- 144 - 5 ROZTOKY

Roztok je všeobecne jednofázová, t. j. homogénna sústava, zložená najmenej z dvoch

zložiek, ktorých vzájomný pomer možno v určitom rozmedzí plynulo meniť. Svojím charakterom
patrí roztok medzí tzv. disperzné sústavy.

5.1 DISPERZNÉ SÚSTAVY A ICH ROZDELENIE
V prírode aj v technickej praxi sa veľmi často vyskytujú sústavy, v ktorých sú zložky

veľmi jemne rozptýlené (dispergované) a navzájom medzi sebou premiešané vo forme jemných
zrniek jednotlivých fáz alebo priamo ako jednotlivé molekuly atómy alebo ióny. Tieto sústavy
nazývame disperzné sústavy 292. Jedna zložka je zvyčajne prítomná v nadbytku a vytvára
základné prostredie, v ktorom je druhá (prípadne aj ďalšia) zložka rozptýlená. Prvú zložku
nazývame disperzné prostredie293. druhú disperzný podiel294 (dispergovaná látka). Podľa
veľkosti častíc dispergovanej látky môžeme rozdeliť disperzné sústav295 na roztoky, koloidne
disperzie a hrubé disperzie (tab. 5-1).
Tabuľka 5-l Klasifikácia disperzných sústav podľa veľkosti častíc
Názo
v

Veľkosť častíc

Charakter častíc

1

Roztoky

10-10 až 10-9 m
0,1 až 1 nm
1 Å až 10Å

malé molekuly , ióny

2

Koloidné
disperzie

10-9 až 10-7 m
1 až 100 nm
10 Å až 1000Å

obrovské zhluky alebo zhluky atómov príp.
molekúl

3

Mikrodisperzie

10-7 až 10-4 m
100 až 100000 nm
0,1 až 100 μm
1000 Å až 1000
000Å

zrnka samostatnej fázy

4

Makrodisperzie

> 10-4 m
>100000 nm
> 100 μm
> 0,1 mm
> 1000 000Å

zrnka samostatnej fázy

V roztoku je disperzný podiel rozptýlený na jednotlivé molekuly alebo ióny. V

koloidných disperziách vytvára disperzný podiel zhluky atómov, molekúl alebo

292

Disperzná sústava

293

Disperzné prostredie

294

Disperzný podiel=dispergovaná látka

295

Rozdelenie DS podľa veľkostičastíc dispergovanej látky

- 144 - - 145 -
veľmi veľkých molekúl. V hrubých disperziách vytvára dispergovaný podiel zrnká samostatnej
fázy oddelenej od disperzného prostredia súvislým rozmedzím (povrchom). Ak možno zrnká
rozoznať zrakom, ide o makrodisperzie. Ak ich možno rozlíšiť len optickým mikroskopom, ide o
mikrodisperzie. Roztoky považujeme za homogénne sústavy, ostatné disperzné sústavy za
heterogénne (viacfázové).

Disperzné sústavy sú rôzne, niektoré z nich majú špecifické názvy. Rozdelenie podľa

skupenského stavu disperzného prostredia a podielu296 je v tab. 5.2. V každom políčku sa
zmenšuje veľkosť častíc disperzného podielu zhora nadol.

Z uvedených disperzných sústav sa v ďalších statiach budeme zaoberať len roztokmi,

ktoré sa v tab. 5-2 uvádzajú pod číslom 3. Pri roztokoch297 sa zvyčajne disperzné prostredie
nazýva rozpúšťadlom298 a disperzný podiel rozpustenou látkou299.
Tabuľka 5-2 Klasifikácia disperzných sústav podľa skupenstva

Dispergovaná
látka (DL )

Disperzné
prostredie ( DP)
plyn

Disperzné prostredie
( DP) kvapalina

Disperzné prostredie
( DP) tuhá látka

Plyn

1
2
3

zmes plynov
-
-

roztok plynov v
kvapaline
peny
bublinky v
kvapaline

roztok plynov v tuhej
látke
tuhé peny
bublinky v tuhej látke

Kvapalina

1
2
3

-
aerosóly
hmly

roztoky kvapaliny
v kvapaline
koloidná emulzia
emulzia

tuhý roztok kvapaliny v
tuhej látke
koloidná disperzia
kvapaliny v tuhej látke
oklúzia kvapalín

Tuhá látka

1
2
3

-
aerosóly
dymy

roztok tuhej látky
v kvapaline
koloidné roztoky
suspenzie

tuhé roztoky, zliatiny
tuhé koloidné roztoky
tuhé zmesi

Vysvetlivky: 1- roztoky DL 1-10 Å
2 - koloidný roztok DL 10-1000 Å
3 - mikrodisperzia DL 1000 - 1000 000 Å

5.2 VZNIK ROZTOKOV
5.2.1 Rozpúšťanie a rozpustnosť látok
Pri styku dvoch navzájom rozpustných látok vzniká ich roztok. Hovoríme, že látky sa

zmiešali, resp. jedna z nich (rozpúšťaná látka) sa rozpustila v druhej

296

Rozdelenie DS podľa skupenského stavu DPaDL

297

Roztok

298

Rozpustená látka

299

Rozpúšťadlo

- 145 - - 146 -
(rozpúšťadlo). Treba zdôrazniť, že rozlišovanie zložiek na rozpúšťadlo a rozpúšťanú látku je
často iba formálne.

Rozpúšťanie300 je proces, na ktorom sa podieľajú všetky látky vytvárajúce roztok. Proces

rozpúšťania je samovoľný a prebieha vtedy, ak zmiešaním získa sústava väčšiu stabilitu ako je
stabilita pôvodných čistých látok.

Konečným stavom procesu rozpúšťania je roztok, ktorý má v celom objeme rovnaké

zloženie. Ak pridáme do roztoku ďalší podiel rozpúšťanej látky, resp. rozpúšťadla, samovoľne sa
vyrovná koncentrácia a ustáli sa nový rovnovážny stav.

Tento samovoľne prebiehajúci prechod rozpustenej látky z miest s vyššou koncentráciou

do miest s nižšou koncentráciou nazývame difúzia. Difúzia prebieha až do vyrovnania
koncentrácii v celom objeme roztoku do ustálenia rovnováhy.

