Χημεία Β΄ Γυμνασίου

Χρήστος Κούτρας, Χημικός, M.Sc.

νερό

2.1. Το νερό στη ζωή μας

Το νερό είναι θεμελιώδης παράγοντας για τη διατή-ρηση της ζωής στον πλανήτη μας αφού είναι: το πιο διαδεδομένο υγρό στη φύση. το κύριο συστατικό των ζωντανών οργανισμών. το κύριο συστατικό των τροφών και πολλών υλι-

κών.

Ανίχνευση νερού σε υγρά, αέρια και στερεά υλικά

Σε αέριο μίγμα (π.χ. ατμοσφαιρικός αέρας) το νερό (υδρατμοί) ανιχνεύεται από τις σταγόνες νερού που εμφανίζονται στα τοιχώματα παγωμένου δοχείουπου βρίσκεται εντός του μίγματος.

Το νερό σε υγρό μίγμα (π.χ. γάλα) ανιχνεύεται από τις σταγόνες που σχηματίζονται σε ύαλο ωρολογίου που φέρνουμε πάνω από το θερμό μίγμα.

Ο στερεός, κυανός και ένυδρος θειικός χαλκός (γα-λαζόπετρα: σύστημα θειικού χαλκού και νερού) όταν θερμανθεί, απομακρύνεται το νερό και μένει μόνο ο καθαρός θειικός χαλκός, που είναι λευκός.

Χρήσεις του νερού

αστική

βιομηχανική

γεωργική

Ποσοστιαία χρήση νερού ανά κατηγορία

41%

37%

2%1%

5%1% 12%

1%θερμοηλεκτρικά εργοστάσια

άρδευση

διαλύσεις οικιακή χρήση

βιομηχανική χρήση ζωική παραγωγή

αστική χρήση μεταλεύματα

ντους & πλύσιμο 35%

τουαλέτα30%

πλυντήριο20%

κουζίνα και πόση νερού10%

καθάρισμα5%

Οικιακή χρήση νερού

Βιομηχανική χρήση νερού

ψύξη

συστατικό

προϊόντων

πλύσιμο

παραγωγή

ενέργειας

2.2. Το νερό ως διαλύτης - μείγματα

Μείγμα είναι κάθε σύστημα που προκύπτει από την ανάμειξη δύο ή περισσοτέρων καθαρών ουσιών, που ονομάζονται συστατικά του μείγματος.

Βασικές κατηγορίες μιγμάτων: ανάλογα με τη φυσική τους κατάσταση: στερεά - υγρά - αέρια aνάλογα με την έκταση ανάμειξης των συστατι-

κών τους: ετερογενή – ομογενή

ετερογενή μίγματα: τα συστατικά είναι διακριτά με γυμνό μάτι ή κοινό μικροσκόπιο.

ομογενή μίγματα (ή διαλύματα): τα συστατικά τους δεν είναι διακριτά.

Α. Γρανίτης (ετερογενές Β. Αίμα (ετερογενές Γ. θειικός χαλκός σε μίγμα) μίγμα) νερό (ομογενές

μίγμα, διάλυμα)

Χαρακτηρίστε με Ε (ετερογενή) και με Ο (ομογενή) τα ακόλουθα μίγματα:

E

E & OO

O

E E

EE

E

E

Ιδιότητες των μειγμάτων: Τα μείγματα έχουν μεταβλητή σύσταση,

δη-λαδή μπορούμε να αναμειγνύουμε τα συστα-τικά τους σε διάφορες αναλογίες.

Π.χ καφές γλυκός, μέτριος κτλ. Τα συστατικά ενός μίγματος διατηρούν

πολ-λές από τις ιδιότητές τους. Π.χ. το αλάτι είναι στερεό και αλμυρό, το

νερό είναι υγρό χωρίς γεύση ενώ το αλατό-νερο είναι αλμυρό και υγρό.

Όλα τα ποτά και τα τρόφιμα που καταναλώ- νουμε είναι μείγματα ουσιών.

Π.χ. μέλι, λάδι, καφές (655 συστατικά)

Διαλύματα Διάλυμα: ονομάζεται κάθε ομογενές μίγμα. Διαλύτης: είναι το συστατικό του διαλύματος που

έ-χει την ίδια φυσική κατάσταση με το διάλυμα ή τη μεγαλύτερη κατά βάρος (ή κατ’ όγκο ) αναλογία.

Διαλυμένες ουσίες: τα υπόλοιπα συστατικά του δια-λύματος.

Π.χ. Coca cola: δ/της: νερό, δ.ο.: διοξείδιο του άνθρακα, φωσφωρικό οξύ,

καφεΐνη, καραμελόχρωμα, ζάχαρη και φυσικές αρωματικές ύλες.

