Roztok Homogenní směs molekul, které mohou být v pevném, kapalném nebo plynném stavu •Pravé roztoky •Micelární a koloidní roztoky (suspenze): částice velké 1 nm - 10 |um Tyndallův jev - rozptyl světla Druhy roztoků Složka 1 Složka 2 Stav směsi Příklad Vzduch Sodová voda (C02) H2(850 cm3) V Pd(l cm3) Ethanol ve vodě NaCl ve vodě Mosaz (Cu/Zn) Pájka (Sn/Pb) Rozpustnost Komplikovaný proces - neexistuje jednoduchá a obecně aplikovatelná teorie rozpustnosti Empirické pravidlo : Like dissolves like Dobrá rozpustnost: polární látky v polárních rozpouštědlech (voda, aceton, alkoholy, CH3CN, DMF, DMSO,....) nepolární látky v nepolárních rozpouštědlech (CC14, alkany, benzen,...) Faktory ovliňující rozpustnost 1. Druh rozpuštěné látky 2. Druh rozpouštědla Like dissolves Like ! 3. Teplota 4. Tlak (plyny - Henryho zákon) 5. Další rozpuštěné látky - vysolení TABLE 13.3 Solubilities of Some Alcohols in Water and in Hexane Alcohol Solubility in H2Oa Solubility in C6H14 CH3OH (methanol) CH3CH2OH (ethanol) CH3CH2CH2OH (propanol) CH3CH2CH2CH2OH (butanol) CH3CH2CH2CH2CH2OH (pentanol) CH3CH2CH2CH2CH2CH2OH (hexanol) CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2OH (heptanol) 00 0.12 00 00 00 00 0.11 00 0.030 00 0.0058 00 0.0008 00 Interakce rozpouštědlo - rozpustená látka Rozpouštění ve 3 krocích 1. Oddělení molekul rozpuštěné látky Obvykle endothermický (+AHAA) proces vyjma rozpouštění plynů. Mřížková energie u iontových látek.Vzrůst entropie (+AS) 2. Vytvoření děr v rozpouštědle Obvykle endothermický (+AHBB) proces vyjma rozpouštění v plynech. 3. Solvatace rozpuštěné látky rozpouštědlem Obvykle exothermický (— AHAB) proces vyjma rozpouštění plynů v plynech. (+AS) AHrozp = AHAA+AHBB + AHAB Rozpouštědlo - rozpustená látka I v případě, že rozpouštění je energeticky neutrální nebo mírně endotermní (+AH) může probíhat díky entropické hnací síle (+AS) ! Entropie míšení je vždy kladná. AG° = AH° - T AS0 i Rozpouštění Step 1 Solvent AHBB rozpouštědlo -* ° © o s 0 o roztok Step 3 á«, AH AB ° .AÄSo © WW Solution ATT = rozp Step 2 AH Solute AA rozpuštěná látka AH^+AHbb + AHab 1 Ideální a neideální roztoky ÄF BB Vytvoření děr \ v\ v rozpouštědle \ A"" - AHrozp>0 Čisté látky Oddělení molekul rozpuštěné látky V _ AHrozp = 0 ™ Ideální roztok - AHrozp < 0 12 Rozpouštědlo - rozpustená látka Rozpustnost závisí na změně enthalpie, AH , a změně entropie, A S, při rozpouštění -i—■ o o o o 0 o o Gas of ions On j J AH hvd Aŕfj^ Hydratační enthalpie Mr^zl^ová energie Solid OJOďfi «J 4-1 Solution Rozpouštěcí enthalpie (b) o O o * .S sodium + 1.9 +3,9 -0.6 -7.5 -44.5 ■26.7 + 20-4 -2.4 potassium -17.7 + 17 J + 19.9 + 20.3 -57.1 -30.9 + 34.9 + 23.3 ammonium -1.2 + 14,8 + 16.0 + 13 J — — + 25,7 +6.6 silver -22.5 +65,5 +84r4 + 112,2 — +41,8 + 22,6 + J7,& magnesium -12.6 -160,0 -185.6 -213.2 + 2,1 -25.1 -90.9 'H.J milium +11.5 -81-3 -103.1 -119.7 -16.7 -13.1 -19,2 -1S.0 aluminum -27 -329 -368 -385 — — — -350, IT* «Jus for ň\vzr iodide Jbr example, is the -entry found friere (he row laJbcled. usJvefB intersects I Iw column lahekd "iodide." A positive- valur of AfL* indicates an endctbeimic procese. 