Niektoré látky sa miešajú v ľubovoľnom pomere a vytvárajú roztok, s neobmedzenou

miešateľnosťou zložiek301. Ak sú látky obmedzene miešateľné302 , rozpúšťajú sa len v určitých
pomeroch, a to až po vznik tzv. nasýteného roztoku. “Roztoky“ s nemiešateľnosťou zložiek303
nemôžu vznikať.

Nasýtený roztok danej látky je roztok, v ktorom sa pri určitej teplote viac látky

nerozpúšťa. Nadbytočná látka je v dynamickej rovnováhe s nasýteným roztokom. Za časovú
jednotku sa rozpustí rovnaké množstvo látky, aké sa opäť z roztoku vylúči. Zloženie nasýteného
roztoku udáva rozpustnosť látky pri určitej teplote.

Rozpustnosťou látky304 rozumieme maximálne množstvo látky, ktoré sa rozpustí i v

určitom množstve rozpúšťadla pri daných podmienkach (teploty, tlaku). Vyjadruje sa zvyčajne
hmotnostným zlomkom rozpúšťanej látky (vyjadrenom v percentách), alebo hmotnosťou
rozpustenej látky pripadajúcou na 100 g rozpúšťadla (osobitne vo vodných roztokoch). Treba si
uvedomiť, že rozpustnosť podstatne závisí od teploty.

Uvedené skutočnosti vystihuje diagram rozpustnosti305 na obr. 5-1. Krivka vyjadruje

zloženie nasýteného roztoku v závislosti od teploty a oddeľuje oblasť nenasýteného roztoku306

Obr. 5-1. Diagram rozpustnosti

a presýteného roztoku. Nasýtený roztok307 vystihuje krivka rozpustnosti. Presýtený roztok308,
ktorý obsahuje viac rozpustenej látky ako zodpovedá rozpustnosti pri danej teplote, možno pri
niektorých látkach získať
300

Rozpúšťanie

301

Roztok s neobmedzenou miešateľnosťou zložiek

302

Roztok s obmedzenou miešateľnosťou zložiek

303

"Roztok "s nemiešateľnosťou zložiek

304

Rozpustnosť

305

Diagram rozpustn osti

306

Nenasýtený roztok

307

Nasýtený roztok

17 Presýtený roztok

- 146 - - 147 -
opatrným ochladzovaním nenasýteného roztoku. Ak ochladzujeme napr. nenasýtený roztok v
bode A. možno pri určitých podmienkach prejsť cez nasýtený roztok (bod B) až do bodu C v
oblasti presýteného roztoku. Tento stav je však metastabilný. Vhodením kryštálika rozpustenej
látky, ktorý
predstavuje kryštalizačné centrum. vykryštalizuje ihneď' nadbytočná látka a vznikne nasýtený
roztok zodpovedajúci bodu D.

Vzájomné rozpustnosti závisia od chemického charakteru látok. Všeobecne platí, že

vzájomná rozpustnosť je tým lepšia. čím sú látky chemicky príbuznejšie. Chlorid sodný ako
iónová zlúčenina sa dobre rozpúšťa vo vode, ktorá je polárnym rozpúšťadlom; rozpustnosť NaCl
v molekulových nepolárnych rozpúšťadlách, ako i benzén, chlorid uhličitý a i., je minimálna. Jód
ako molekulová látka sa naopak dobre rozpúšťa v nepolárnych rozpúšťadlách, nedostatočne sa
rozpúšťa len vo vode.

5.2.2 Podmienky vzniku roztokov
Snaha čistých látok sa miešať, a tým vytvárať stabilnejší stav - roztok, môže byť značne

ovplyvnená príťažlivými silami medzi základnými časticami. Ak sú príťažlivé sily veľmi malé,
ako pri plynoch, neovplyvňujú proces samovoľného miešania. Preto sú plyny navzájom dokonale
miešateľné. V kvapalných a tuhých látkach sú príťažlivé sily medzi časticami podstatne väčšie.
Podľa vzájomnej veľkosti Príťažlivých síl pôsobiacich medzi časticami v čistých zložkách a
medzi časticami v roztoku môže sa tendencia k vzniku roztoku posilňovať alebo zoslabovať.

V čistých látkach A a B sa vyskytujú len väzby A-A, resp. B-B, ktorých energiu označíme

ε(A-A) a ε(B-B). V roztoku obidvoch látok vzniknú navyše väzby medzi časticami A a B s
energiou ε(A-B). Rozdelenie roztokov podľa príťažlivých síl

309 je uvedené v tabuľke 5-3. Podľa

vzájomnej veľkosti väzbových energii môžu nastať prípady uvedené v tab. 5-3.
Tabuľka 5-3 Vplyv väzbových energii na rozpustnosť zložiek
Veľkosť väzbových
energii

Rozpustnosť zložky B v rozpúšťadle A

Príklady

1

ε(A-B)

=

ε(A-A)
ε(A-B) = ε(B-
B)

neobmedzená, vzniká ideálny roztok

SnCl4-
SiCl4,
Mn-Fe

2

ε(A-B)

>

ε(A-A)
ε(A-B) > ε(B-
B)

neobmedzená, vzniká neideálny roztok

etanol-
H2O
H2SO4-
H2O

3

ε(A-B)

>

ε(A-A)
ε(A-B) < ε(B-
B)

obmedzená, rozpustnosť do vzniku
nasýteného roztoku

NaCl -
H2O
C - Fe

4

ε(A-B)

< nulová, obidve zložky sú nemiešateľné

Hg-H2O,

ε(A-A)
ε(A-B) < ε(B-
B)

Mo-Cu

309

Rozdelenie roztokov podľa priťážlivých síl A-B

- 147 - - 148 -

V prvom prípade budú zložky A a B neobmedzene miešateľné a ich roztok bude ideálny.

Ideálny roztok treba chápať ako určitý model. podobne ako ideálny plyn alebo ideálny kryštál.
Extenzívne veličiny (objem, energia a i.) sú v ideálnom roztoku aditívne, t. j. sčítateľné.
Napríklad objem ideálneho roztoku zodpovedá súčtu objemov čistých zložiek. Podobne celková
energia ideálneho roztoku je daná súčtom energii čistých zložiek, preto vznik ideálneho roztoku
nie je spojený so spotrebou ani uvoľnením tepla. Hoci v reálnych podmienkach sú zriedkavé
dokonale ideálne roztoky, jestvuje veľa roztokov so správaním blízkym ideálnemu. Ide
predovšetkým o roztoky látok chemicky veľmi príbuzných, napr. blízkych uhľovodíkov a pod.
Medzi roztoky prakticky ideálne možno zaradiť aj plynné zmesi.

