Roztoky

Sú to iba vodné roztoky?

Ľudmila Komorová, Katedra chémie Technická univerzita v Košiciach

Definícia

Roztok je

Roztok

HOMOG

HOM

ÉNNA

ÉN

sústava 2 alebo

sústava 2 ale

viac zložiek

viac zlo

.

Jedna zložka je

Jedna zložka je

rozpúštadlo

rozpúštadlo a

ostatné sú

ostatné s

rozpustené zložky.

rozpustené zlož

Zložky roztoku

• Rozpustená zložka-

časť roztoku, ktorej je
menej

• Rozpúšťadlo – časť

roztoku, ktorej je viac

• Rozpustené zložky+

Rozpúšťadlo =
ROZTOK

Roz

pust

ená

zlož

ka

Rozp

úšťad

lo

PRÍKLAD

(s)

(s)

Zliatiny (oceľ,
mosadz,
bronz)

(s)

(l)

Slaná voda

(g)

(s)

Bubliny
vzduchu v ľade

(l)

(l)

Miešané
alkoholické
nápoje,
Zriedené
kyseliny

(g)

(l)

Sýtené nealko
nápoje

(g)

(g)

Vzduch

Definície

Roztoky môžu byť

nasýtené alebo

nenasýtené.

Nasýtený roztok

obsahuje maximálne

množstvo rozpustenej

množstvo r

zložky pri danej

teplote.

Nenasýtený roztok

obsahuje menej ako

maximálne množstvo

maximálne m

rozpustenej zložky pri

danej teplote

• Rozpúšťanie tuhých zložiek vo vode

• Iónové zlúčeniny pri rozpúšťaní

disociujú

• Kovalentné zlúčeniny si pri

rozpúšťaní zachovávajú molekuly.

Rozpustené
ióny Na+ Cl -

Rozpustené
molekuly cukru

Roztok

elektrolytu

Roztok neelektrolytu

Ako zistíme, že sú v

Ako zistím

roztoku prítomné ióny?

Roztoky

vedú

elektrický prúd!

Nazývajú sa

ELEKTROLYT

TROL Y

HCl, MgCl

2, and NaCl sú

silné elektrolyty.

Úplne disociuujú na

Úplne disociuujú

ióny.

Vodné roztoky

Silný elektrolyt

Silný elektrolyt vedie elektrický
prúd. Molekuly sú disociované
na ióny

Vodné

roztoky

Niektoré zlúčeniny sa vo

Niektoré zlúčeniny sa vo

vode rozpúšťajú, ale

vode rozpúšťa

nevedú elektrický prúd.

nevedú elektrický pr

Nazývajú sa

Nazývajú

neelektrolyty

eelektro

.

Príklady:

Príklad

cukor

cuk

etanol

a

benzén

be

Príklady:

Príklad

cuk
et

be

Neeletrolyt

Neelektrolyt nevedie
elektrickýprúd, lebo v roztoku nie
sú ióny

ETANOL

Silné a slabé elektrolyty

• Silné elektrolyty sa v roztoku úplne disociujú, napr.

• Zo slabých elektrolytov vzniká pri rozpúšťaní malý počet

iónov, napr.

.

Vlastnosti vodných roztokov

HCl(aq) H+(aq) + Cl-(aq)









H

COO

CH

COOH

CH

3

3

Spôsoby vyjadrenia zloženia roztokov
Hmotnostné
percento (%)

g rozpustenej zložky/(g
roztoku) X 100

ppm a ppb

(g rozpustenej zložky/ g
roztoku) x 106 alebo 109

Mólový
zlomok(XA)

Látkové množstvo rozpustenej
zložky/ celkové látkové
množstvo zložiek v roztoku

Molarita (M)

Látkové množstvo
rozp.zložky/liter roztoku

Molalita (m)

Látkové množstvo rozp.zložky
/kg rozpúšťadla

• Hmotnosť zložky k celkovej hmotnosti roztoku vyjadrená

v %.

