topljivosti:m(solut) / 100 g otapalo

8

– topljivost plinova – Henryjev zakon:

“Količina plina otopljenog u tekućini na određenoj temperaturi proporcionalna je (parcijalnom) tlaku toga plina iznad tekućine”

p / bar

c / m

ol L

−1

ccplinplin = k = kHH ·· pp’’plinplin

9

− različite matematičke formulacije Henryjevog zakona

10

Koloidni sustaviKoloidni sustavi

13

− koloidi − imaju veliku površinu u usporedbi s normalnim materijalom

→ (među)površinski efekti − izrazito važni za kemiju disperznih sustava

14

→ najvažniji (zbog rasprostranjenosti i primjene) − koloidni sustavi čvrste, odn. tekuće dispergirane faze u tekućem disperznom sredstvu (→ vodi)

→ surfaktant (površinski aktivna tvar) − vrsta koja se akumulira na međupovršini dva fluida (od kojih 1 može biti zrak) i mijenja svojstva površine

− najčešći surfaktanti − molekule s organskim (lančastim) nepolarnim dijelom i polarnim dijelom (npr.: sapuni i deterdženti)

→ surfaktanti − tvore micele, tj. sferaste nakupine molekula → neionski surf. − > 1000 molekula → ionski surf. − 10 – 100 molekula, odn.

iona

15micelamicela

16

− električki naboj na površinama koloidnih čestica

→ kinetička stabilnost koloida

→ električki dvosloj

17

Prikaz micele: (a) želatine, (b) srebrovog klorida

(a)

(b)

18

→ → stabilizacija emulzijestabilizacija emulzije

molekule proteina su uvinute između čestica

masti i sprječavaju koagulaciju

mast

velike molekule sprječavaju

dodirivanje kapi

(a) (b)

19

→ priprema koloida

20

− nastajanje koloida prilikom taloženja soli;

AgNO3(aq) + NaCl(aq) → AgCl(s) + NaNO3(aq)

primarni apsorpcijski slojprimarni apsorpcijski sloj

ioni suprotnog naboja ioni suprotnog naboja − sekundarni aps. sloj− sekundarni aps. sloj

homogena otopinahomogena otopina

primarni apsorpcijski sloj + sekundarni apsorpcijski sloj =

= električki dvosloj

21

→ peptizacija vs. koagulacija

AgCl(koloid) AgCl(talog)koagulacija

peptizacija

→ koagulacija se pospješuje:

− dodatkom elektrolita suprotnog naboja od naboja iona iz primarnog sloja

− zagrijavanjem koloidne otopine

− miješanjem koloidne otopine

→ peptizacija se pospješuje:

− ispiranjem taloga čistom vodom (čime se uklanjaju ioni iz sekundarnog aps. sloja)

22

Kvantitativno iskazivanje Kvantitativno iskazivanje sastava smjesasastava smjesa

Fizikalne veličine za Fizikalne veličine za iskazivanje kvantitativnog sastava smjesaiskazivanje kvantitativnog sastava smjesa

23

Uobičajeno u upotrebi:Uobičajeno u upotrebi:

- udjeliudjeli

- koncentracijekoncentracije

- molalnostmolalnost

(Rijetko u upotrebi:(Rijetko u upotrebi:

- omjeriomjeri

- sadržaji)- sadržaji)

24

1.) Maseni udjel 1.) Maseni udjel

→ omjer mase sastojka i mase smjese

BB

A B C n...

mw

m m m m

UdjeliUdjeli

(sastojak)

(sastojak) 100 %(smjesa)

mw

m

– najčešće se iskazuje kao %

25

Koliko grama vode i octene kiseline je potrebno za pripravu 250 g otopine, w = 20,0 %?

26

2.) Množinski (količinski, molarni) udjel 2.) Množinski (količinski, molarni) udjel

→ omjer množine sastojka i zbroja množinâ svih sastojaka

B BB n

A B C ni

i=1

...

n nx

n n n nn

UdjeliUdjeli

→ vrijednost množinskog udjela – uobičajeno se iskazuje kao realni broj

27

Koliki je množinski udjel octene kiseline i vode u otopini za koju vrijedi w(CH3COOH) = 20,0 %?

29

3.)Volumni udjel 3.)Volumni udjel

→ omjer volumena sastojka i zbroja volumenâ svih sastojaka prije miješanja

i ii n

a b c nj

j=1

...