Druhý prípad. keď energia väzby medzi rôznymi časticami je väčšia ako medzi

rovnakými časticami, zodpovedá neobmedzenej miešateľnosti zložiek A a B, vzniknutý roztok
však bude vykazovať niektoré odchýlky od ideálneho správania (zmena objemu pri zmiešaní,
určité rozpúšťacie teplo a i.).

Tretí prípad charakterizuje látky s navzájom obmedzenou miešateľnosťou, ktorá sa

vyskytuje napr. medzi kvapalnou a tuhou zložkou. V uvedenom prípade je zložka B tuhá látka a
zložka A kvapalina (rozpúšťadlo). Obmedzene miešateľné látky sa rozpúšťajú až po vznik
nasýteného roztoku.

V štvrtom prípade by mal roztok nižšiu energiu ako je energia čistých zložiek ,preto sú

tieto látky navzájom nerozpustné. treba si však uvedomiť, že všetky látky sa čiastočne
rozpúšťajú. Ak hovoríme, že určitá látka je v danom rozpúšťadle nerozpustná, znamená to, že sa
rozpúšťa iba nepatrne a vytvára nasýtený roztok s veľmi nízkou koncentráciou.

5.3 ZLOŽENIE ROZTOKOV 310

Označovanie veličín a zložiek roztokov

i-rozpustená zložka

H2O -
rozpúšťadlo

⊙ -

roztok

n -látkové
množstvo

ni

nH2
O

n

⊙

m -hmotnosť

mi

mH2
O

m

⊙

V-objem

Vi

VH2
O

V

⊙

N-počet častíc

Ni

NH2
O

N

⊙

Na určenie stavu roztoku treba okrem teploty a tlaku poznať pomerné zastúpenie

jednotlivých zložiek, čiže zloženie roztoku, sa vyjadruje rôznymi spôsobmi.

1. Mólový zlomok311 x i je počet molov rozpustenej zložky xi v 1mole roztoku. Vypočíta

sa ako podiel počtu molov rozpustenej zložky ni ku celkovému počtu molov n

⊙

roztoku: xi =

ni/n .

⊙

Môže byť vyjadrený v mol %, mol ‰ alebo mol ppm.

2. Hmotnostný zlomok312 w

i

je počet hmotnostných dielov rozpustenej zložky wi v 1

hmotnostnom dieli ( 1g, 1kg, …) roztoku. Vypočíta sa ako podiel počtu hmotnostných dielov
rozpustenej zložky mi ku celkovému počtu hmotnostných dielov m

⊙

roztoku: wi = mi/m⊙

Môže byť vyjadrený v %, ‰ alebo ppm.

V chemických tabuľkách rozpustnosti látok sa vyjadruje ako počet gramov rozpustenej

látky v 100g roztoku

3.

Objemový zlomok313

ϕ

i je počet objemových dielov rozpustenej zložky

ϕi v 1

objemovom dieli ( 1cm3 (1ml), 1dm3 (1L=1l), …) roztoku. Vypočíta sa ako podiel počtu

310

Zloženie roztokov

311

Hmotnostný zlomok

312

Mólový zlomok

313

Objemový zlomok

- 148 - - 149 -

objemových dielov rozpustenej zložky Vi ku celkovému počtu objemových dielov V⊙

roztoku:

ϕi = Vi/V

⊙

Môže byť vyjadrený v obj %, obj ‰ alebo obj ppm.

4.

Molarita 314 c i ( Koncentrácia látkového množstva) je látkové množstvo rozpustenej látky v jednom dm3

roztoku. Vypočíta sa ako podiel látkového množstva rozpustenej zložky ni ku celkovému objemu V

⊙

roztoku, ktorý

sa udáva v dm3: ci = ni/V⊙,[ dm

3

] ( iné označenie ci =[ i ] = c( i ) )

Jednotkou koncentrácie látkového množstva je mol . m-3, častejšie sa však používa mol . dm-3.

Koncentrácia látky i vzťahovaná na celkový objem roztoku vyjadrená v mol . dm-3 sa niekedy nazýva molová
koncentrácia. V analytickej chémii sa roztoky s presne známou koncentráciou nazývajú odmerné roztoky.
"Molarita M je počet gramatómov alebo grammolekúl rozpustenej látky v jednom litri roztoku. "
"Normalita N je počet gramekvivalentov rozpustenej látky v jednom litri roztoku. "
Koncentrácia látkového množstva ci je počet molov rozpustenej látky v jednom dm

3 roztoku.

Koncentrácia odmerného roztoku c(i) je počet molov rozpustenej látky v jednom dm3 roztoku. (≡ M )
Koncentrácia odmerného roztoku c(ekvivalent) je počet molov ekvivalentov rozpustenej látky v jednom dm3
roztoku. ( ≡ N )
Koncentrácia látkového množstva ci je vyjadrená v mol/dm

3, prípadne mol/l.

Množstvo rozpustenej látky je udané v moloch na 1 dm3 , resp. 1 liter roztoku, pričom musí byť indexom alebo v
zátvorke veličiny špecifikovaný elementárny jedinec rozpustenej látky (napr. molekula, skupina atómov, ión,
chemický ekvivalent a pod.).
Napríklad:
- hydroxid sodný, odmerný roztok c (NaOH) = 0,2 mol/dm3
1 dm3 roztoku obsahuje ………….0,2 mol NaOH, ( t.j. 0,2. 40 g = 8 g NaOH )
- kyselina dihydrogensírová, odmerný roztok c (H2SO4) = 1 mol/dm

3

1 dm3 roztoku obsahuje…………... 1 mol, ( t.j. 98 g H2SO4 )
V prípade, keď špecifikovaný jedinec je chemický ekvivalent rozpustenej látky, vyjadrí sa formou zlomku
chemického vzorca látky v zátvorke za veličinou c a jednotkou zostáva mol/dm3, napríklad:
- kyselina dihydrogensírová, odmerný roztok c (1/2 H2SO4 ) = 1 mol/dm

3

1 dm3 roztoku obsahuje…………… 1 mol 1/2 H2SO4, ( t.j. 1/2 · 98 = 49 g H2SO4 )
- manganistan draselný, odmerný roztok, c( 1/5 KMnO4 ) = 0,1 mol/dm

3

1 dm3 roztoku obsahuje…………. 0,1 mol 1/5 KMnO4, (t.j. 0,1·1 /5·158,03 = 3,16 g KMnO4)

4.