Hmotnostné percento

Hmotnostné percent

100

m

m

zložky

%

hmot.

celk.

i





Mólový zlomok, molarita a molalita

Mólový zlomok, molarita a m

celk.

i

i

n

n

x



roztoku

liter

n

Molarita

i



rozpúšť

kg

n

Molalita,

i



m

Mólový zlomok

Elektrolytické vlastnosti

• Tri typy:

• Silné elektrolyty,
• Slabé elektrolyty,
• Neelektrolyty.

Vlastnosti vodných roztokov

Faktory vplývajúce na rozpustnosť

Medzimolekulové sily

Tlak

Teplota

Vplyv tlaku

Faktory vplývajúce na rozpustnosť plynov

Faktory vplývajúce na

rozpustnosť plynov

• Vplyv tlaku:
• S rastúcim tlakom sa rozpustnosť plynov

zvyšuje

Tlak

• Ak je S

g rozpustnosť plynu, k je konštanta a Pg je

parciálny tlak plynu, potom podľa Henryho zákona:

• Sýtené nápoje majú parciálny tlak vo vnútri plechovky
• CO

2 >1013250Pa.

• Keď sa plechovka otvorí, klesne parciálny tlak CO

2 a

rozpustnosť CO

2 sa zníži.

• Preto bubliny CO

2 unikajú z roztoku.

Faktory vplývajúce na rozpustnosť plynov

y vplývajúce na rozpustnosť

g

g

P

k

S





Rozpustnosť plynov

• Pri rastúcej

teplote klesá
rozpustnosť
plynov.

• Rozpustnosť

plynov rastie pri
zvýšenom tlaku.

CO

2 pod

tlakom

Rozpustený
CO2

Uvoľnenie
tlaku

Bubliny
CO2 sa
uvoľńujú z
roztoku

Teplota

• Plyny sa s rastúcou teplotou stávajú menej rozpustné.

• Termálne znečistenie jazier: ak sa voda v jazere príliš

ohreje, stávajú sa CO

2 and O2 menej rozpustnými a nie sú

k dispozícii pre rastliny a vodné živočíchy.

Faktory vplývajúce na rozpustnosť plynov

ktory vplývajúce na rozpustnosť plyno

Teplota

R

o

zp

u

st

n

o

sť

Rozpustnosť plynov v závislosti
od teploty

Vplyv teploty na rozpustnosť

kondenzovaných látok

• Zvýšená teplota spôsobí zvýšenie rozpustnosti

väčšiny tuhých látok a kvapalín.

• Rozpúšťacie teplo – teplo, ktoré sa uvoľní alebo

spotrebuje pri rozpúšťaní.

• Exotermické rozpúšťanie:
• CaCl

2(s)  Ca

+2

(aq) + Cl-1(aq) + tepelná

energia

• Endotermické rozpúšťanie:
• NH

4NO3(s) + tepelná energia NH4

+1

(aq) + NO

3

-

1

(aq)

Vplyv teploty: tuhé látky a kvapaliny

• Vo všeobecnosti s rastom teploty rastie

rozpustnosťtuhých látok,

• ALE

• Niekedy sa rozpustnosť s rastúcou teplotou znižuje,

napríklad Ce

2(SO4)3).

Faktory vplývajúce na rozpustnosť

ktory vplývajúce na roz

Teplota

Rozpustnosť v
100 g vody

• Koligatívne vlastnosti závisia na množstve rozpustenej

zložky:zníženie bodu topenia a zvýšenie bodu varu

Zníženie tlaku pár

• Neprchavé rozpustené zložky zmenšujú schopnosť

molekúl rozpúšťadla unikať z povrchu.

• Preto sa tlak pár znižuje.
• Zníženie tlaku pár závisí od množstva rozpustenej

zložky.