112 g/100 g KNO 3 38g/10QgH2O I NaCl 34.2 g/100gH2O 12.1 g/100g H20 i 20 i 40 i 60 i 30 100 Temperature (°C) Rozpustnost plynů Plyny se mísí ve všech poměrech, neomezeně - růst entropie je hnací silou Plyny se rozpouští v kapalinách exothermicky AHrozp = AHAA+AHBB + AHAB = 0 <0 Rozpustnost plynů klesá s rostoucí teplotou Rozpustnost závisí na tlaku plynu nad roztokem = parciální tlak Henryho zákon Henryho zákon Molární rozpustnost, S [mol 1_1] = konst x parciální tlak (při konst. T) Tahle 12,4 Henrys law constants for gases in water at 2(FC KH, Gas mol/Ľatm air 7.9 X IG"4 argon 1.5 X li)-3 carbon dioxide 2.3 x ícr2 helium 3.7 x ícr4 hydrogen 8.5 x io~4 neon 5.0 x io~4 nitrogen 7.0 x io~" oxygen 1.3 X 10~3 1%P2 -1.5 x 10"3 E -1.0x10 <*. í) B -0,5x1 (Tí Oxygen Helium 0 0.5 1 Parriai pressure (arm} Henryho zákon Množství N2 rozpuštěné v krvi potápěče na hladině a ve 30 m hloubce kHp Parciální tlak N2 na hladině PN2 PN2 (hladina) = 0.8 atm XN2 "celk (0.8)(1 atm) Ve 30 m hloubce Pcelk = 4 atm (30 m) ^N2 A celk (0.8)(4atm) = 3.2atm kH(N2) = 7.0 IQ"4 mol I"1 arm- Pod 30 m dusíková narkóza na hladině ve 30 m S = (7.0 10-4 mol Watm^XO.S atm) = 5.6 10"4 mol l"1 S = (7.0 IQ"4 mol I"1 amr1)^ atm) = 2.2 10"3 mol l"1 Bunsenův absorpční koeficient Objem, který by zaujímal plyn za tlaku (101.325 kPa) a přinteplotě 0 °C, pohlcený v objemové jednotce rozpouštědla za dané teploty. 02 0.03802 přilO°C 1 litr H20 při 10 °C pohltí 38.02 cm3 02 02 je více rozpustný ve vodě než N2 Teorie elektrolytické disociace Ve vodě NaCl -> Na+ + Cl silné elektrolyty HCN ±5 H+ + CN- slabé elektrolyty Disociační stupeň / Misoc ' AÍ0 Svante Arrhenius (1859-1927) NP za chemii 1903 Disociační konstanta CN [HCN] [H+] = [CN-] = a [HCN]0 [HCN] = (l-a)[HCN]0 a« 1 Kd = (a [HCN]0)2/ (1 - a) [HCN]0 = a2 [HCN]0 Ostwaldův zřeďovací zákon Kd = (a [HCN]0)2/ (1 - a) [HCN]0 = a2 [HCN]0 S rostoucí koncentrací elektrolytu klesá stupeň disociace S rostoucím zředěním roste stupeň disociace F = konst qx q2 / r2 S rostoucím zředěním roste vzdálenost mezi ionty, r, a klesá přitažlivá síla Elektrolytická vodivost □h ■:■■..:.■■■:, čistá voda iontová látka Elektrolytická vodivost Roztoky iontových látek Volně pohyblivé ionty Nosiče náboje R = p Elektrický odpor, R [Q] / = délka A = plocha p = specifický odpor [Q m a = 1 / p = specifická vodivost Molární vodivost, A A = g/c klesá s rostoucí koncentrací Molární vodivost, A A = g/c A klesá s rostoucí koncentrací c Aktivita elektrolytu Asociace iontů při rostoucí koncentraci, vznik iontových párů Klesá počet částic Klesá vodivost - páry nevedou elektrický proud Jen volné ionty zůstávají aktivní - korekce koncentrace na asociaci Aktivita, a a = y+c Střední aktivitní koeficient, y± (nabývá hodnot 0 - 1) log Y+ = - 0.509 | z+ z_ | VI z+ z_ náboje iontů Iontová síla roztoku, I = lA Z Cj Z( Cj molalita [mol kg-1] Rozpustnost málo rozpustných iontových látek Součin rozpustnosti: Ks = [A]x [Bp Předpoklady: silný elektrolyt, 100% disociace iontová síla I = lA Z Cj zA2 = 0 aktivitní koeficienty y = 1 žádné další ionty nebo vedlej ší reakce Splněno jen zcela výjimečně! AxBy (s) H20 x [A(H20)n]y+ + y