Molalita

315

m

c,i

je látkové množstvo rozpustenej látky v jednom kg rozpúšťadla. Vypočíta sa ako podiel

látkového množstva rozpustenej zložky ni ku hmotnosti rozpúšťadla napríklad mH2O ktorá sa udáva v kg:

ci = ni/ mH2O,[ kg ]
Jednotkou molality je mol . kg-1. V zriedených vodných roztokoch je číselná hodnota molality v mol . kg-1

blízka číselnej hodnote molovej koncentrácie.

5. Objemová hmotnosť rozpustenej látky(hmotnostná koncentrácia rozpustenej látky) ρi,

⊙ je počet gramov rozpustenej látky v jednom

mililitri(cm3) roztoku vypočíta sa ako podiel hmotnosti rozpustenej látky mi a objemu roztoku V⊙, teda ρi,

⊙ =mi/V⊙

V chemických tabuľkách sa často používa vyjadrenie ako počet gramov rozpustenej látky v 100 ml roztoku

V roztokoch možno hmotnosť rozpustenej látky mi vzťahovať na objem rozpúšťadla VR u vodných roztokov na objem vody VH2O

ρi,R =mi/VR = mi/VH2O

V chemických tabuľkách sa často používa vyjadrenie ako počet gramov rozpustenej látky v 100 ml vody

V praxi sa používajú obidve uvedené aplikácie objemovej hmotnosti. Na rozdiel od -molality a koncentrácie ich možno použiť pre

ľubovoľné disperzné sústavy.

V prípade čistej rozpustenej látky sa namiesto objemovej hmotnosti používa hustota ρi= mi/Vi
Jednotkou objemovej hmotnosti je kg . m-3, v praxi je však niekedy výhodnejšia kg . dm-3. resp. g . cm

-3

. Objemová hmotnosť

definovaná vzťahom (5-3) sa niekedy nazýva hmotnostná koncentrácia.

Treba si uvedomiť, že parametre zloženia, definované pomocou objemu (koncentrácia, objemová hmotnosť), závisia od teploty.
Použitím príslušných definičných vzorcov možno prepočítať ľubovoľný parameter zloženia na iný, napr. hmotnostný zlomok na

koncentráciu a pod.

314Molarita
315Molalita

- 149 - - 150 -

V niektorých prípadoch je potrebná hustota roztoku ρ⊙, definovaná ako podiel celkovej hmotnosti roztoku m

⊙ a objemu roztoku V⊙,

teda ρ⊙= m⊙/V

⊙ (5-5)

Hustota roztoku je funkciou jeho zloženia. Pre vodné roztoky bežnejších látok sú tabelované hustoty v závislosti od hmotnostného

zlomku rozpustenej látky. Ak odmeriame hustotu roztoku, napr. ponorným hustomerom, môžeme z tabuliek odčítať zodpovedajúcu hodnotu
hmotnostného zlomku rozpustenej látky a tento údaj prepočítať na ľubovoľný ďalší parameter zloženia.
Počet gramov /100g roztoku316 Počet gramov /100ml rozpúšťadla317 Hustota roztoku318 Časticová koncentrácia319
Zmiešavacia rovnica320 Zmiešavací kríž321 Zrieďovacia rovnica322
Zrieďovací kríž323 Praktický nerozpustné, malo rozp. , dobré rozp. , veľmi dobré rozp. látky324
Koncentrované roztoky325 (H

2

SO

4

, HNO

3

, HCl, NH

3

, NH

4

OH)

5.4 VLASTNOSTI ROZTOKOV
Rozpúšťaním sa menia mnohé vlastnosti zložiek tvoriacich roztok, pretože v čistej látke je

každá molekula látky obklopená rovnakými molekulami, zatiaľ čo v roztoku sú prítomné aj
molekuly iných látok. To spôsobuje, že vzájomné ovplyvňovanie molekúl v čistej látke je celkom
iné ako v roztoku. Preto majú roztoky určité charakteristické vlastnosti, ktorými sa odlišujú od
čistých chemických zlúčenín.

5.4.1 Tlak pary nad roztokom
Ako nad každou čistou tuhou alebo kvapalnou látkou tak aj nad roztokom sa ustáli

rovnovážny tlak nasýtenej pary (tenzia pary). Jednotlivé zložky roztoku sú v plynnej fáze nad
roztokom zastúpené tým viac, čím sú prchavejšie, alebo čím nižšia je ich teplota varu.

Pre tenziu pary ideálnych roztokov odvodil M. M. Raoult (1887) Raoultov zákon326,

ktorý možno všeobecne vyjadriť vzťahom

pB = p°B.xB (5-6)

podľa ktorého parciálny tlak pB ľubovoľnej zložky B nad ideálnym roztokom je priamo úmerný
molovému zlomku xB tejto látky v roztoku. Konštanta úmernosti pB zodpovedá tenzii pary čistej
látky B pri rovnakej teplote.

Celkový tlak pary nad roztokom (P) je daný súčtom parciálnych tlakov všetkých zložiek.

Pre dvojzložkový ideálny roztok, obsahujúci látky A a B, platí

P = pA + pB = pA° . xA + p°B . xB (5-7)
Závislosť tenzie pary od zloženia dvojzložkového roztoku znázorňuje obr. 5-2.
V diagrame dvojzložkového systému nanášame na vodorovnú os zloženie(v molových

zlomkoch), na zvislú os tenziu pary. Čiarkovaná priamka vyjadruje závislosť tenzie pary látky A
od zloženia roztoku, bodkovaná priamka vyjadruje tú istú závislosť pre zložku B. Plná priamka
znamená súčet obidvoch parciálnych tlakov a vyjadruje celkový tlak nad roztokom. Je zrejmé, že
celkový tlak je menší ako tenzia čistej prchavejšej zložky p°A.