Koligatívne vlastnosti

Tlak pár na molekulovej úrovni

Tlak pár

Kvapalný
etanol

Rovnovážny tlak
pár

Normálny bod
varu

Voda

Teplota

101325 Pa

P

Dietyléter

Etyl alkohol

Etylén
glykol

Fázový diagram

(s)

(l)

(g)

Teplota

Trojný bod

P

Tri etapy vzniku
roztoku

1. Rozptýlenie molekúl rozpúšťadla

2. Rozptýlenie molekúl rozpustenej zložky

3. Interakcie rozpustenej zložky a rozpúšťadla.

Zníženie tlaku pár

Koligatívne vlastnosti

Iba rozpúšťadlo

Rozpúšťadlo+

rozpustená zložka

Tlak pár

Tlak pár

Kvapalina

Plyn

Tuhá

Teplota

Bod varu
roztoku

Bod varu
rozpúšťadla

Čisté
rozpúšťadlo

Trojný bod
rozpúšťadla

Trojný bod
roztoku

Bod topenia
roztoku

Bod topenia
rozpúšťadla

101325
Pa

Roztok

Tlak

Čisté tuhé
rozpúšťa
dlo

Vplyv rozpustenej zložky na fázový
diagram vody

Zvýšenie bodu varu

• Konštanta, K

b, vyjadruje o koľko sa zvýši bod varu Tb s

molalitou, m

S:

• Zníženie bodu topenia (

T

f) je priamo úmerné molalite.

K

f je konštanta zníženia bodu topenia:

Koligatívne vlastnosti

S

b

b

m

K

T







S

f

f

m

K

T







Zníženie bodu topenia

Zní

Bod topenia roztoku je

Bod topenia roztoku

nižší

n

ako bod topenia

ako bod top

čistého rozpúšťadla

čistého rozpúšťad

T

∆ b.t. = Kf•m

Čistá voda

Čistá vod

Roztok etylén glykolu vo

Roztok etylén glykolu v

vode

vod

Využitie

Ktorú látku by ste použili na posypanie ulíc

aby ste znížili bod topenia a prečo?

a) piesok, SiO

2

b) kamenná soľ, NaCl

c) chlorid vápenatý, CaCl

2

Zníženie bodu varu

Zní

Zvýšenie bodu varu

Zvýšeni

Slaná voda má vyšší

Slaná voda má vyš

bod varu ako čistá

bod varu ako č

voda

t.p. = tlak pár sústavy

• Nájsť faktor ovplyvňujúci tlak pár
• Raoultov zákon na výpočet tlaku pár
• Krivka tlak pár- zloženie a bod varu-

zloženie v ideálnom roztoku

• Ako vzniká kladná odchýlka od

Raoultovho zákona?

Fázová rovnováha- dvojzložkové

sústavy

Fázové rovnováhy v dvojzložkovej

sústave

Kvapalná

zmes zložky A

a zložky B

Zmes pár

zložky A a

zložky B

Existuje vzťah medzi zložením roztoku

a tlakom pár?

Fázová rovnováha:faktory vplývajúce na tlak

pár

Dvjozložková sústava:
Tlak pár zmesi A a B závisí od:
1. Síl pôsobiacich medzi molekulami

A a B.

2. Zloženia roztoku, X

A and XB.

A

B

• Raoultov zákon:

Kde:
• P

A = tlak pár zložky A nad roztokom,

• P

A = tlak pár čistej zložky A, a



A = mólový zlomok zložky v roztoku.

Zníženie tlaku pár

A

A

A

P

P









Fázová rovnováha:krivka zloženie-

bod varu

Dvojzložková sústava (A a

B)