Υδατικά διαλύματα: Είναι τα διαλύματα στα οποία διαλύτης είναι το νερό. Το νερό χαρακτηρίζεται ως παγκόσμιος διαλύ-

της: είναι φθηνός και ο πιο διαδεδομένος (διαλύ- ει πάρα πολλές ουσίες).

Άλλοι διαλύτες: βενζίνη, ασετόν, αιθανόλη, βενζόλιο

Παράδειγμα σχηματισμού διαλύματος:

+

διαλύτης (νερό)

διαλυμενήουσία

(υπερμαγγανι-κό καλίο)

υδατικό διάλυμα υπερμαγγανικού

καλίου

Κατηγορίες διαλυμάτων:Α. Ανάλογα με τη φυσική τους κατάσταση: στερεά – υγρά – αέρια Β. Ανάλογα με τη φύση της διαλυμένης

ουσίας: μοριακά – ιοντικά Γ. Ανάλογα με την ποσότητα της διαλυμένης

ουσίας σε ορισμένη ποσότητα διαλύτη: ακόρεστα – κορεσμένα - υπέρκορα

διαλυτότητα ουσίας: είναι η μέγιστη ποσότητα της

ουσίας που μπορεί να διαλυθεί σε ορισμένη ποσό- τητα διαλύτη και σε ορισμένες συνθήκες. Εξαρτάται πό το διαλύτη, από την ουσία, από τη θερμοκρα- σία και την πίεση. Π.χ. σε 100 g νερού θερμο- κρασίας 20 oC μπορούμε να διαλύσουμε πλήρως μέχρι 35 g κοινού αλατιού.

ΚΟΡΕΣΜΕΝΟ ΔΙΑΛΥΜΑδεν διαλύεται επιπλέον ποσό-τητα δ.ο.

ΑΚΟΡΕΣΤΟ ΔΙΑΛΥΜΑμπορεί να διαλυθεί επιπλέον ποσότητα δ.ο.

ΥΠΕΡΚΟΡΟ ΔΙΑΛΥΜΑΕίναι ασταθές, σχηματίζονται κρύσταλλοικαθαρής δ.ο.

Αύξηση περιεκτικότητας διαλυμένης ουσίας

στερεό διάλυμα

αέριο διάλυμα

υγρό διάλυμα

2.3. Περιεκτικότητα διαλύματος

Περιεκτικότητα διαλύματος: είναι η ποσότητα της διαλυμένης ουσίας σε ορισμένη ποσότητα διαλύτη (ή διαλύματος). πυκνό διάλυμα: διάλυμα με μεγάλη

περιεκτικότητα σε διαλυμένη ουσία. αραιό διάλυμα: διάλυμα με μικρή

περιεκτικότητα σε διαλυμένη ουσία. Η περιεκτικότητα ενός διαλύματος δεν

εξαρτάται από την ποσότητα του διαλύματος. Π.χ. όταν πίνεις ένα αναψυκτικό, η γλυκύτητά του (δηλ. η περιεκτικότητα του σε ζάχαρη) είναι ίδια είτε πίνεις μια γουλιά είτε πίνεις ολόκληρη την ποσότητά του.

αραιό πυκνό

Εκφράσεις περιεκτικότητας

Α. περιεκτικότητα διαλύματος στα εκατό βάρος προς βάρος (% w/w).

ορισμός: είναι ο αριθμός των g δ.ο. που περιέ- χονται σε 100 g διαλύματος.

π.χ.: κάθε κέρμα των 20 λεπτών είναι κράμα σκαν- διναβικού χρυσού ( Cu89Al5Zn5Sn1) που έχει περιεκτικότητα 5 % w/w σε αλουμίνιο. Αυτό σημαίνει ότι σε ποσότητα 100 g σκανδιναβι- κού χρυσού περιέχονται 5 g αλουμινίου.

Φυσικά, ένα κέρμα των 20 λεπτών το οποίο ζυγίζει 5,7 g, περιέχει:

(5/100)∙5,7 = 0,285 g αλουμινίου

Β. περιεκτικότητα διαλύματος στα εκατό βάρος προς όγκο (% w/v). ορισμός: είναι ο αριθμός των g δ.ο. που περιέ-

χονται σε 100 mL διαλύματος. π.χ. : φυσιολογικός ορός 0,9 % w/v σε αλάτι. Αυτό

σημαίνει ότι σε 100 mL φυσιολογικού ορού περιέχονται 0,9 g αλατιού.

Γ. περιεκτικότητα διαλύματος στα εκατό όγκο προς όγκο (% v/v). ορισμός: είναι ο αριθμός των mL δ.ο. που περιέ-

χονται σε 100 mL διαλύματος. π.χ. : κρασί 11,5 % v/v (ή 11,5 % vol) σε οινό-

πνευμα. Aυτό σημαίνει ότι σε 100 mL κρα- σιού περιέχονται 11,5 mL οινοπνεύματος.