316

Počet gramov /100g roztoku

317

Počet gramov /100ml rozpúšťadla

318

Hustota roztoku

319

Časticová koncentrácia

320

Zmiešavacia rovnica

321

Zmiešavací kríž

322

Zrieďovacia rovnica

323

Zrieďovací kríž

324

Praktický nerozpustné, malo rozp. , dobré rozp. , veľmi dobré rozp. látky

325

Koncentrované roztoky (H2SO4, HNO3, HCl, NH3, NH4OH)

326

Raoultov zákon

- 150 - - 151 -

Platnosť Raoultovho zákona je podmienkou ideálnosti roztoku. Vzťah (5-6) má pre

roztoky podobný význam ako stavová rovnica ideálneho plynu pre plyny. Tlak pary nad
ideálnym roztokom327 je na obr. 5-2.

Obr. 5-2. Grafické znázornenie Raoultovho zákona pre ideálny roztok

p°A,p°B - tenzia pár čistých látok A a B

V neideálnych roztokoch sa prejavujú záporné odchýlky od Raoultovho zákona, keď

skutočná tenzia zložky nad roztokom je menšia ako v ideálnom roztoku, alebo kladné odchýlky,
keď skutočná tenzia je väčšia. Priebeh tenzie pary zložky B v roztoku so zápornou odchýlkou
znázorňuje obr. 5-3. Tvar krivky sa pri rôznych

Obr. 5-3. Tenzia pary zložky B nad neideálnym roztokom328
1 - skutočná tenzia pary zložky B
2 - tenziu pary zložky B nad ideálnym roztokom
3 - dotyčnica v bode xB = 0

sústavách v podstate zhoduje. V oblasti veľkého nadbytku látky B (xB → 1), keď látka B je
rozpúšťadlom, zodpovedá hodnota pB ideálnemu správaniu podľa Raoultovho zákona. Na
druhom konci, v oblasti veľkého nadbytku látky A (xB → 0), je látka B rozpúšťanou látkou a jej
tenzia pB sa vždy odchyľuje od Raoultovho zákona. Krivku tenzie pary zložky B možno však v
určitom intervale nahradiť dotyčnicou v bode xB = 0, ktorá je vyjadrená rovnicou

xB = KH . pB (5-8)
327

Ideálny roztok

328

Neideálny roztok

- 151 - - 152 -
ktorá sa nazýva Henryho zákon329. Konštanta úmernosti KH sa nazýva konštanta Henryho
zákona. Jej prevrátená hodnota zodpovedá úseku, ktorý vymedzí priamka 3 na osi xB=l.

Podľa Henryho zákona je v zriedenom roztoku tenzia pary rozpustenej látky úmerná

molovému zlomku tejto látky v roztoku, resp. molový zlomok rozpustenej látky je úmerný
parciálnemu tlaku tejto látky nad roztokom.

5.4.2 Zníženie teploty tuhnutia roztokov330 a zvýšenie teploty varu roztokov331
Pre roztok neprchavej rozpustenej látky (pB°= 0) možno úpravou výrazu (5-7) získať

vzťah

pA- P=Δp= pA°. xB
Zníženie tenzie pary Δp roztoku v porovnaní s rozpúšťadlom je potom priamo úmerné

molovému zlomku rozpúšťanej neprchavej látky (obr. 5-4).

Obr. 5-4. Zníženie tenzie pary roztoku v porovnaní s čistým rozpúšťadlom

p°A - tenzia pary nad čistým rozpúšťadlom
p°A. xB - tenzia pary nad roztokom
Δp - zníženie tenzie pary
tv - teplota varu čistého rozpúšťadla
t´v - teplota varu roztoku
Δtv - zvýšenie teploty varu roztoku

V dôsledku zníženia tenzie pary vrú roztoky neprchavých látok pri vyššej teplote, než pri

ktorej vrie pri rovnakom vonkajšom tlaku čisté rozpúšťadlo. Takisto teplota tuhnutia týchto
roztokov je nižšia ako teplota tuhnutia čistého rozpúšťadla

329

Henryho zákon

330

Zníženie teploty tuhnutia roztokov

331

Zvýšenie teploty varu roztokov

- 152 - - 153 -
(obr. 5-5). Zvýšenie teploty varu ΔTv. a zníženie teploty tuhnutia ΔTt je úmerné molalite
rozpustenej látky a platia vzťahy :

ΔTv = Ke . mc,B (5-10)
ΔTt = Kk . mc,B (5-11 )

Obr. 5-5. Zníženie teploty tuhnutia a zvýšenia teploty varu roztokov v porovnaní s

čistým rozpúšťadlom

⎯⎯ čisté rozpúšťadlo; Tt,. Tv - teplota tuhnutia, varu
------ roztok; T′t ,T′v - teplota tuhnutia, varu

Konštanta Ke sa nazýva ebulioskopická konštanta a Kk kryoskopická konštanta. Metóda,

pri ktorej sa meria zvýšenie teploty varu roztokov, sa nazýva ebulioskopia; metóda, pri ktorej sa
meria zníženie teploty tuhnutia, sa nazýva kryoskopia. Obidve metódy poskytujú dôležité
informácie o štruktúre a niektorých vlastnostiach rozpustených látok. Kryoskopické metódy sa
používajú aj pri skúmaní roztavených solí a trosiek. Hodnoty kryoskopických a ebulioskopických
konštánt pre niektoré rozpúšťadlá sú v tab. 5-4.
Tabuľka 5-4. Kryoskopické (Kk) a ebulioskopické (Ke) konštanty niektorých kvapalných látok

Látka

Kk (K . kg .
mol-1)

Ke (K . kg .
mol-1)

H2O
NH3(l)
Benzén
Fenol
NaCl(l
)
KCl(l)

1,86
1,32
5.07
7,27
18,7
25,3

0,513
0,34
2,64
3,60
-
-

- 153 - - 154 -

5.4.3 Rozpúšťacie teplo
Ak roztok nie je ideálny, jeho vznik sprevádza zmena energie, čo sa prejaví uvoľnením

alebo spotrebou tepla. Množstvo tepla, ktoré zodpovedá rozpusteniu jedného molu látky,
nazývame rozpúšťacie teplo332. Závisí od množstva rozpúšťadla, teda od výsledného zloženia
roztoku. Vo veľmi zriedených roztokoch je však hodnota rozpúšťacieho tepla už prakticky
rovnaká a nezávisí od zloženia roztoku.

