05_Vyjadřování koncentrací, příprava roztoků

ROZTOKY
Hmotnostní zlomek
Hmotnostní zlomek w látky A v roztoku je definován jako podíl hmotnosti látky A ku celkové
hmotnosti roztoku:
w( A) =
m( A)
m
m(A) - hmotnost látky A
m - hmotnost celého roztoku
Objemový zlomek
Objemový zlomek ϕ látky A je dán podílem objemu látky A a objemu celého roztoku.
ϕ ( A) =
V ( A)
V
V(A) - objem látky A
V - objem celého roztoku
Pozor! Celkový objem směsi se obecně nerovná součtu objemů složek před přípravou směsi smícháním může dojít k objemové expanzi nebo k objemové kontrakci!
Látková koncentrace
Látková koncentrace c látky A je definována jako podíl látkového množství látky A
ku objemu roztoku.
c( A) =
n( A)
V
n(A) - látkové množství látky A v molech
V - objem celého roztoku v dm3
Základní jednotkou látkové koncentrace je mol.m-3, vedlejší jednotkou je mol.dm-3, v praxi se
však častěji používá jednotka mol.l-1.
Jestliže do definičního vztahu pro látkovou koncentraci dosadíme vztah pro látkové množství
m( A)
m( A)
n ( A) =
dostaneme důležitý vztah
c( A) =
M ( A) ⋅ V
M ( A)
M – molární hmotnost látky A v g.mol-1
m – hmotnost látky v g
1
Směšovací rovnice – vyplývá z hmotnostní bilance přípravy roztoku 3 z roztoku 1 a 2 :
Celková bilance
m1 + m2 = m3
Bilance složky A
m1w1 ( A) + m2w2 ( A) = (m1 + m2).w3 ( A)
kde A je rozpuštěná látka
Zřeďovací rovnice
m1w1 ( A) = (m1 + m2).w ( A)
m2 - hmotnost rozpouštědla
A - rozpuštěná látka
Příprava nasyceného roztoku
Při rozpouštění pevné látky v rozpouštědle lze dosáhnout stavu, kdy se již další množství
látky nerozpouští, pokud se nezmění teplota. V takové soustavě je v rovnováze tuhá látka
a její nasycený roztok. Maximální množství látky, které se za dané teploty rozpustí v určitém
množství rozpouštědla, označujeme rozpustností. Rozpustnost bývá dána různým způsobem,
v tomto učebním textu uvedeme způsoby dva:
1) gramy rozpuštěné látky ve 100 g rozpouštědla
2) hmotnostní zlomek rozpuštěné látky v nasyceném roztoku
Hmotnostní zlomek rozpuštěné látky v nasyceném roztoku vypočítáme snadno z údaje
o rozpustnosti 1)
R – rozpouštěná látka
r (R )
w (R ) =
r(R) – rozpustnost ve 100 g rozpouštědla
100 + r (R )
(v tabulkách značeno např. m20vaq)
Pokud byl roztok připraven z hydrátu, potom se musí hmotnost hydrátu přepočítat na
hmotnost bezvodé látky. Hmotnostní zlomek bezvodé látky v nasyceném roztoku je
w(bezv.) =
M (bezv.)
r (hydrát )
.
100 + r (hydrát ) M (hydrát )
Takto lze přepočítat rozpustnost pro bezvodé látky a hydráty.
2
Nasycené roztoky
Nasycené roztoky jsou roztoky, v nichž se za dané teploty ustaví rovnováha mezi
rozpouštěním dané složky v roztoku a jejím vylučováním z roztoku (tj. rychlost rozpouštění
a rychlost vylučování jsou stejné). Nebo zjednodušeně řečeno, roztoky, v nichž se již za dané
teploty přidaná rozpouštěná složka dále nerozpouští, se nazývají nasycené roztoky. Zárukou
nasycenosti je nerozpuštěný zbytek látky na dně nádoby. Poklesem teploty dochází obvykle
po určité době k vylučování rozpuštěné látky a naopak zvyšováním teploty k jejímu dalšímu
rozpouštění. Nejčastěji se nasycené roztoky užívají při dělení a čistění látek krystalizací.
Potřebné údaje k jejich přípravě se získávají buď z chemických tabulek nebo z křivek
rozpustnosti. V obou případech je poměr rozpouštěné látky k rozpouštědlu za dané teploty
vyjadřován v gramech rozpuštěné látky na 100 g rozpouštědla nebo na 100 g roztoku.
Závislost rozpustnosti (vyjádřené v g rozpuštěné látky na 100 g rozpouštědla) na teplotě (ve oC)
260
g
KNO3
240
220
200
NaNO3
180
160
140
120
100
80
60
KCl
40
NaCl
20
0
0
20
40
60
80
o
100 C
Do kádinky nalijte vypočtené množství vody o teplotě 20oC a přidejte k ní vypočtené
množství látky určené ke krystalizaci (např. KAl(SO4)2.12 H2O).
Po promíchání roztoku
zůstane na dně určité množství nerozpuštěných krystalů.
Potom směs pomalu zahřívejte, občas ji tyčinkou zamíchejte a sledujte proces rozpouštění.
Zaznamenejte nejnižší teplotu, při níž právě došlo k úplnému rozpuštění krystalů.
Pak roztok za stálého míchání chlaďte ve studené vodě a po vyloučení krystalů upravte
teplotu na 25oC.
Čirou kapalinu opatrně odlijte.
Tento roztok odevzdejte.
Uveďte při jakých teplotách byl roztok nasycený, nenasycený, případně přesycený.
Připravte 50 g nasyceného roztoku určené látky při 20oC. Roztok přefiltrujte a nechte volně
krystalovat.
3
Příprava roztoků a ředění roztoků
m( A)
m( A).V
Při ředění vodou se látkové množství látky rozpuštěné v roztoku nemění, proto platí vztah:
Při přípravě molárních roztoků vycházíme ze vztahu:
c( A) =
c.V = c x .V x
c – látková koncentrace výchozího roztoku
V – objem výchozího roztoku
cx – látková koncentrace připravovaného roztoku
Vx – objem připravovaného roztoku
Vypočítejte hmotnost penthydrátu síranu měďnatého potřebnou k přípravě 100 ml roztoku o
koncentraci 0,4 mol.dm-3.
Vypočítané množství navažte a rozpusťte v kádince v 50 ml destilované vody.
Roztok převeďte kvantitativně do odměrné baňky, doplňte destilovanou vodou do ¾ objemu
baňky a důkladně promíchejte.
Pak doplňte destilovanou vodou přesně na objem 100 ml a znovu promíchejte.
Z takto připraveného roztoku připravte sadu roztoků o koncentracích 0,3; 0,1; 0,08; 0,06;
0,04 mol.dm-3.
Odpipetujte do připravených čistých zkumavek vypočtené objemy a doplňte vodou na 10 ml
(rovněž pipetou).
Roztoky ve zkumavkách promíchejte.
Popište, jak pomocí kolorimetrické stupnice určíte neznámou koncentraci roztoku
pentahydrátu síranu měďnatého.
4