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/dm3 oldat

Molalitás mol oldott anyag/kg oldószer

Tömeg koncentráció g oldott anyag/dm3 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 KNO3 oldhatósága 60 ºC-on 111g/100g víz és

20 ºC-on 31 g/100 g víz.

Mi történik, ha 50 g KNO3-ot és 100 g vizet összekeverünk

20 ºC-on ?

Mi történik, ha a hőmérsékletet 60 ºC-ra emeljük ?

Mi történik, ha még 50 g KNO3-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

kén (S8)

víz széndiszulfid

ionos és poláris

vegyületek

poláris oldószerekben

apoláris vegyületek

apoláris oldószerekben

Gázok oldhatósága

Függ:

1. Gáz parciális nyomása

2. Hőmérséklet

3. Oldószer

4. Gáz

William Henry 1801

Henry törvény: S = kH·pgáz

O2

N2

He

0 0,5 1,0

nyomás (atm)

0

0,5

1

old

ha

tósá

g (

mM

)

Nyomás

Adott hőmérsékleten a gáz oldhatósága (S) az

oldattal egyensúlyban levő gáz parciális nyomásával

(pgas) arányos.

S = kH pgas

Henry-törvény

gáz Henry állandó (20 °C, víz)

kH (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

A gázok oldhatósága

A gázok magasabb hőmérsékleten rosszabbul oldódnak

folyadékokban.

levegő

N2 levegőben

O2 levegőben

old

ha

tósá

g, m

g g

áz

/ 1

00

g v

íz

hőmérséklet, °C

Dekompressziós betegség

Feladat:

A legkisebb O2 koncentráció, mely szükséges a vizi

élethez kb. 0,13 mM (4,2 mg/l). Ha a tó 20 ºC-os,

teljesül ez a feltétel ? (kH(O2, 20 ºC)= 1,3 mM/atm)

0.27 mM

Levegő 21% oxigént tartalmaz parc. Ny. 0,21∙1 atm = 0,21 atm

S= kH∙pO2 = 1,3 mM/atm ∙ 0,21 atm = 0,27 mM

Kolligatív tulajdonságok

1. Gőznyomás csökkenés

2. Forráspont emelkedés

3. Fagyáspont csökkenés

4. Ozmózisnyomás

Egy kolligatív tulajdonság az a tulajdonság, amely csak az

oldott anyag mennyiségétől függ és független a minőségétől.

Gőznyomás csökkenés

Francois-Marie Raoult

Raoult törvény: egy nem illékony oldott

anyag oldatának gőznyomása az oldószer

móltörtjével arányos.

poldat=xoldószer·p*oldószer

Tenzió csökkenés: Δp=xoldott·p*

oldószer

!!!!!! Csak híg oldatoknál érvényes !!!!!!

DTforrpont=DTm,forrás mB

DTfagyáspont=DTm,fagyás mB

Forráspont emelkedés:

Fagyáspont csökkenés:

mB: molalitás v. Raoult-koncentráció

[mol/kg oldószer]

oldószer

oldat

hőmérséklet

ny

om

ás

folyadék

gáz

szilárd

ΔTfagy ΔTforr

Feladat

Egy vizes glükóz (C6H12O6) oldat -0.56 ºC-on fagy meg.

Hány fokon forr ez az oldat atmoszférikus nyomáson ?

(ΔTM,forrp=0,52 ºCkg/mol; ΔTM,fpcs=1,86 ºCkg/mol

100,16 ºC

Feladat

Egy vizes glükóz (C6H12O6) oldat -0.56 ºC-on fagy meg.

Hány fokon forr ez az oldat atmoszférikus nyomáson ?

(ΔTM,forrp=0,52 ºCkg/mol; ΔTM,fpcs=1,86 ºCkg/mol

100,16 ºC

DTforrpont=DTm,forrás mB

DTfagyáspont=DTm,fagyás mB

0,56 1,86

0,52

Ozmózis

dugattyú

súly

Ozmózisnyomás: πV=nRT

Ozmózis

A féligáteresztő membránok

általában olyan vékony filmek,

amelynek pórusain csak a kisebb

oldószermolekulák tudnak átjutni.

Féligáteresztő membránon át az oldószer

molekulái a hígabb oldat felől a töményebb

oldat felé áramlanak.

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.

EOS

Ha a hidrosztatikus nyomás által okozott

áramlás és az ozmotikus áramlás

egyensúlyban áll, elértük az

ozmózisnyomást, p.

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 ?

9,5·104 g/mol

πV= nRT = mRT/M

M= mRT/(πV) = 1∙8,314∙290,15/(253∙100∙10–6)= 95348,1 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 CaCl2-t oldunk 100 g vízben.

Mennyi az oldatok fagyáspontja ? (ΔTM,fpcs=1,86 ºCkg/mol)

-0,186, -0,372, -0,558 ºC

DTfagyáspont=DTm,fagyás mB

Kolligatív tulajdonságok

1. Gőznyomás csökkenés Δp=xoldott·p*oldószer

2. Forráspont emelkedés

3. Fagyáspont csökkenés

4. Ozmózisnyomás πV=nRT

DTforrpont=DTm,forrás mB

DTfagyáspont=DTm,fagyás mB

mB: molalitás v. Raoult-koncentráció

[mol/kg oldószer]

Híg oldatok törvényei:

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.

Homogén keverékek

Az oldott anyag részecskéinek mérete növekszik.

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

OLDATOKGőznyomás

gőznyomás – oldószer

pH O = Ae

-Dpár

RT RT xH O = pH O0 xH O

(1-xB)

DpH O = pH O0 xB Raoult-törvény ha pB 0

2

222

2

2

H2O(l, x<1) H2O(g) K =[H2O]g

[H2O]l

=[H2O]g

xH O[H2O]l0

K = AeDHpár

RT=

[H2O]g

xH O

=pH2O

xH ORT

2

22

FORRÁSPONT-EMELKEDÉSClausius Clapeyron egyenlet:

lnpb - lnp0 =Dforr

RT( -1

Tf

1

Tf0 )

d lnp

dT=Dforr

RT2

Df =Mold RTforr

2

1000 Dforr

mB

H2O 0,51

benzol 2,53

K

mol kg

DTf=DTm,forrás mBoldószerre jellemző állandó:

DTm: molális forráspontcsökkenés

mB: molálitás v. Raoult-koncentráció

[mol/kg]

-Dolv

RT

( -1

Tfagy

1

Tfagy0)

K

mol* kg

H2O(s) H2O(l) K = A* e =[H2O]l XH2O[H2O][H2O]s

v1 = A1*eRTfagy

Dolv#

v-1 = A-1

*eDfagy

#

RTfagy0

- ln (1-xB) =D

fagy

R

DTfagy =MH2O * RTfagy

2

1000 * Dfagy

* mBvíz 1,86benzol 5,12

FAGYÁSPONT-CSÖKKENÉS

DTfagyáspont=DTm,fagyás mB

Oldatok

ionos vegyületek

oldódása vízben

„hasonló a

hasonlóban”

elv

hidrofób (szerves)

hidrofil (vizes)

fluorofil (fluoros)

fázisok