Pri vzájomnom rozpúšťaní dvoch kvapalín alebo pri miešaní dvoch roztokov ide o

zmiešavacie teplo333, pri riedení roztoku čistým rozpúšťadlom o zrieďovacie teplo334.
Rozpúšťacie teplo sa skladá z dvoch častí. Prvá z nich znamená teplo potrebné na prechod
rozpúšťanej látky z pôvodného skupenstva do skupenského stavu roztoku. Napríklad pri
rozpúšťaní tuhej látky v kvapalnom rozpúšťadle zodpovedá táto časť teplu topenia rozpúšťanej
látky, ktoré treba sústave dodať. Pri rozpúšťaní plynu v kvapaline charakterizuje táto časť
kondenzačné teplo (pri zmene plynu na kvapalinu), ktoré sa uvoľní.

Druhá časť rozpúšťacieho tepla súvisí s väzbou molekúl rozpúšťadla na častice

rozpustenej látky. Tento dej sa nazýva solvatácia,( hydratácia vo vodných roztokoch)335. Pri
solvatácii sa teplo vždy uvoľňuje. Solvatácia (hydratácia) spôsobuje vznik solvátov (hydrátov).

Miera solvatácie závisí od charakteru rozpúšťadla a rozpustenej látky a prejavuje sa

predovšetkým pri polárnych rozpúšťadlách. Okolo polárnych molekúl, resp. iónov rozpustenej
látky sa hromadia polárne molekuly rozpúšťadla, ktoré pôsobením elektrostatických nábojov sa
priestorovo orientujú a vytvárajú rôzne typy väzbových interakcii od elektrostatického pôsobenia
dipólov až po chemickú väzbu. Ak sú príťažlivé sily medzi molekulami rozpúšťadla a časticami
rozpustenej látky malé, solváty sú nestále a solvatačné teplo je malé. Pri veľkej polarite molekúl
sú solváty stále a často ich možno izolovať aj v tuhom stave kryštalizáciou pri vhodných
podmienkach. Pri vzniku stálych solvátov sa uvoľňuje veľké množstvo solvatačného tepla. Pri
rozpúšťaní látok vytvárajúcich stále solváty sa teda teplo vždy uvoľňuje. Tuhé látky s malou
afinitou na tvorbu solvátov sa rozpúšťajú so spotrebou energie, preto rozpúšťanie v tomto prípade
sprevádza ochladenie roztoku. Možno to využiť pri príprave rôznych chladiacich zmesí, napr. solí
ako NaCl, KCl, NH4Cl a i. s ľadom. Veľmi pevné solváty vytvárajú niektoré soli s vodou, napr.
CuSO4 . 5 H2O, Na2CO3

.10 H

2O, CaCl2 . 6 H20 a pod. Tieto látky majú charakter chemických

zlúčenín a nazývame ich kryštalohydráty336.

5.5 NAJDÔLEŽITEJŠIE TYPY337 ROZTOKOV
Z klasifikácie roztokov podľa tab. 5-2 vyplýva, že so zreteľom na skupenský stav

rozpúšťadla a rozpustenej látky možno rozlíšiť 7 druhov roztokov. Najdôležitejšie preberieme
podrobnejšie.

332

Rozpúšťacie teplo

333

Zmiešavacie teplo

334

Zrieďovacie teplo

335

Solvatácia a hydratácia

336

Kryštalosolvaty a kryštalohydráty

337

Typy roztokov

- 154 - - 155 -

5.5.1 Zmesi plynov338
Ako sme už uviedli, možno zmesi plynov chemicky navzájom nereagujúcich považovať

za ideálne roztoky. Jednotlivé zložky sa správajú navzájom nezávisle. ako by pri daných
podmienkach boli v sústave samé.

Každému plynu v zmesi možno priradiť určitý parciálny tlak (tlak, aký by plyn mal, keby

bol pri rovnakej teplote prítomný v celom objeme zmesi samotný). Zo stavovej rovnice vyplýva
pre parciálny tlak všeobecnej zložky B výraz

pB = nB . R . T/Vcelk (5-12)

kde Vs je celkový objem plynnej zmesi.

Súčet parciálnych tlakov všetkých zložiek v plynnej zmesi sa rovná celkovému tlaku

Pcelk tejto zmesi:

Pcelk = p1 +p2+...+pk = Σpi (5-13)
Vzťah je matematickým vyjadrením Daltonovho zákona. Pre plynnú zmes ako celok

vyplýva zo stavovej rovnice výraz

Pcelk . Vcelk = R . T . Σni (5-14)

ktorý spojením s výrazom (5-12) udáva pre výpočet parciálneho tlaku dôležitý vzorec

pB = nB/Σni = xB . Pcelk (5-15)
Ak zmiešame plyny s rovnakou teplotou T a tlakom P, objem vzniknutej zmesi Vcelk sa

rovná súčtu objemov čistých zložiek (tzv. parciálnych objemov):

Vcelk = V1 + V2 + . . . + Vk = ΣVi ( 5 -16 )

čo je matematickým vyjadrením Amagatovho zákona.

Pretože parciálne objemy sú úmerné látkovým množstvám zložiek, je objemový a molový

zlomok v zmesi ideálnych plynov zhodný:

ϕB = VB/Vcelk = nB/Σni=xB ( 5-17 )
5.5.2 Roztoky plynov v kvapalinách a tuhých látkach339
Ak plyny s kvapalinou chemicky nereagujú, ich rozpustnosť je malá. Vznikajú zriedené

roztoky, v ktorých pre rozpustený plyn platí Henryho zákon (5-8).

338

Roztoky plynov

339

Roztoky plynov v kvapalinách a tuhých látkach

- 155 - - 156 -
Konštanta KH závisí od druhu ,plynu a rozpúšťadla a od teploty. So zvyšujúcou sa teplotou sa jej
hodnota znižuje. Rozpustnosť plynu v kvapaline sa teda zväčšuje so zvyšovaním parciálneho
tlaku plynu nad roztokom a so znižovaním teploty.

