Rastvori 3

Koloidni rastvori

Koloidno disperzni sistemi su oni disperzni sistemi u kojima je veličina čestica disperzne faze od 1 do 100nm.

Prema agregatnom stanju disperznog sredstva i disperzne faze postoje razne kombinacije koloidno-disperznih sistema:

Slika je loša, ali se nadam da se vidi poenta :)

U velikom broju disperznih sistema disperzno sredstvo je tečnost, najčešće voda, a disperzna faza čvrsta supstanca - njih nazivamo koloidnom rastvorima.

Zbog velike površine čestica disperzne faze, koloidni rastvori imaju veliku površinsku energiju koja se izražava u  J/m².

Stabilnost vodenih čestica potiče od njihovog električnog naboja i omotača koji ih okružuje. U zavisnosti od vrste omotača razlikujemo hidrofobne i hidrofilne koloide.

Koloidni rastvori se od pravih rastvora razlikuju po:

1) Faradej-Tindalovom efektu - koloidne čestice rasipaju svetlosne zrak u svim smerovima te se svetlosni zrak koji prolazi kroz koloidni rastvor vidi kao difuzna svetlost.

2) Broju čestica - broj koloidnih čestica u odnodu na broj čestica pravog rastvora, iste mase, veoma je mali pa su i koncentracije koloidnih rastvora male u odnosu na koncntracije pravih rastvora.

Hidrofobni koloidi

Površinska energija disperzne faze koloida smanjuje se na taj način što vezuje molekule ili jone iz rastvora i time smanjuje površinski napon. Ta pojava s naziva adsorpcija.

Hidrofobni koloidi nemaju afinitet prema disperznom sredstvu pa zbog toga adsorbuju iz rastvora pozitivne ili negativne jone te su sve čestice istoimeno naelektrisane. Zbog tog naboja koloidni rastvor je stabilan.

Koloidni rastvor može da apsorbuje u monomolekulski sloj samo pozitivne (gradi pozitivan sol) ili samo negativne (gradi negativan sol) jone. Jezgro koloidne čestice čine pozitivni i negativni joni vezani josnkom vezom. Jezgro i monomolekulski sloj čine pokretljivu granulu.

Na adsorbovane jone vezuju se suprotno naelektrisani joni i čine difuzni sloj koloidne čestice, te na površini čvrte faze postoji dvostruki sloj. Granula i difuzni sloj čine micelu koloidne čestice.

Taloženje koloidnog ratvora se čini dodatkom elektrolita koji sadrži (dodaje se suprotno naelektrisan jon):

KOLOIDNI JON + SUPROTNO NAELEKTRISAN JON = KOAGULAT

Nastali talog se naziva koagulat, a proces koagulacija jer se pri procesu ne razara struktura koloidne čestice, već se gradi amforan talog.

Prelazak taloga u koloidni rastvor naziva se peptizacija.

shematski prikaz micele

shematski prikaz granule

Hidrofobni koloidi:AgCl, As₂S₃, Sb₂S₃, CuS, NiS, Fe(OH)₃, Cr(OH)₃ …  

Hidrofilni koloidi

Hidrofilni kolidi na svojoj površini adsorbuju vodu. NJihovi rastvori su viskozni, te pri dovoljno velikim koncentracijama očvršćavaju u pihtijastu masu koja sadrži mnogo vode, a naziva se gel. Dodatkom većih količina vode, gel prlazi u sol i obrnuto, sol gubitkom vode prelazi u gel.

Zbog toga se hidrofilni koloidi nazivaju i reverzibilnim koloidima.

Hidrofobni koloidi postaju stabilniji ako im se doda hidrofili koloid pa se još nazivaju i zaštitnim koloidima.

Hidrofilni koloidi (koncentrovani rastvori): H₂SiO₃, Al(OH)₃, V₂O₅, želatin, skrob, celuloza...

Dobijanje koloidih rastvora

Koloidni rastvori se dobijaju disperzijom grubo disperznih sistema u koloidnim mlinovima, peptizacijom koagulata ili kondenzacijom.

Kondenzacija se vrši prilikom taloženja teško rastvornih supstanci, ako se rast kristalnih klica zaustavi u području koloidnih dimenzija. 