V V

V V V VV

UdjeliUdjeli

valja uočiti da se u nazivniku nalazi zbroj volumenâ svih sastojaka smjese prije miješanja (ne volumen smjese kao takve)

– najčešće se iskazuje u %

30

4.) Masena koncentracija4.) Masena koncentracija

→ omjer mase sastojka i volumena smjese (otopine)

BB

m

V

KoncentracijeKoncentracije

→ mjerna jedinica – – bira se s obzirom na prikladnost zapisa vrijednosti masene koncentracije – izvedena neimenovana: kg m−3

– decimalne: g cm−3, mg cm−3, mg dm−3, µg dm−3, … – uvriježene (iznimno dopuštene): g L−1, mg L−1, µg L−1, itd.

31

Priređeno je 250 mL vodene otopine koja sadržava 5,00 g saharoze. Kolika je masena koncentracija takve otopine?

32

5.) Množinska koncentracija5.) Množinska koncentracija

(sinonimi prisutni u upotrebi: koncentracija, količinska (sinonimi prisutni u upotrebi: koncentracija, količinska koncentracija, molarna koncentracija, molarnost, molaritet) koncentracija, molarna koncentracija, molarnost, molaritet)

→ omjer množine sastojka i volumena smjese (otopine)

BB

nc

V


→ mjerna jedinica – – izvedena neimenovana: mol m−3

– najčešće korištene: mol dm−3 = mol L−1

33

0,189 g cinkova(II) nitrata, Zn(NO3)2, otopljeno je u vodi, a volumen otopine je namješten na 100 mL.Izračunaj: a) masenu koncentraciju soli

b) koncentraciju cinkovih(II) iona c) koncentraciju nitratnih iona

d) masenu koncentraciju cinkovih(II) iona u priređenoj otopini.

37

6.) Molalnost6.) Molalnost

→ omjer množine soluta i mase otapala

BB

A

nb

m

MolalnostMolalnost

→ mjerna jedinica – – izvedena neimenovana, ujedno i jedina primjenjivana: mol kg−1

38

Neka bromovodična kiselina karakterizirana je sljedećim veličinama: w(HBr) = 48 %, ρ(otopine HBr) = 1,488 g cm−3.Izračunajte: a) masenu koncentraciju

b) množinsku koncentraciju c) molalnost spomenute

otopine.

40

7.) Brojevni udjel7.) Brojevni udjel

→ ekvivalentan množinskom udjelu

Veličine za iskazivanje sastava smjesa koje nisu uobičajene u upotrebi:Veličine za iskazivanje sastava smjesa koje nisu uobičajene u upotrebi:

UdjeliUdjeli

B

B B n

jj=1

NX x

N

41

8.) Brojevna koncentracija8.) Brojevna koncentracija

→ ponekad se koristi za opisivanje plinskih smjesa

– uobičajena mjerna jedinica: cm−3


BB

NC

V

9.) Volumna koncentracija9.) Volumna koncentracija

→ omjer volumena sastojka i volumena smjese

– bezdimenzijska veličina

ii

V

V

42

10.) Maseni omjer10.) Maseni omjer

OmjeriOmjeri

ii,j

j

m

m

11.) Volumni omjer11.) Volumni omjer

ii,j

j

V

V

12.) Množinski (količinski, molarni, brojevni) omjer12.) Množinski (količinski, molarni, brojevni) omjer

B BB,A

A A

n Nr

n N

43

13.) Množinski (količinski) sadržaj

SadržajiSadržaji

Bi

nk

m

14.) Brojevni sadržaj

BB

NK

m

15.) Volumni sadržaj

ii

V

m

44

→ otopine željenog kvantitativnog sastava u praksi se priređuju:

– otapanjem krute tvari (u odabranom otapalu)

– razrjeđivanjem otopine

Pripremanje otopina

45

Koliko je potrebno odvagati natrijevog hidroksida da bi se priredilo 1,0 L vodene otopine koncentracije 0,1 mol dm−3?

46

Koliki je volumen koncentrirane klorovodične kiseline (12 mol dm−3) potrebno uzeti za pripravu 1,0 L kiseline koncentracije 1,0 mol dm−3?

4 Otopine i Koloidni Sustavi

Documents

Transcript of 4 Otopine i Koloidni Sustavi