Oldatok - elegyek Többkomponensű homogén (egyfázisú) rendszerek Elegyek: komponensek mennyisége azonos nagyságrendű Oldatok: egyik komponens mennyisége nagy (oldószer) a másik, vagy a többihez (oldott anyag) képest
Fontosabb koncentráció egységek Molaritás mol oldott anyag/dm 3 oldat Molalitás mol oldott anyag/kg oldószer Tömeg koncentráció g oldott anyag/dm 3 oldat Moltört oldott anyag molszáma/összmolszám Tömegszázalék 100 g oldatban? g oldott anyag van
Oldhatóság telített oldat Egy anyag oldhatósága azt fejezi ki, hogy adott hőmérsékleten hány grammja oldódik 100 g oldószerben S: g/100 g oldószer
Oldhatóság függ: 1. Oldott anyag 2. Oldószer 3. Hőmérséklet
Feladat: A KNO 3 oldhatósága 60 ºC-on 111g/100g víz és 20 ºC-on 31 g/100 g víz. Mi történik, ha 50 g KNO 3 -ot és 100 g vizet összekeverünk 20 ºC-on? Mi történik, ha a hőmérsékletet 60 ºC-ra emeljük? Mi történik, ha még 50 g KNO 3 -ot dobunk az oldatba? Mi történik, ha az oldatot 20 ºC-ra lehűtjük?
Oldhatóság függése az oldószertől ionos vegyületek oldódása vízben hasonló a hasonlóban oldódik elv ionos és poláris vegyületek víz széndiszulfid poláris oldószerekben apoláris vegyületek apoláris oldószerekben kén (S 8 )
oldhatóság (mm) Gázok oldhatósága Függ: 1. Gáz parciális nyomása 2. Hőmérséklet 3. Oldószer 4. Gáz 1 0,5 O 2 N 2 He William Henry 1801 Henry törvény: S = k H p gáz 0 0 0,5 1,0 nyomás (atm)
Nyomás Adott hőmérsékleten a gáz oldhatósága (S) az oldattal egyensúlyban levő gáz parciális nyomásával (p gas ) arányos. S = k H p gas Henry-törvény
gáz Henry állandó (20 C, víz) k H (mm/atm) -------------------------------------------------- Levegő 0,79 Szén-dioxid 23 Hélium 0,37 Neon 0,5 Argon 1,5 Hidrogén 0,85 Nitrogén 0,7 Oxigén 1,3
oldhatóság, mg gáz / 100 g víz A gázok oldhatósága A gázok magasabb hőmérsékleten rosszabbul oldódnak folyadékokban. levegő N 2 levegőben O 2 levegőben hőmérséklet, C
Dekompressziós betegség
Feladat: A legkisebb O 2 koncentráció, mely szükséges a vizi élethez kb. 0,13 mm (4,2 mg/l). Ha a tó 20 ºC-os, teljesül ez a feltétel? (k H (O 2, 20 ºC)= 1,3 mm/atm) Levegő 21% oxigént tartalmaz parc. Ny. 0,21 1 atm = 0,21 atm S= k H p O2 = 1,3 mm/atm 0,21 atm = 0,27 mm 0.27 mm
Kolligatív tulajdonságok Egy kolligatív tulajdonság az a tulajdonság, amely csak az oldott anyag mennyiségétől függ és független a minőségétől. 1. Gőznyomás csökkenés 2. Forráspont emelkedés 3. Fagyáspont csökkenés 4. Ozmózisnyomás
Gőznyomás csökkenés Francois-Marie Raoult Raoult törvény: egy nem illékony oldott anyag oldatának gőznyomása az oldószer móltörtjével arányos. p oldat =x oldószer p * oldószer Tenzió csökkenés: Δp=x oldott p * oldószer!!!!!! Csak híg oldatoknál érvényes!!!!!!
nyomás oldószer oldat Forráspont emelkedés: DT forrpont =DT m,forrás m B folyadék Fagyáspont csökkenés: szilárd DT fagyáspont =DT m,fagyás m B gáz ΔT fagy hőmérséklet ΔT forr m B : molalitás v. Raoult-koncentráció [mol/kg oldószer]
Feladat Egy vizes glükóz (C 6 H 12 O 6 ) oldat -0.56 ºC-on fagy meg. Hány fokon forr ez az oldat atmoszférikus nyomáson? (ΔT M,forrp =0,52 ºCkg/mol; ΔT M,fpcs =1,86 ºCkg/mol 100,16 ºC
Feladat Egy vizes glükóz (C 6 H 12 O 6 ) oldat -0.56 ºC-on fagy meg. Hány fokon forr ez az oldat atmoszférikus nyomáson? (ΔT M,forrp =0,52 ºCkg/mol; ΔT M,fpcs =1,86 ºCkg/mol 0,56 1,86 DT fagyáspont =DT m,fagyás m B 0,52 DT forrpont =DT m,forrás m B 100,16 ºC
Ozmózis Ozmózisnyomás: πv=nrt súly dugattyú
Ozmózis Féligáteresztő membránon át az oldószer molekulái a hígabb oldat felől a töményebb oldat felé áramlanak. A féligáteresztő membránok általában olyan vékony filmek, amelynek pórusain csak a kisebb oldószermolekulák tudnak átjutni.