Rastvori 2

Rastvori elektrolita

Elektroliti su supstance koje čiste ili u vodenom rastvoru provode struju (kiseline; baze; kiseli, bazni i amfoterni oksidi; hidridi koji se u vodi razlažu na jone).

                    1) JAKI elektroliti: - jake kiseline

                                                  - jake baze

                                                  - rastvorne soli

                    2) SLABI elektroliti: - slabe kiseline

                                                     - slabe baze

                                                     - voda

                                                     - teško rastvorne soli (u vodi)

Arenijusova teorija elektrolitičke disocijacije

Elektroliti pri rastvaranju u vodi spontano disosuju na pozitivno i negativno naelektrisane jone.

1) Kiseline: - disosuju na H⁺jone i kiselinski ostatak.

                   - jake kiseline ---> nepovratan proces

                   - slabe kiseline ---> povratan proces

2) Baze: - disosuju na OH^- jone i jone metala

              - jake baze ---> nepovratan proces

              - slabe baze ---> povratan proces

3) Soli - disosuju na jone metala i kiselinski ostatak
           - nepovratan proces

Stepen disocijacije

 Kvantitativna mera za disocijaciju elektrolita je stepen disocijacije (α), koji se definiše kao odnos između broja disosovanih molekula (Ndis) i ukupnog broja molekula (Nuk) koji su uneti u rastvor.

α može da ima vrednosti od 0 do 1 (0-100%)

Stepen disocijacije zavisi od prirode supstance.

Konstanta disocijacije

Kd - konstanta disocijacije 

Kk, Ka - konstanta disosovane kiseline

Kv - konstandta disosovane baze

C - količinska koncentracija rastvora

Osvaldov zakon razblaženja

Pri razblaženju rastvora raste stepen disocijacije, a smanjuje se koncentracija rastvora, jer je njihov proizvod konstanta.

ILI

Stepen disocijacije elektrolita je upravo srazmeran razblaenju rastvora, tj. obrnuto srazmeran koncentraciji razblažnja.

Osvaldov zakon važi samo za rastvore slabih elektrolita.

Podela elektrolita

(iste koncentracije = 1mol/dm³)

1) Podela po stepenu disocijacije:

             a) jaki α > 70%

                       - nepovratna disocijacia, u rastvoru se pišu samo u obliku jona.

             b) umereno jaki 30% < α < 70%

                       - u zadacima se rade kao jaki elektroliti ako nije data konstanta (K) ili kao slabi elektroliti ako je data konstanta (K).

             c) slabi  α < 30%

                       - uvek je data konstanta (K).

2) Podela po konstanti diocijacije:

             a) vrlo jake kiseline Kd > 10³  

             b) jake kiseline 10^-2 < Kd < 10³ (H₂SO₃)

             c) slabe kiseline 10^-7 < Kd < 10^-2 (H₂CO₃)  

             d) vrlo slabe kiseline Kd < 10⁷ (HCN)

Izračunavanje koncentracije jona u rastvoru elektrolita

1) Kod jakih elektrolita - potpuna disocijacija

                                      - dato α ili α = 1, nije dato Kd

 C (jona) = α * Ce * Z

                                      Z - broj jona koji nastaje disocijacijom

2) Kod slabih elektrolita - disocijacija je povratan proces

                                        - prvi stepen diocijacije je najjači

                                        - uvek je dato Kd, a ako je dato α mora da se izračuna Kd.

Jonske reakcije

Reakcije koje se odigravaju između jona u vodenim rastvorima elektrolita nazivaju se jonskim reakcijama.

Ove reakcije se vrše velikom brzinom, a najčešće teku u smeru stvaranja:
       a) lako isparljivih.

       b) slabo rastvornih ili

       c) slabo disosovanih proizvoda reakcije.

                     

Rastvori 1

Rastvori su homogene smeše koje imaju isti sastav u svakom delu svoje zapremine.
Uobičajeno je da se jedna komponenta rastvora naziva rastvarač a druga rastvorak ili rastvorna supstanca.

Disperzni sistemi

Pod sistemom se podrazumeva deo prostora koji se izučava ispunjen jednom ili više supstanci, ograničen stvarnim ili zamišljenim granicama. Sve izvan sistema naziva se okolina. Postoje otvoreni, zatvoreni i izolovani sistemi.