Preto napr. pri vypieraní (pohlcovaní) oxidu uhličitého z plynných zmesí vodou volíme čo

možno najvyšší tlak a najnižšiu teplotu vody. Pri odplynovaní napájacej vody pre parné kotly
zohrievame vodu pri zníženom tlaku.

Plyny, ktoré s rozpúšťadlom chemicky reagujú, napr. chlorovodík alebo amoniak pri

rozpúšťaní vo vode, sa rozpúšťajú v značnom množstve a pri rozpúšťaní sa uvoľňuje väčšie
množstvo tepla. V tomto prípade Henryho zákon neplatí.

Rozpúšťanie dvojatómových plynov (N2, H2, O2) v roztavených kovoch sa riadi

vzťahom

xB = KS . √pB (5-18)
ktorý je podobný Henryho zákonu a nazýva sa Sievertsov zákon. Závislosť molového

zlomku rozpusteného plynu od odmocniny jeho parciálneho tlaku vyplýva zo skutočnosti, že
uvedené plyny vytvárajú s kovmi atómové roztoky. Pri rozpúšťaní v kove disociujú molekuly
plynov na atómy, takže počet častíc rozpustených v kove (t. j. atómov) je dvojnásobný v
porovnaní s počtom východiskových molekúl. Sievertsov zákon takisto neplatí, keď plyn s
kovom chemicky reaguje.

Najlepšiu rozpustnosť z plynov má vodík. Veľké množstvo vodíka rozpúšťa Fe, Pd, Pt, Ni

a niektoré iné ťažké kovy. Kovové paládium je schopné rozpustiť až 600 - násobný objem
plynného vodíka.

Podobné zákonitosti sa vzťahujú aj pre rozpúšťanie plynov v tuhých látkach. Pri

rozpúšťaní plynov v nekovových tuhých látkach platí Henryho zákon a pri rozpúšťaní v tuhých
kovoch Sievertsov zákon.

5.5.3 Roztoky v kondenzovaných sústavách340
Názov kondenzovaná sústava sa používa pre systém, v ktorom nie je prítomná plynná

fáza. Vzájomná rozpustnosť zložiek (kvapaliny, roztavené kovy, soli alebo trosky, tuhé látky) je
veľmi rôzna. Niektoré zložky sa navzájom rozpúšťajú vo všetkých pomeroch, iné sa miešajú len
obmedzene.

Správanie sa dvojzložkovej kondenzovanej sústavy môžeme znázorniť fázovým

diagramom341, kde na zvislú os nanášame teplotu a na vodorovnú os molové alebo hmotnostné
zlomky zložiek.

Často sa vyskytujú binárne sústavy, ktorých zložky sú miešateľné v kvapalnom stave a

nemiešateľné v tuhom stave.

Na obr. 5-6 je fázový diagram sústavy Na2SO4 - NaCl. V oblasti diagramu označenej L

sa nachádza homogénna tavenina. Vyše 881°C, keď sú už obidve tieto látky roztavené, je oblasť
ich neobmedzenej rozpustnosti. Niže tejto teploty je ich

340

Roztoky v kondenzovaných sústavach

341

Fázový diagram

- 156 - - 157 -
rozpustnosť obmedzená. V oblasti označenej L1 + Na2SO4 (s) sa nachádza tuhý Na2SO4 v
rovnováhe s taveninou. ktorá je nasýteným roztokom Na2SO4 v NaCl. V oblasti označenej L2 +
NaCl(s) sa nachádza tuhý NaCl v rovnováhe s taveninou,

Obr. 5-6. Fázový diagram sústavy Na2SO4 - NaCl

L - tavenina

ktorá je nasýteným roztokom NaCl v Na2SO4. Bod E sa nazýva eutektický bod a znamená
najnižšiu teplotu, pri ktorej ešte sústava môže byť v kvapalnom stave. Pod eutektickým bodom
(oblasť označená symbolom S) jestvuje len tuhá zmes obidvoch zložiek.

Obr. 5-7. Fázový diagram sústavy Ag-Au

L - kvapalný roztok
S - tuhý roztok

Ak sú obidve zložky sústavy v tuhej fáze obmedzene rozpustné, má fázový diagram inú

podobu. Na obr. 5-7 je ako príklad uvedený fázový diagram sústavy Ag - Au. Písmenom L je
označená oblasť existencie kvapalného roztoku,

- 157 - - 158 -
písmenom S oblasť tuhého roztoku. Krivka l (likvidus) udáva zloženie kvapalnej fázy a krivka s
(solidus) zloženie tuhej fázy pri danej teplote. Obidve krivky sa v diagrame nikdy nekryjú,
pretože zloženie tuhého roztoku sa odlišuje od zloženia taveniny (napr. v sústave Ag - Au je pri 1
000 °C zloženie kvapalného roztoku - bod A - 30 % Au a 70 % Ag, a zloženie tuhého roztoku -
bod B - 45 % Au a 55 % Ag).

Pre chemické reakcie sú veľmi dôležité roztoky tuhých látok vo vode alebo inej

kvapaline, pretože tuhé látky sú tu rozptýlené až na najmenšie častice (molekuly, atómy, ióny) a
v tomto rozptýlení majú najväčšiu schopnosť reagovať.

Rozpustnosť tuhých látok v kvapalinách je veľmi rozdielna a okrem chemického

charakteru obidvoch látok závisí aj od teploty. So zvyšujúcou sa teplotou obidvoch látok sa
rozpustnosť zväčšuje, ako je to zrejmé z obr. 5-8, na ktorom sú tzv. krivky rozpustnosti,
udávajúce zloženie nasýteného roztoku v závislosti od teploty.

Obr. 5-8. Krivky rozpustnosti niektorých solí vo vode

rozpustnosť sa uvádza v gramoch látky v 100 gramoch vody

Rozpustnosť je vyjadrená hmotnosťou látky rozpustenej v 100 g vody. Pri niektorých

látkach sa rozpustnosť s teplotou veľmi nemení (napr. NaCl), pri iných látkach sa ich rozpustnosť
zvyšovaním teploty zmenšuje (napr. Ce2(SO4)3.

Krivky rozpustnosti pri látkach tvoriacich hydráty nemajú jednoduchý tvar. Vyskytujú sa

na nich zlomy v miestach, kde jeden hydrát prechádza na iný, resp. na bezvodú soľ (obr. 5-9).