B(H20)n]x hydratované (solvatované) ionty tuhá látka, krystal Součin rozpustnosti a rozpustnost H2O - x íA(H70)niy+ + y B(H70)nlx- AxBy (s) -<---------------------------------- hydratované (solvatované) ionty tuhá látka, krystal Ks = [A]x [B]y = (x R)x (y R): R = Rozpustnost / R = \ 1 s x y Kx y j x+y Table Jb,5 Solubility products at 25ŮC Cümpmiild Formula ^ aluminum hyd] ů.i;idé Al(OH)j 1.0 x JO"" aiHinioiiy sulfide SI?,S, 17 x I0*r barium caiboiuie fluoride sulfite BaCO, BaF> BaSO, 1,7 l.L X JO* x io~fi X JO""1 bismuth sulfide 81,5, 1J) X JO"07 Calciumcarbonate fluoride hydroxide sulfate CaF^ CaCOHJj CaSO„ 8.7 4.Ú 5,? 2.4 x io" X 1Ů"11 x io_fi X 10_i LLjpperU I bromide dlloride iodide sulfide Culir cua Cal CujS 4,2 5,1 2.0 X lo-H X J0~h X 10"lz X lO-^ cnpperl llj indale oxalate sulfide Cu(10,)z Cu^O-G,) CuS 1.4 23 1.3 x \cr7 x 10* x Ml ■ iTon{lO hydroxide sutfide Fe(OH)3 1,0 3 10" 6J X 10" m irart<|[L)EiydraddĽ Fc(OH), 2.0 X 10"J!I kadi!Ill bromide diloride PbUr, PbCľ 7,4 he X TO": X jo • Compound Formula *ř fluoride Pbl" 3,7 x iů"K iodate PbtfO^ 2.Í * I01J iodide Pbl, 1.4 X 10 h sulfate VbSO, 1.6 x IG b siiSiidt- l]b& &S x io-™ ma^nes-him ammo-mum ptiuspUate MijNK^PO, 2í5 X 1Ů"|J carbonate MgCO, 1.0 x IG E fluoride MffF, ' 6,4 X I05 hjŕdroddde MtfOH}, LI x lů"" itiÉťiľuryílj ddoaide Hť;CL 1.3 x lů IJ1 iodide H&ľ. U x I0"a iuercury< [[) sulfide^ bfcatíí hbs íj6 x 10 hl sulfide, red HB$ \A x lo" rdckel(äl) hydroxide NKOH), S,5 x io ■" silver bromide A*l*r 7,7 X 10" caři Hmate A£jZQ3 &J x iO"IJ chloride A(CI U x I0"lfl byďroíide AgOH LS x ioh iodide Agl tí.O x lů"17 sulfide A£=5 ť.3 x I0_il zinc hydroxide Zrt(OH)2 2.0 x I0"J? sulfide ZrtS l.Ď X IQ "^ Koligativní vlastnosti Vlastnosti roztoku, které nezávisí na druhu rozpuštěná látky, ale jen na jejím množství, počtu molekul. Tlak par - Snížení za přítomnosti rozpuštěné látky Teplota varu - Zvýšení za přítomnosti rozpuštěné látky = ebulioskopický efekt Teplota tání - Snížení za přítomnosti rozpuštěné látky = kryoskopický efekt Osmotický tlak - Určen rozdílem koncentrací rozpuštěných látek Snížení tlaku par Přídavek rozpuštěné látky do rozpouštědla vede ke snížení tlaku par dvěma mechanismy 1. Vzrůst entropie roztoku sníží hnací sílu pro vypařování 2. Zředění rozpouštědla sníží počet molekul schopných opustit povrch roztoku | p* *■?>- o 0.25 0.5 0.75 ~m rm rm __ Mole fraction of solvent, *S[>|VCJlt Snížení tlaku par Zředění rozpouštědla přídavkem rozpuštěné látky sníží počet molekul schopných opustit povrch roztoku Graph Comparing Vapor Pressure & Temperature £ : Freezing Fbint Depression i Wáer fj £ o Q. w i £ \ Bbiling Fbint Elevation ■ J Ice ni i 0 100 Temperature Raoultův zákon Tlak par rozpouštědla nad roztokem je roven součinu tlaku par čistého rozpouštědla a molárního zlomku rozpouštědla Tlak par rozpouštědla nad roztokem n = x P° F rozpouštědla rozpouštědla rozpouštědla -r celkový -r rozpouštědla P rozp. látky = 0 pro netěkavé látky 1 Raoultuv zákon J*! = xx Pj0 (xj = rozpouštědlo) xx = 1 - x2 (x2 = rozpuštěná látka) Pi^l-x^0 P^P^-X.P^ ?x° - Vx = APX = x2 P^ Snížení tlaku par Dvě těkavé látky, A a B Pa = xa Pa