1. Ο ατμοσφαιρικός αέρας, ως αέριο μίγμα, είναι ομογενές. Άρα, είναι διάλυμα.

Transcript

1 2.8 Διαλύματα Υπόδειξη: Στα αριθμητικά προβλήματα, τα πειραματικά μεγέθη που δίνονται με ένα ή δύο σημαντικά ψηφία θεωρούνται ότι πρακτικά έχουν 3 ή 4 σημαντικά ψηφία. 1. Ο ατμοσφαιρικός αέρας, ως αέριο μίγμα, είναι ομογενές. Άρα, είναι διάλυμα. 2. Οι διαλυμένες ουσίες μέσα σε υδατικά διαλύματα μπορούν να βρίσκονται: (α) υπό μορφή μορίων, οπότε το διάλυμα χαρακτηρίζεται ως μοριακό, (β) υπό μορφή ιόντων, οπότε το διάλυμα χαρακτηρίζεται ως ιοντικό, (γ) υπό μορφή μικυλλίων, οπότε το διάλυμα χαρακτηρίζεται ως κολλοειδές. 3. Ένα διάλυμα χαρακτηρίζεται ως υπέρκορο, όταν περιέχει ποσότητα διαλυμένης ουσίας, μεγαλύτερη από εκείνη που απαιτείται για να προκύψει κορεσμένο διάλυμα. 4. (α) Η συγκέντρωση ενός διαλύματος μπορεί να εκφρασθεί: (i) Mε φυσικές μονάδες συγκέντρωσης, όπως είναι η συγκέντρωση επί τοις % κατά μάζα και η συγκέντρωση επί τοις % κατά μάζα προς όγκο. (ii) Mε χημικές μονάδες, όπως είναι η molarity, η molality, η normality και το γραμμομοριακό κλάσμα. (β) Ανεξάρτητες από τη θερμοκρασία είναι η συγκέντρωση επί τοις % κατά μάζα και η molality, διότι και οι δύο στηρίζονται σε μάζες και όχι σε όγκους. 5. Σε 100 g διαλύματος έχουμε a g ουσίας ή α /Α mol Τα 100 g διαλύματος έχουν όγκο (σε ml) = 100 / d Δηλαδή, σε όγκο 100 / d ml έχουμε α /Α mol ουσίας σε όγκο 1000 ml διαλύματος έχουμε Μ mol

2 Αναλογία : 100 / d a/ A 10 a d = M = 1000 M A 6. Σε 100 g διαλύματος έχουμε a g ουσίας ή α /Α mol Σε (100 a) g διαλύτη έχουμε a g ουσίας ή α /Α mol Σε 1000 g διαλύτη έχουμε m mol Αναλογία : 100 a a/ A 1000 a = m = 1000 m (100 a) A Από την προηγούμενη άσκηση έχουμε ότι A = 10 a d /M Με αντικατάσταση του Α στην εξίσωση που δίνει το m, έχουμε: 1000 a 100 M m = m = 10 ad (100 a) d (100 a) M 7. Για τον Χημικό, η χρησιμοποίηση φυσικών μονάδων για την έκφραση των συγκεντρώσεων διαλυμάτων είναι τελείως απρόσφορη, διότι τέτοιες μονάδες δεν μετατρέπονται εύκολα σε αναλογίες moles, υπό τις οποίες αντιδρούν οι χημικές ουσίες και τις οποίες αναλογίες χρειαζόμαστε σε κάθε στοιχειομετρικό υπολογισμό. 8. Ο όγκος για 100 g διαλύματος είναι V m 100 g = = = 97,6 ml d 1,025 g/ml Για μια αντίδραση πλήρους εξουδετέρωσης, το γραμμοϊσοδύναμο (eq) του H 2 SO 4 είναι ίσο με 1 mol H 2 SO 4 /2 = 98,0 g H 2 SO 4 / 2 = 49,0 g H 2 SO 4 Άρα, τα 4,00 g H 2 SO 4 είναι ίσα με

3 4,00 g / (49,0 g / eq) = 81, eq H 2 SO 4 = 81,6 meq H 2 SO 4 N (H 2 SO 4 ) = 81,6 meq / 97,6 ml = 0,836 meq / ml 9. Τα moles του διαλύτη είναι: 1000 g n 1 = = 55,56 mol 18,00 g/ml Το γραμμομοριακό κλάσμα του διαλύτη είναι: x 1 n 55,56 mol + n (55,56 + 1,000) mol = 1 = = n 1 2 0, 9823 Το γραμμομοριακό κλάσμα της διαλυμένης ουσίας είναι: x 2 = 1,000 0,9823 = 0, Θα εφαρμόσουμε τον τύπο που αποδείξαμε στην Άσκηση 5 και, για απλούστευση, δεν θα χρησιμοποιήσουμε μονάδες: Για το πυκνό Η 3 ΡΟ 4 είναι: a = 80,0, d = 1,70 και A = 98,0 10 ad 10 80,0 1,70 M = = = 13,9 A 98,0 Ο ζητούμενος όγκος βρίσκεται από τον τύπο της αραίωσης: M 1 V 1 = M 2 V 2 V 1 = (2,00 M)(100 ml) / 13,9 M = 14,4 ml 2.10 Φυγοκέντρηση - Διήθηση 1. Τρόποι διαχωρισμού ιζήματος από το μητρικό υγρό:

4 Απόχυση, φυγοκέντρηση, διήθηση 2. Η απόχυση, ως μέθοδος διαχωρισμού στερεού υγρού, εφαρμόζεται όταν το ίζημα αποτελείται από ευμεγέθεις κρυστάλλους, οι οποίοι αποτίθενται ταχέως πάνω στον πυθμένα του δοχείου. 3. Η αρχή λειτουργίας της φυγοκέντρου περιγράφεται στη σελίδα Η σωστή λειτουργία της φυγοκέντρου απαιτεί ομαλή (ισοβαρή) περιστροφή της κεφαλής. Αυτό επιτυγχάνεται με συμμετρική φόρτιση των υποδοχέων της (βλ. και Σελίδα 33). 5. Πολύ ζελατινώδη ή κολλοειδή ιζήματα απαιτούν μεγαλύτερο χρόνο φυγοκέντρησης σε σχέση με κρυσταλλικά ιζήματα. 6. Αν θέσουμε F 1 = 4π 2 rn 1 2 W/g, τότε για n 2 = 2n 1 θα έχουμε F 2 = 4F 1. Όταν υπό την επίδραση της φυγόκεντρης δύναμης F 1 το ίζημα καθιζάνει σε χρόνο 5,40 s (βλ. Σελίδα 91), υπό την επίδραση της φυγόκεντρης δύναμης F 2, που είναι 4 φορές μεγαλύτερη από την F 1, το ίζημα θα καθιζάνει σε χρόνο 5,40 s / 4 = 1,35 s. 7. Οι σκληροί ηθμοί διαφέρουν από τους μαλακούς ηθμούς στο μέγεθος των πόρων των διηθητικών χαρτιών από τα οποία είναι κατασκευασμένοι. Οι μαλακοί ηθμοί έχουν μεγαλύτερο μέγεθος πόρων και είναι κατάλληλοι για χονδροκρυσταλλικά ιζήματα, ενώ οι σκληροί έχουν μικρότερο μέγεθος πόρων και είναι κατάλληλοι για λεπτοκρυσταλλικά ιζήματα. 8. Στο Πείραμα 16 χρησιμοποιούμε κωνικό ηθμό διότι μας ενδιαφέρει το ίζημα (BaCrO 4 ).

5 9. Οι κυκλικοί ηθμοί χρησιμοποιούνται στις διηθήσεις υπό κενό (βλ. Σχήμα 1.9, Σελίδα 28). Οι πτυχωτοί ηθμοί χρησιμοποιούνται όταν μας ενδιαφέρει το διήθημα και θέλουμε η διήθηση να προχωρήσει ταχύτερα. 10. Ο κωνικός ηθμός πρέπει να εφαρμόζει καλά στα τοιχώματα του χωνιού, ώστε να μην δημιουργούνται κενά μεταξύ ηθμού και τοιχωμάτων, τα οποία επιβραδύνουν τη διήθηση, αφού έτσι το μητρικό υγρό δεν βρίσκει διέξοδο απευθείας προς το στέλεχος του χωνιού. 11. Η χρησιμοποίηση χάρτινων ηθμών δεν είναι δυνατή όταν το διάλυμα προσβάλλει το χαρτί και το καταστρέφει. Τέτοια διαλύματα είναι τα πυκνά διαλύματα οξέων και βάσεων, καθώς και ορισμένων ισχυρών οξειδωτικών ενώσεων, όπως το KMnO 4. Σε τέτοιες περιπτώσεις η διήθηση γίνεται με τη βοήθεια γυάλινων ηθμών (βλ. Σελίδα 15). 12. Η διήθηση αρχίζει αμέσως μετά την εφαρμογή του ηθμού, τη στιγμή που το στέλεχος του χωνιού είναι γεμάτο με διαλύτη. Με το βάρος της, η στήλη του υγρού μέσα στο στέλεχος του χωνιού, και λόγω των δυνάμεων συνοχής, «τραβάει» διαρκώς προς τα κάτω το υγρό, αυξάνοντας έτσι την ταχύτητα διηθήσεως. 13. Λόγω τυχαίας ελάττωσης της πίεσης του νερού που τροφοδοτεί την υδραντλία ή λανθασμένης διακοπής του κενού, το νερό θα εισρεύσει στη φιάλη κενού και θα αναμιχθεί με το διήθημα. Αν ενδιάμεσα υπάρχει φιάλη ασφαλείας, τότε το νερό θα εισρεύσει στη φιάλη ασφαλείας και δεν θα περάσει στη φιάλη κενού (βλ. και Σελίδα 29). 14. Η έκπλυση του ιζήματος γίνεται με καθαρό διαλύτη και αποσκοπεί στην απομάκρυνση του μητρικού υγρού που συγκρατείται από το ίζημα και των τυχόν ξένων ιόντων που μπορεί να έχουν προσροφηθεί στην επιφάνειά του. 15. Η ταχύτητα διηθήσεως μπορεί να αυξηθεί, αν χρησιμοποιήσουμε, αντί κοινού χωνιού, ένα χωνί ταχείας διηθήσεως. Ένα τέτοιο χωνί είναι

6 κατασκευασμένο από χονδρό γυαλί με ραβδώσεις και έχει μακρύ στέλεχος (Σχήμα 1.13, Σελίδες 35 και 36). Η μεγάλη ταχύτητα διηθήσεως οφείλεται στο ότι ο ηθμός κρέμεται ελεύθερα πάνω στις ραβδώσεις και το στέλεχος του χωνιού είναι συνεχώς γεμάτο. Οι ραβδώσεις διευκολύνουν τη ροή του διηθήματος προς τα κάτω και το μακρύ στέλεχος δίνει μια μεγάλη «στήλη» υγρού που με το βάρος της «τραβάει» συνεχώς το υγρό που εξέρχεται από τους πόρους του ηθμού προς τα κάτω.