Περιεκτικότητες σε συσκευασίες

προσθέτουμε 40 g νερό

Προσθέτουμε

10 g ζάχαρης

50.0 g

Περιεκτικότητα στα εκατό βάρος προς βάρος (% w/w)

α)Ποια είναι η τιμή της % w/v περιεκτικότητας του διαλύματος που προέκυψε σε ζάχαρη; β)Πόσα g ζάχαρης περιέχο- νται σε 10 g του παραπά- νω διαλύματος;

Λύση:Α΄ ερώτημαΣτα 50 g διαλύματος περιέχονται 10 g ζάχαρηςΣτα 100 g διαλύματος περιέχονται x g ζάχαρης

Aπάντηση: Η περιεκτικότητα του διαλύματος είναι 20% w/w σε ζάχαρη.

50

100

10

xδηλαδ

ή 50∙ x = 10 ∙

100=

xδηλαδή

50 ∙ x = 1000 δηλαδή

1000

50=

δηλαδή

x = 20

Λύση:Β΄ ερώτημαΣτα 100 g διαλύματος περιέχονται 20 g ζάχαρηςΣτα 10 g διαλύματος περιέχονται x g ζάχαρης

Aπάντηση: Σε 10 g διαλύματος περιέχονται 2 g ζάχα- ρης.

10010

20

xδηλαδ

ή 100∙ x = 10 ∙

20=

xδηλαδή

100 ∙ x = 200 δηλαδή

200

100=

δηλαδή

x = 2

Περιεκτικότητα στα εκατό βάρος προς όγκο (% w/v)

Προσθέτουμε 2,25 g κοινού αλατιού

Αραιώνουμε μέχρι τη χαραγή της ογκο-μετρικής φιάλης

Ποια είναι η τιμή της % w/v περιεκτικότητας του διαλύματος που προέκυ-ψε σε αλάτι;

Λύση:

Στα 250 mL διαλύματος περιέχονται 2,25 g αλατιούΣτα 100 mL διαλύματος περιέχονται x g αλατιού

Aπάντηση: Η περιεκτικότητα του διαλύματος (φυσιο- λογικός ορός) είναι 0,9 % w/v σε αλάτι.

250

100

2,25

xδηλαδ

ή250 ∙ x = 2,25 ∙

100=

xδηλαδή

250 ∙ x = 225 δηλαδή

225

250=

δηλαδή

x = 0,9

Διαχωρισμός μειγμάτωνΑ. Εκχύλιση (μεταφορά μιας ουσίας από μια φάση σε μια άλ-λη

υγρή φάση)Β. Απόχυση (διαχωρισμός αδιάλυτου συστατικού από το υπό-

λοιπο υγρό μείγμα)Γ. Διήθηση ή φιλτράρισμα (διαχωρισμός δυσδιάλυτου στε-ρεού

από υγρό μίγμα, χρησιμοποιώντας ηθμό)Δ. Εξάτμιση (διαχωρισμός στερεού από υγρό διάλυμα, χωρίς

βρασμό)Ε. Απόσταξη (διαχωρισμός συστατικών μείγματος λόγω δια-

φοράς στα σημεία βρασμού τους)Στ.Χρωματογραφία (βασίζεται στην κατανομή των προς δια-

χωρισμό ουσιών εντός δύο φάσεων, όπου η μία φάση δια-τηρείται ακίνητη, ενώ η δεύτερη βρίσκεται υπό συνεχή ροή)

Ζ. Φυγοκέντριση (διαχωρισμός συστατικών διαφορετικής πυ-κνότητας, με περιστροφή του μείγματος με μεγάλη ταχύ-τητα)

εκχύλιση

απόχυσηδιήθηση

Εφαρμογή διήθησης:καθαρισμός νερού

το νερό εξατμίζεται

διάλυμααλατιού

κάψα πορ-σελάνης

αλάτι που μένει μετά την εξάτμι-ση του νε-ρού

εξάτμιση

Εφαρμογή εξάτμισης

θερμόμετρο

απόστα-γμα

κωνική φιάλη

ψυκτήρας

αποσταζό-μενο υγρό

φιάλη απόσταξης

έξοδος ψυκτικού

υγρού είσοδος

ψυκτικού υγρού

θέρμανση

απόσταξη

Εφαρμογές απόσταξης

κηλίδες μελανιού

διηθητικό χαρτί

διαλύτης

μέτωπο διαλύτηδιαχωρισμό

ς χρωστικών

χρωματογραφία

φυγοκέντρηση

λάδι

βούτυρο

αίμα