Ozmózis A nyomás, ami az ozmotikus áramlást megállítaná az oldat ozmózisnyomása: p = (n/v)rt = c RT Az ozmózisnyomás nem függ az oldott anyag minőségétől. Ha a hidrosztatikus nyomás által okozott áramlás és az ozmotikus áramlás egyensúlyban áll, elértük az ozmózisnyomást, p. EOS
Ozmózis Víztisztítás Reverz ozmózis során az ozmózisnyomásnál nagyobb nyomással megfordítják az áramlást. Tiszta oldószer áramlik ki az oldatból a nyomás hatására. cellulóz-acetát membrán, <70 atm
Ozmózis izotóniás oldatok (izoozmotikus): azonos ozmózisnyomásuk van emberben: 0,9%-os NaCl oldat (fiziológiás sóoldat)
Dialízis celofán, poliszulfon, poliakril-nitril féligáteresztő membrán
Feladat: Mekkora annak a proteinnek a molekulatömege, melynek 1 g- ját 100 ml vízben oldva 17 ºC-on 253 Pa ozmózisnyomást észlelünk? πv= nrt = mrt/m M= mrt/(πv) = 1 8,314 290,15/(253 100 10 6 )= 95348,1 g/mol 9,5 10 4 g/mol
Feladat: Három oldatot készítünk: 1. 0,01 mol acetont oldunk 100 g vízben 2. 0,01 mol NaCl-t oldunk 100 g vízben 3. 0,01 mol CaCl 2 -t oldunk 100 g vízben. Mennyi az oldatok fagyáspontja? (ΔT M,fpcs =1,86 ºCkg/mol) DT fagyáspont =DT m,fagyás m B -0,186, -0,372, -0,558 ºC
Híg oldatok törvényei: Kolligatív tulajdonságok 1. Gőznyomás csökkenés Δp=x oldott p * oldószer 2. Forráspont emelkedés 3. Fagyáspont csökkenés 4. Ozmózisnyomás πv=nrt DT forrpont =DT m,forrás m B DT fagyáspont =DT m,fagyás m B m B : molalitás v. Raoult-koncentráció [mol/kg oldószer]
Homogén keverékek Az oldott anyag részecskéinek mérete növekszik. Oldatok Kolloid oldatok Szuszpenziók (kolloid diszperziók) ------------------------------------------------------------------------------------ 0,1 1 nm 1 1000 nm >1000 nm Stabil gravitációval Kevésbé stabil Instabil gravitációval szemben. gravitációval szemben. szemben. Homogén Homogén (határeset) Homogén, csak ha kevert. Átlátszó (színes). Átlátszó opálos. Opálos áttetsző. Nincs Tyndall-effektus. Tyndall effektus. --------- Szűréssel nem választható szét. Szűréssel elválasztható.
A kolloidok 1 és 1000 nm közötti méretű részecskéket tartalmaznak A Tyndall effektus során a kolloid részecskék fényszórása jelenik meg.
Koaguláció során a kolloid részek kicsapódnak Tömény elektrolit is okozhatja EOS
A szuszpenzió nem stabil, a kolloid oldat eltartható EOS
Kolloidtípusok Oldott anyag Oldószer Típus Példák gáz folyadék hab tejszínhab gáz szilárd szilárd hab horzsakő folyadék gáz folyadék aeroszol köd, hajpermet folyadék folyadék emulzió majonéz, s.öntet, tej folyadék szilárd szilárd emulzió vaj, sajt szilárd gáz aeroszol finom por levegőben szilárd folyadék szol keményítő oldat, zselé szilárd szilárd szilárd szol fekete gyémánt
OLDATOK Gőznyomás gőznyomás oldószer H 2 O (l, x<1) H 2 O (g) K = [H 2O] g [H 2 O] l = [H 2 O] g x H O [H 2 O] l 0 2 K = Ae DH pár RT = [H 2O] g = x H O 2 p H2O x H O RT 2 p H O = Ae 2 -D pár RT RT x H O = p H O 0 x H O (1-x B ) 2 2 2 Dp H O = p H O 0 x B Raoult-törvény ha p B 0 2 2
FORRÁSPONT-EMELKEDÉS Clausius Clapeyron egyenlet: lnp b - lnp 0 = D forr ( 1 - RT 1 ) 0 T f T f d lnp dt = D forr RT 2 D f = M old RT forr 2 1000 D forr m B DT f =DT m,forrás m B oldószerre jellemző állandó: DT m : molális forráspontcsökkenés m B : molálitás v. Raoult-koncentráció [mol/kg] H 2 O 0,51 benzol 2,53 K mol kg
FAGYÁSPONT-CSÖKKENÉS -D olv H 2 O(s) H2O(l) K = A* e = [H 2O] l X H2O [H 2 O] RT [H 2 O] s v 1 = A 1 *e v -1 = A -1 *e D olv # RT fagy D fagy # RT fagy 0 víz 1,86 benzol 5,12 K mol * kg - ln (1-xB) = D fagy R ( 1 - T fagy 1 2 M H2O * RT fagy DT fagy = * m B 1000 * D fagy T fagy 0) DT fagyáspont =DT m,fagyás m B
Oldatok ionos vegyületek oldódása vízben hasonló a hasonlóban elv hidrofób (szerves) hidrofil (vizes) fluorofil (fluoros) fázisok