A

B

100

0

% B

0

100

% A

b.v./

o

C

b.v./

o

C

69

98

b.v.čistého A = 69 oC, b.v.čistého B = 98 oC

Ideálny roztok/sily

medzi molekulami A a B

sú podobné

Fázová rovnováha: Raoultov zákon

t.p./ Pa

t.p./ Pa

P

A = XA

P

A

o

Tlak pár zložky A je priamo úmerný

mólovému zlomku A (v roztoku) a

tlaku pár čistej zložky

A

B

1

0

X

B

0

1

X

A

P

celk= PA + PB

= X

APA

o

+ X

BPB

o

Fázová rovnováha:
1)Ideálny roztok 2) Kladná odchýlka od

Raoultovho zákona

Pri konštantnej
tepote

Celkový tlak
pár

Pri konštantnej
teplote

Maximálny
tlak pár

P

P

Fázová rovnováha v dvojzložkových

sústavách: Ideálny roztok a

neideálny roztok s kladnou

odchýlkou od Raoultovho zákona

Pri konštantnom
tlaku

Pri
konštantnom
tlaku

Bod varu
čistého B

Bod varu
čistého A

Bod varu
čistého B

Bod varu
čistého A

Minimálny
bod varu

Bod varu

T

T

Vysvetlím:
1. Charakter kladnej odchýlky.
2.Kedy vzniká záporná odchýlka ?
3. Frakčná destilácia.

Fázová rovnováha: kladná a záporná odchýlka

od Raoultovho zákona

Fázová rovnováha:

kladná odchýlka od

Raoultovho zákona
Vlastnosti:
1. Prerušené interakcie

medzi molekulami .

2. Zvýšenie tlaku pár a

zníženie bodu varu.

3. Teplo sa prijíma z

okolia.

4. Zväčšuje sa objem.

Pri
konštantnom
tlaku

Bod varu
čistého B

Bod varu
A

Minimálny
bod varu

Fázová rovnováha:

záporná odchýlka od

Raoultovho zákona

Vlastnosti:
1. Vznikajú interakcie

medzi molekulami A

a B.

2. Zníženie tlaku pár a

zvýšenie bodu varu.

3. Uvoľňuje sa teplo do

okolia.

4. Zmenšuje sa objem.

Pri konštantnom
tlaku

Maximálny
bod varu

B

o

d

v

ar

u

Čisté B

Čisté A

Fázová rovnováha: bod varu- zloženie a

frakčná destilácia

.

Vlastnosti:
• A je

prchavejšia a X’

> X

• Para sa

obohacuje o

prchavejšiu

zložku.

• A sa hromadí v

destiláte

zatiaľčo B

zostane vo

zvyšku po

destilácii.

B

o

d

v

ar

u

g

likvidus

Frakčná destilácia

A (prchavejšia) prejde do destilátu

a B ostane vo zvyšku po destilácii.

(1

)

(2

)

(3

)

(4

)

Fázová rovnováha:

frakčná destilácia

Zhrnutie:
1. Krivka zloženia pary je nad krivkou

likvidu v diagrame bod varu-

zloženie.

2. V procese frakčnej destiláce )

vyparovanie a kondenzácia)

postupne získame pary čistej zložky

A , ktorá je prchavejšia.

3. Zvyšok po destilácii sa postupne

obohacuje o zložku B,ktorá je menej

prchavá.

Poznámky:
1. Na konci 3

etáp

destilácie –

kondenzácie

sa obsah A v

destiláte

zmení z X na

X’’’

.

2. Vo zvyšku po

destilácii sa

obsah B,

X

B ,postupne

zvýši z x na

1.0.

Fázová rovnováha:

Azeotropická zmes

Roztok so zápornou

odchýlkou:

1. Maximálny bod

varu zmesi.

2. Destilát môže byť

čisté A (začína z

bodu Y) alebo čisté

B(začiatok v x).

3. Destilačný zvyšok je

azeotropická zmes

4. V azeotropickej

zmesi má kvapalná

a plynná fáza, ktorá

je s ňou v

rovnováhe rovnaké

zloženie.

T

Fázová rovnováha:

Azeotropická zmes

Roztok s

kladnou

odchýlkou:

1. Minimálny

bod varu.

2. Zvyšná

kvapalina

môže byť čisté

A (začiatok v

x) alebo čisté

B(začiatok v

Y).

3. Destilát je

azeotropická

zmes.

T

ZHRNUTIE

•

Roztoky obsahujú minimálne dve zložky v
jednej fáze

•

Rozpustnosť zložiek závisí od tlaku a od
teploty

•

Rozpustená zložky spôsobí zvýšenie bodu
varu a zníženie bodu openia rozpúšťadla

•

Tlak pary rozpustenej zložky je menší ako
tlak nasýtenej pary zložky pri tej istej teplote

Otázky?