Treba brať do úvahy súvislosť medzi krivkou rozpustnosti a fázovým diagramom.

Napríklad krivka rozpustnosti NaCl z obr. 5-8 súvisí s krivkou l2 z fázového diagramu sústavy
H2O - NaCl na obr. 5-10. Krivka l2 udáva totiž zloženie nasýteného roztoku NaCl vo vode.

V hutníctve majú oveľa väčší význam tuhé roztoky, ktoré vznikajú väčšinou zmiešaním

roztavených látok a ich ochladením. Sú to najmä kovy, ktoré spolu

- 158 - - 159 -
tvoria tuhé roztoky - zliatiny, ktoré majú veľký praktický význam. Aj nepatrné množstvo prísad
zmení vlastnosti zliatin, čo umožňuje vyrábať' hutnícke materiály vyžadovaného charakteru.
Skúmaním týchto tuhých roztokov kovov sa zaoberá teoretické hutníctvo, najmä jeho užší odbor
- metalografia.

Obr. 5-9. Krivky rozpustnosti látok tvoriacich hydráty; rozpustnosť' sa uvádza v gramoch

látky v 100 gramoch vody

Obr. 5-10. Fázový diagram sústavy H2O - NaCl

L - kvapalný roztok

5.6 ROZDEĽOVACÍ KOEFICIENT
Ak pridáme do sústavy dvoch nemiešateľných kvapalín malé množstvo ďalšej látky, ktorá

sa v nich rozpúšťa, rozdelí sa látka medzi obidve kvapaliny tak,ze

pomer molalít vzniknutých roztokov bude pri danej teplote konštantný a nezávislý od
množstva látky. Túto skutočnosť vystihuje tzv. rozdeľovací koeficient L342, definovaný pre
látku B výrazom

LB=mc,B/m′c,B (5-19)

v ktorom mc,B a m′c,B sú molality v jednej a druhej kvapaline. Rozdeľovací koeficient je pre
dané látky a teplotu konštantný a zodpovedá pomeru rozpustností látky B v daných
rozpúšťadlách. Vzťah (5-19) je matematickým vyjadrením tzv. rozdeľovacej rovnováhy.

Na princípe rozdeľovacej rovnováhy je založená oddeľovacia metóda - extrakcia,

ktorá sa v širokom meradle uplatňuje nielen v laboratórnej praxi, ale aj pri mnohých
priemyselných technologických postupoch. Touto metódou sa získavajú aj niektoré vzácne
kovy (extrakčná metalurgia). V budúcnosti sa predpokladá podstatné rozšírenie tejto
technológie. Rozdeľovacia rovnováha sa uplatňuje aj v metalurgii pri výrobe ocele.
Roztavená troska a kov sú dve nemiešateľné kvapaliny, medzi ktoré sa rozdeľujú sprievodné
prvky (napr. síra, mangán, chróm a i.). Hodnoty rozdeľovacích koeficientov závisia do
chemického zloženia trosky. Pri škodlivých prvkoch (napr. pri síre) sa vyžaduje, aby
rozdeľovací koeficient medzi troskou a kovom mal veľkú hodnotu a väčšina obsiahnutej síry
tak prešla zo železa do trosky.

5(. Disperzné sústavy ,zmesi ) ROZTOKY
5.1 DISPERZNÉ SÚSTAVY A ICH ROZDELENIE

1. Disperzná sústava
2. Disperzné prostredie
3. Disperzný podiel = dispergovaná látka
4. Rozdelenie DS podľa veľkosti častíc dispergovanej látky
5. Rozdelenie DS podľa skupenského stavu DPaDL
6. Roztok
7. Rozpustená látka
8. Rozpúšťadlo

5.2 VZNIK ROZTOKOV
5.2.1 Rozpúšťanie a rozpustnosť látok

9. Rozpúšťanie
10. Roztok s neobmedzenou miešateľnosťou zložiek
11. Roztok s obmedzenou miešateľnosťou zložiek
12. "Roztok "s nemiešateľnosťou zložiek
13. Rozpustnosť
14. Diagram rozpustnosti
15. Nenasýtený roztok
16. Nasýtený roztok
17. Presýtený roztok

5.2.2 Podmienky vzniku roztokov

18. Rozdelenie roztokov podľa príťažlivých síl A-B

5.3 ZLOŽENIE ROZTOKOV

19. Zloženie roztokov -koncentrácia roztokov
20. Hmotnostný zlomok
21. Mólový zlomok
22. Objemový zlomok
23. Počet molov /1liter roztoku = Molarita = Mólová koncentrácia = M
24. Počet molov /1kilogram rozpúšťadla = molalita = mc,i
25. Počet gramov /100g roztoku
26. Počet gramov /100ml rozpúšťadla
27. Hustota roztoku
28. Časticová koncentrácia
29. Zmiešavacia rovnica
30. Zmiešavací kríž
31. Zrieďovacia rovnica
32. Zrieďovací kríž

33. Praktický nerozpustné, malo rozp. , dobré rozp. , veľmi dobré rozp. látky
34. Koncentrované roztoky (H2SO4, HNO3, HCl, NH3, NH4OH)

5.4 VLASTNOSTI ROZTOKOV
5.4.1 Tlak pary nad roztokom

35. Raoultov zákon
36. Ideálny roztok
37. Neideálny roztok
38. Henryho zákon

5.4.2 Zníženie teploty tuhnutia a zvýšenie teploty varu roztokov

39. Zníženie teploty tuhnutia roztokov
40. Zvýšenie teploty varu roztokov

5.4.3 Rozpúšt'acie teplo

41. Rozpúšťacie teplo
42. Zrieďovacie teplo
43. Zmiešavacie teplo
44. Solvatácia a hydratácia
45. Kryštalosolváty a kryštalohydráty

5.5 NAJDÔLEŽITEJŠIE TYPY ROZTOKOV

46. Typy roztokov

5.5.1 Zmesi plynov

47. Roztoky plynov

5.5.2 Roztoky plynov v kvapalinách a tuhých látkach

48. Roztoky plynov v kvapalinách a tuhých látkach

5.5.3 Roztoky v kondenzovaných sústavách

49. Roztoky v kondenzovaných sústavách
50. Fázový diagram

5.6 ROZDEĽOVACÍ KOEFICIENT

51. Rozdeľovací koeficient