Többkomponensű rendszerek Vizes oldatok

Az előadások a következő témára: "Többkomponensű rendszerek Vizes oldatok"— Előadás másolata:

1 Többkomponensű rendszerek Vizes oldatok
Vízkémia Többkomponensű rendszerek Vizes oldatok

2 Az oldódás (elegyedés)
Adott folytonos közegben a részecskék molekuláris méretű eloszlatása (hőmozgás révén) - fizikai oldódás(hidratáció) ionos kötésű kristályok oldása molekularácsos kötésű kristályok oldása egyes anyagok reakcióba lépnek a vízzel - oldódásuk kémiai oldódás

3 Az oldódás (elegyedés)
Fizikai oldódás lyuk mechanizmus – inert gázok oldódódása (O2, N2) hidrogénhíd – alkoholok, szerves savak elegyedése kémiai kötések – ionkristályok és molekularácsos anyagok kristályainak felbomlása Kémiai oldódás – reakció vízzel hidrogénhíd – NH3 + H2O  NH4OH HCl, CO2, SO2,

4 Az oldódás (elegyedés)
Az oldódás sebessége: időegység alatt bekövetkező koncentrációváltozás v = ∆ c / ∆ t anyagi minőség - keverés mértéke - hőmérséklet szemcseméret - koncentráció Telített oldat: az oldódó és kiváló részecskék száma megegyezik Oldhatóság: adott körülmények között (hőmérséklet, nyomás) a telített oldat koncentrációja

5 Az oldódás (elegyedés)
Az oldás során bekövetkező energiaváltozás - oldáshő: 1 mol anyagból végtelen híg oldat elkészítésekor bekövetkező hőmennyiség változás (rácsenergia és szolvatációs hő) az oldat felmelegszik, az oldáshő előjele negatív exoterm folyamat Er < Esz az oldat lehűl, az oldáshő előjele pozitív endoterm folyamat, Er > Esz

6 Oldódás Az oldhatóság hőmérsékletfüggése - növekvő és csökkenő - az oldáshő előjelétől függően A nyomás gyakorlatilag nem változtat a szilárd anyag oldhatóságán pozitív oldáshő negatív oldáshő

7 Többkomponensű rendszerek
Folytonos közegben eloszlatott részecskék - diszperz rendszerek homogén - kolloid - heterogén rendszerek - a részecskék mérete alapján

8 Homogén rendszerek Egy fázisú rendszer - nincsenek benne határfelületek elegyek - mindhárom halmazállapotban: egyetlen komponens sem megkülönböztetett a többivel szemben ideális elegy - az összetevő komponensek megőrzik sajátságaikat - additivitás reális elegy - a komponensek elkeveredésekor dilatáció vagy kontrakció lép fel oldatok - a komponensek közül kiemeljük az oldószert (folytonos közeg), a többi az oldott anyag (diszpergált)

9 Homogén rendszerek Tulajdonságai a komponensek tulajdonságaitól és koncentrációjától függenek a koncentráció megadása: a megnevezett alkotórész mennyisége az oldatban/elegyben esetleg oldószerben tömegtört, tömegszázalék molaritás (cn mol/dm3) tömegkoncentráció (cm g/dm3) Raoult koncentráció (molalitás) (mol/1000 g oldószer)

10 Gázok oldódása folyadékban
A fizikai oldódás kismértékű (inert gázok: O2, N2, CH4), kémiai kölcsönhatás az oldószerrel (CO2, NH3, HCl, HCHO) O2 CH4 CO2 SO2 NH3 HCl HCHO 0 °C 0,006945 0,003959 0,3346 22,83 89,5 82,3 31,2 20 °C 0,004339 0,002319 0,1688 11,28 53,1 72,0 40,2 40 °C 0,003082 0,001586 0,0973 5,41 30,7 63,3 49,2 60 °C 0,002274 0,001144 0,0576 56,1 62,0 g/100 g víz

11 Gázok oldódása folyadékban
Az oldhatóság függ a hőmérséklettől

12 Gázok oldódása folyadékban
Az oldhatóság függ a nyomástól - Henry-Dalton törvény c = K p keszon-betegség (N2 oldódása a vérben)

13 Folyadékok elegyedése
A hasonló szerkezetű folyadékok többnyire jól oldódnak egymásban (víz és alkoholok) nem elegyedő (szén-tetraklorid - víz) mindig két oldatfázis van csekély oldhatósággal korlátozottan elegyedő (fenol - víz) csak meghatározott koncentrációk esetén van homogén oldat korlátlanul elegyedő (etanol - víz, ecetsav - víz) bármilyen arányban keverhető

