W 8 ZJAWISKA ZACHODZĄCE W ROZTWORACH WODNYCH,
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
2008-05-16 Wykład 8 Zjawiska zachodzące w roztworach wodnych 1 Roztwór : układ jednofazowy złożony z rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej Roztwór stałe ciekłe gazowe Roztwór rzeczywisty <1nm koloidalny (zol) <200 nm 2 1 2008-05-16 Stężenie roztworu - stosunek ilości substancji rozpuszczonej do ilości rozpuszczalnika lub roztworu Stężenie molowe masowe x=m/m r (bezwymiarowe lub % c=n/V (kmol/m 3 ) molalne inne normalne ułamek molowy ułamek objętościowy 3 H O H : tetredryczna struktura cząsteczki wody H+ H+ O- H+ H+ O- H+ H+ O- H+ H+ tetraedyczna koordynacja w strukturze wody 4 2 O- 2008-05-16 Roztwory istnieją we wszystkich trzech stanach skupienia. Największe znaczenie i najczęściej stosowanymi w przemyśle są roztwory w stanie ciekłym i stałym. Proces rozpuszczania ciał stałych zależy od budowy substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika. Podczas rozpuszczania muszą zostać pokonane siły przyciągania między elementami sieci krystalicznej oraz siły spójności, działające między cząsteczkami rozpuszczalnika. Obydwa te procesy wymagają nakładu energii, która może być pobrana z otoczenia lub z procesu hydratacji. Hydratacja jest procesem egzotermicznym . Hydratacja polega na przyłączeniu się pewnej liczby polarnych cząsteczek wody do jonów lub cząsteczek substancji rozpuszczonej. Liczbę hydratacji definiujemy jako średnią statystyczną z ilości cząsteczek wody poruszających się razem z danym jonem. Jeżeli rozpuszczaniu ulega związek o sieci cząsteczkowej, to w roztworze będą pojedyncze hydratowane cząsteczki tego związku. Hydratowane cząsteczki są elektrycznie obojętne, nie przemieszczają się w polu elektrycznym, roztwór nie przewodzi prądu. Jest to nieelektrolit, np. roztwór cukru. Jony elektrolitów istniejące w roztworach nie są jednak zupełnie swobodne. Ulegają one w hydratacji. Hydratacja jonów jest wynikiem oddziaływania pomiędzy jonami a cząsteczkami wody. Między cząstkami opuszczającymi sieć krystaliczną (jony, cząsteczki), a cząsteczkami wody tworzą się wiązania wodorowe lub inne wiązania, wynikające z oddziaływań elektrycznych dipoli na dipol, lub jonu na dipol. Prawie wszystkie znajdujące się w roztworze jony są hydratowane. Hydraty mogą zmieniać skład w zależności od stężenia roztworu i jego temperatury. Proces hydratacji jest samorzutny i egzoenergetyczny. Procesy hydratacji odgrywają bardzo ważną rolę podczas wiązania mineralnych spoiw budowlanych, często są utożsamiane z wiązaniem spoiwa, np. hydratacja cementu. 3 5 6 2008-05-16 H+ H+ H+ O- O- H+ + - H+ O- O- H+ H+ H+ H+ O- H+ H+ O- H+ hydratacja kationu hydratacja anionu 7 Rozpuszczenie związku jonowego polega na oddzieleniu od siebie jonów występujących w krysztale, tym szybciej im większą stałą dielektryczną ma rozpuszczalnik. W roztworze powstają hydratowane jony, które zachowują swój ładunek i dlatego mogą poruszać się w polu elektrycznym. Taki roztwór przewodzi prąd. Jest to elektrolit, np. roztwór NaCl. Rozpuszczanie jest procesem fizycznym. Roztwarzanie jest to proces chemiczny. W wyniku reakcji chemicznej substancji stałej z rozpuszczalnikiem otrzymujemy produkt reakcji, który rozpuszcza się w nadmiarze rozpuszczalnika. Rozpuszcza się cukier czy sól w wodzie, a roztwarza się miedź w kwasie azotowym. 8 4 2008-05-16 Elektrolitami przyjęto nazywać substancje wykazujące w roztworze zdolność przewodnictwa elektrycznego. Są to roztwory soli, kwasów i zasad. W 1887 r. Arrhenius, twórca klasycznej teorii dysocjacji elektrolitycznej, założył, że w roztworach przewodzących prąd elektryczny substancja rozpuszczona powinna być zdysocjowana na jony, przy czym dysocjacja następuje już w momencie rozpuszczania. Arrhenius przyjął również, że cząsteczki niezdysocjowane znajdują się w równowadze z jonami i wprowadził jako miarę dysocjacji współczynnik , nazywany później stopniem dysocjacji. Stopień dysocjacji jest to stosunek liczby cząsteczek zdysocjowanych (N z ) do liczby cząsteczek wprowadzonych (N w ) = Nz / Nw Stopień dysocjacji podaje się w postaci liczb bezwymiarowych zawartych w przedziale 0 1 lub w procentach 0 100%. Wartość stopnia dysocjacji zależy od rozpuszczalnika, substancji rozpuszczonej, temperatury, stężenia, obecności innych substancji w roztworze i można go wyznaczyć doświadczalnie. 9 Wilhelm Ostwald wykazał zależność stopnia dysocjacji od rozcieńczenia roztworu i wprowadził pojęcie stałej dysocjacji K określonej równaniem zwanym prawem rozcieńczeń Ostwalda. Stanowi on zastosowanie prawa działania mas do reakcji dysocjacji elektrolitów w roztworach AB A + + B - K=[A + ]•[B - ]/[AB] Stała dysocjacji jest to stosunek iloczynu stężeń molowych jonów powstałych w wyniku dysocjacji do stężenia molowego substancji niezdysocjowanej w stałej temperaturze: K= 2 •c/(1-) gdzie c — stężenie molowe. 10 5 [ Pobierz całość w formacie PDF ] |