Pß ~~ XB Pß Pceik = Pa + Pß = xa Pa + xb Pß 43 Raoultův zákon Při 25 °C je tlak par vody 23.76 Torr a tlak par nad vodným roztokem je 22.98 Torr. Vypočti molární zlomky komponent rozpouštědla F rozpouštědla 22.98 Torr = xrozpouštédla (23.76 Torr) rozpouštědla rozp. látky = 0.967 = 0.033 Snížení bodu tání a zvýšení bodu varu 1 at m <Ľ a; 5 Solid Pure solid solvent Triple point of solution I____________ Freezing point of solution /Freezing point I/ of solvent Boiling point of solution Boiling point of solvent AT, Temperature AT. Zvýšení teploty varu Bod varu = teplota, při které se vyrovná tenze par s vnějším tlakem. Zvýšení teploty varu ATV = i kb m i = van't Hoffův faktor, počet částic kb = ebulioskopická konstanta m = molalita Snížení tlaku par teplota [°C] Snížení bodu tání Snížení bodu tání ATt = i kf m 1 van't Hoffův faktor, počet částic m = molaliť IXtJIKlfSmHl Table 12.8 Boiling-point and freezing-point constants Solvent Freezing kp Boiling fc^ point, °C K-kg/mol point, ^C K-kg/mol acetone -95.35 2.40 56.2 1.71 benzene 5.5 5.12 80.1 2.53 camphor 179.8 397 204 5.61 carbon tetrachloride -23 29,8 76.5 4.95 cyclohexane 6.5 20.1 80.7 2.79 naphthalene 80.5 Ó.9-1 217.7 5.80 phenol 43 7.27 182 3.0-1 water 0 1.So 100.0 0.51 Snížení bodu tání Snížení bodu tání automobilové chladící kapaliny 50 g ethylen glykol (C2H602) a 100 g vody. EG, ethylen glykol, i = 1 M(EG) = 62 g mol"1 n (EG) = 50 g / 62 g mol"1 = 0.833 mol Molalita = n (EG) / m (rozp) = 0.833 mol/ 0.100 kg = 8.33 m AT = i kfm kf (vody) = 1.86 K nr1 AT = (1)(1.86 K m-1 )(8.33 m ) = 15.5 K = 15.5 °C Bod tuhnutí = 0°C-15.5 °C 15.5 °C Osmóza Koncentrovaný Semipermeable membrane Semipermeabilní membrána Propustí molekuly rozpouštědla Zadrží molekuly rozpuštěné látky Zředěny (b) O/ (a) Osmotický tlak Osmotický tlak je úměrný koncentraci a teplotě Pro iontové roztoky n=icMRT cM = koncentrace molární R = plynová konstanta n = osmotický tlak T = teplota v K i = van't Hoffův faktor Podobné rovnici ideálního plynu. Podobný efekt = molekulární srážky vytváří tlak Osmóza Dialýza - oddělení velkých molekul z roztoku, malé projdou membránou Izotonický roztok Hypotonický roztok Hypertonický roztok Water molecules Solute molecules O A O O * O (a) (b) (c) ■ ■■'s '■."■i " "■■■■' ■■•■■• !-'yVť/ ^Vy ■ ■■:• čsv.: ř ■;: řv- -^ -r>. *■ Koloidní soustavy Koloidy jsou suspenze, ve kterých jsou částice větší než molekuly, ale malé na to, aby se vyloučily z roztoku gravitací. Velikost 10 až 2000 Á. Typy koloidů: - aerosol (g + 1 nebo s, mlha, kouř) - pěna (1 + g, šlehačka, pivní pěna) - emulze (1 + 1, mléko) - sol (1 + s, barva) - tuhá pěna (s + g, marshmallow), - tuhá emulze (s + 1, máslo), - tuhý sol (s + s, rubínové sklo). Micely Koloidní soustavy disperzní soustava = disperzní podíl (disperzum) + disperzní prostředí (dispergens) Lyofilní kolidy, TD stálé Vysokomolekulárni (roztok polystyrenu v acetonu, roztok bílkoviny či nukleové kyseliny ve vodě Micelární vznikají z pravých roztoků shlukováním rozpuštěných molekul do shluků - micel micela - 10 až 1000 částic Lyofóbní koloidy, TD nestálé musí se míchat, vytvořit ochranný micelární obal