Disperznim sistemom nazivamo sistem u kojem je disperzna faza ravnomrno raspoređena u drugoj fazi, koju nazivamo disperznim sredstvom. I disperzna faza i disperzno sredstvo mogu biti gasovi, tečnosti ili čvrste supstance.

Prema veličini čestica disperzne faze, disperzni sistemi se dele na:

     1) grubo disperzne sisteme - čestice su veće od 100nm (heterogeni sistemi).

    2) koloidno disperzne sisteme - veličine čestica su od 1 do 100nm (heterogeni sistemi).

   3) molekulsko disperzne sisteme - čestice su manje od 1nm, to su homogeni (monofazni) sistemi i nazivaju se rastvori.

Suspenzije i emulzije spadaju u grubo disperzne sisteme. Kod suspenzija diperzna faza se izdvaja u obliku taloga, tj. diperzna faza je čvrsta. A kod emulzija i disperzna faza i disperzno sredstvo su u tečnom stanju, ali se međusobno ne mešaju.

suspenzija

 

 

 

 

emulzija

Pravi rastvori

Pravi rastvori su homogene smeše dve ili više supstanci. Sastoje se rastvarača i rastvorne supstance.

Pravi rastvori se dele prema agregatnom stanju:

Solvatacija je proces kada molekuli rastvarača okružuju čestice rastvorka zbog privlačnih sila. Solvatizovane čestice su odvojene jedne od drugih. Tokom solvatacije se oslobađa toplota, pa je proces egzoterman. 

Ako je voda rastvarač onda se ovaj proces naziva hidratacija.

Istovremeno sa procesom  rastvaranja u rastvorima se odigrava i suprotan proces - kristalizacija.

Kada se u jedinici vremena na određenoj temperaturi rastvori isti broj molekula koliko ih i iskristališe, tada se rastvorena supstanca nalazi u ravnoteži sa svojim ne rastvorenim kristalima - rastvori je zasićen. Ako rastvor sadrži više rastvorene supstance u istoj zapremini nego što odgovara zasićenom rastvoru, na određenoj temperaturi, nastaje presićen rastvor. Nezasićen rastvori sadrže manje rastvorne supstance u istoj zapremini nego što odgovara zasićenom rastvoru na određenoj temperaturi.

Jako polarni molekuli vode se čsto toliko vezuju za čestice rastvorene supstance, da pri ponovnoj kristalizaciji ulaze u sastav kristala - krade kristalohidrate (Na₂CO₃ * 10H₂0 ). Stajanjem na vazduhu gub tzv. kristalnu vodu i pretvaraju se u prah. Kristalohidrat koji je potpuno izgubio vodu jeste anhidrovana supstanca (Na₂CO₃).

Rastvorljivost

Rastvorljivost predstavlja maseni odnos rastvorene supstance i rastvarača u zasićenom rastvoru na određenoj temperaturi.

Obično se izražava kao masa supstance koja se rastvara (rastvorka) u 100g rastvarača (dajući zasićen rastvor) na određenoj temperaturi.

Rastvorljivost čvrste supstance u određenom rastvaraču zavisi od temperature.

Sastav rastvora

Sastav rastvora kvalitativno se može izraziti tako što se naznači da li je razblažen ili koncentrovan. Kvantitativni sastav rastvora se najčešće izražava količinskom koncentracijom.

Maseni udeo - predstavlja udeo mase rastvorene supstance u ukupnoj masi rastvora:

Koncentracija rastvora - veličina koja pokazuje koja se masa, odnosno zapremina, količina supstance ili broj čestica rastvorka nalazi u određenoj zapremini rastvora.

             1) količinska koncentracija (molaritet):

             2) masena koncentracija:

             3) molalitet:

*za jako razblažene rastvore C = b

       

prevođenje kolčinske koncentracije u masenu koncentraciju

veza između C i W

Razblaživanje rastvora: 

V₁ < V₂ m(X₁) = m(X₂)

C1 > C2 W₁ * m_r1 = W₂*m_r2

Vr₂ = Vr₁ + V (H₂0)

Uparavanje rastvora:

V₁ > V₂ m(X₁) = m(X₂)

C1 < C2 W₁ * m_r1 = W₂*m_r2

Vr₂ = Vr₁ - V (H₂0)

Mešanje rastvora:

tek sam sad shvatila koliko je krivo :D hahaha :)