14 Folyadékok elegyedése
Nem elegyedő folyadékok g/100 cm3 víz benzol 20 °C 0,175 toluol 16 °C 0,047 n-pentán 0,036 kloroform 0,822 szén-tetraklorid 25 °C 0,77

15 Folyadékok elegyedése
Korlátozottan elegyedő folyadékok - a kölcsönös oldhatóság növekszik a hőmérséklettel - kritikus elegyedési hőmérséklet felett homogén oldat fenol - víz (20°C-on az oldhatóság: 10,0 w% fenol és 72,0 w% víz) 68,8 °C 100 g fenol g víz = 92,9 g fenol / 36,1 g víz + 7,1 g fenol / 63,9 g víz

16 Folyadékok elegyedése
Korlátlanul elegyedő folyadékok a folyadékok egymással összemérhető mennyisége: koncentrációt moltörtben (Xi = ni / nö)

17 Folyadékok elegyedése
A folyadékelegy gőznyomása valamennyi komponens gőzét tartalmazza az elegy gőznyomása a komponensek parciális nyomásából adódik össze Raoult- törvény: az elegy gőznyomásában a komponensek tenziója mindig kisebb, mint lenne tiszta állapotában Ideális elegyben lineáris összefüggés a komponens tiszta állapotbeli gőznyomása és az elegybeli parciális nyomása között: pi = Xi pi° François Marie Raoult

18 Folyadékok elegyedése
Reális elegyeket alkotó komponensek parciális tenziója nem változik lineárisan az összetétellel, mert a komponensek különböző molekulái úgy hatnak egymásra, hogy adhézió kisebb mint a kohézió: az elegyben kisebb lesz a vonzó kölcsönhatás és könnyebben párolognak (etanol és víz) az elegy gőznyomása nagyobb lesz a számítottnál adhézió nagyobb: az elegyben nagyobb lesz a vonzóerő, mint a tiszta anyagok esetén, ezek nehezebben párolognak (víz és salétromsav) az elegy gőznyomása kisebb lesz a számítottnál

19 Szilárd anyagok oldódása folyadékban
A rosszul oldódó anyagok oldhatóságát - az oldódási egyensúlyból származtatható oldhatósági szorzattal (L) jellemezzük Az AmBn összetételű só esetén: AmBn  m An+ + n Bm- L = [An+]m·[Bm]n

20 Szilárd anyagok oldódása folyadékban
Híg oldatok: az oldott anyaghoz képest az oldószer olyan nagy feleslegben van, hogy az oldott anyag részecskéi nem gyakorolnak számottevő kölcsön-hatást egymásra - moltört < 0,01 - az oldószerre nézve ideális oldat A gőznyomás csökkenése, a fagyáspont és forráspont változása, ozmózis kialakulása

21 Szilárd anyagok oldódása folyadékban
Raoult-törvénye: a nem illékony oldott anyag megváltoztatja a párolgás mértékét - az oldott anyag koncentrációjának függvényében csökken az oldószer gőznyomása - P = Xoldószer · p° relatív gőznyomáscsökkenés: ∆p / p° = n / noldószer

22 oldószerre jellemző állandó
Fagyáspont és forráspont változása A nem illékony oldott anyagot tartalmazó oldat forráspontja magasabb, fagyáspontja pedig alacsonyabb, mint a tiszta oldószeré forráspont emelkedés fagyáspont csökkenés ∆T = i ·k · cR hőmérséklet változás Raoult koncentráció oldószerre jellemző állandó részecskeszám

23 Szilárd anyagok oldódása folyadékban
Az ozmózis jelensége, hogy féligáteresztő hártyával elválasztott oldat és oldószer között megindul az oldószer molekulák átáramlása a nagyobb koncentrációjú oldat felé hajtóereje a koncentrációk kiegyenlítődése

24 Ozmózisnyomás π·V = n ·R ·T π = cn ·R ·T π = i ∙cn ·R ·T Van't Hoff:
Az oldat ozmózisnyomása az a nyomás, amely képes megakadályozni az oldószer átáramlását a membránon (pl. sejthártya, cellofán, műanyag membrán) Van't Hoff: π·V = n ·R ·T π = cn ·R ·T π = i ∙cn ·R ·T

25 Szilárd anyagok oldódása folyadékban
Fordított ozmózis: az oldatot nagyobb nyomás alá helyezve, mint az ozmózis nyomása - megindul az oldószer kiáramlása az oldatból - tengervíz sótalanítása, gyümölcslevek töményítése