2

SPRAWOZDANIE Z PRZEPROWADZENIA ĆWICZENIA NR 1

1.      TEMAT ĆWICZENIA: Roztwory

2.      CEL ĆWICZENIA: Zapoznanie się z roztworami.

3.      SŁOWA KLUCZOWE/PODSTAWOWE POJĘCIA:

Roztwór nienasycony- to roztwór, w którym można jeszcze rozpuścić pewną ilość substancji.

Roztwór nasycony – roztwór, w którym substancja rozpuszczona pozostaje w równowadze dynamicznej (szybkość procesu rozpuszczania i strącania jest dokładnie jednakowa) ze swoim osadem. Taki roztwór, w którym nie możemy rozpuścić dalszych porcji substancji.

Roztwór przesycony – to roztwór o stężeniu większym od stężenia roztworu nasyconego w danej temperaturze.

Rozpuszczalność molowa – rozpuszczalność substancji wyrażona w molach na 1 dm3 rozpuszczalnika (stężenie molowe).

Entalpia rozpuszczania – zawartość ciepła w układzie podczas procesu rozpuszczania, efekt cieplny rozpuszczania. Entalpia rozpuszczania jakiejś substancji zależy od stężenia tej substancji w roztworze.

Molowe ciepło rozpuszczania, Qr, kJ/mol – efekt energetyczny procesu rozpuszczania 1 mola substancji w warunkach izobaryczno – izotermicznych;

Pierwsze ciepło rozpuszczania – ciepło rozpuszczania, czyli sumaryczny efekt cieplny procesu rozpuszczania, zależy od bilansu energii zanikania oddziaływań występujących w wyjściowej substancji rozpuszczanej i powstawania nowych oddziaływań między substancją rozpuszczaną i rozpuszczalnikiem.

Pierwsze ciepło rozpuszczania towarzyszy rozpuszczeniu l mo­la substancji w nieskończonej ilości rozpuszczalnika (powstaje roz­twór nieskończenie rozcieńczony).

Hydratacja jonów – rodzaj rozpuszczania, otoczenie jonów cząsteczkami wody (wbudowywania wody do sieci krystalicznej). Solwatacja (w przypadku wody hydratacja) ma miejsce wtedy, gdy substancje o cząsteczkach polarnych rozpuszczane są w rozpuszczalniku polarnym i wytwarza się między nimi oddziaływanie dipol-dipol, oraz wtedy, gdy w rozpuszczalniku polarnym rozpuszczamy kryształy jonowe.

Iloczyn rozpuszczalności – iloczyn odpowiednich potęg stężeń jonów (stężeniowy) lub aktywności jonów (termodynamiczny) znajdujących się w nasyconym roztworze elektrolitu. Iloczyn rozpuszczalności służy do ilościowego przewidywania wpływu składu roztworu na rozpuszczalność.

Reguła przekory – reguła sformułowana przez Henry’ego Louisa Le Chateliera mówi, że: Jeżeli na układ znajdujący się w stanie równowagi działa bodziec zewnętrzny zmieniający ten stan, to w układzie następują przemiany zmniejszające skutki tego działania zewnętrznego; zwana też regułą przeciwdziałania.

Stężenie molowe - stężenie to ilość substancji rozpuszczonej w określonej objętości lub masie roztworu, stężenie molowe jest sposobem wyrażenia stężenia i oznacza liczbę moli substancji rozpuszczonej w 1 dm3 roztworu.

Stężenie normalne - stosunek liczby gramorównoważników substancji rozpuszczonej do objętości całego roztworu. Roztwór jest jednonormalny (1 N), jeśli w jednym decymetrze sześciennym roztworu (jednym litrze) znajduje się jeden gramorównoważnik danej substancji.

Wpływ temperatury na rozpuszczanie – rozpuszczaniu towarzyszą efekty cieplne będące efektem hydratacji i powstających jonów. Gdy energia hydratacji jest mniejsza od energii wiązań w sieci krystalicznej rozpuszczanej substancji, to rozpuszczalność takiej substancji rośnie wraz ze wzrostem temperatury. Gdy przeważa energia hydratacji to rozpuszczalność takiej substancji maleje wraz z temperaturą.

Reakcja egzoenergetyczna – reakcja, w której energia została przekazana z układu do otoczenia, towarzyszy jej wydzielanie się energii w dowolnej postaci.

Reakcja endoenergetyczna – reakcja w wyniku której różnica energii musi zostać pochłonięta przez układ reakcyjny z otoczenia.

4.      PRZEBIEG DOŚWIADCZEŃ I OBSERWACJE

Doświadczenie 1.

Do próbówki z wodą destylowaną dodano około 1,5g chlorku potasu (KCl). Do otrzymanego roztworu dodawano następnie wcześniej wspomnianej soli, aby uzyskać stan nasycenia. Zaobserwowano, że roztwór był nasycony po dodaniu dwóch mikrołopatek KCl, ponieważ dodanie większej ilości soli nie skutkowało jej rozpuszczeniem. Roztwór nasycony to taki, w którym rozpuściła się maksymalna liczba gramów substancji, ilość tej substancji (podawana na 100g rozpuszczalnika) określona jest przez parametr rozpuszczalności. Roztwór nienasycony to analogicznie taki roztwór, w którym można jeszcze rozpuścić pewną ilość tej substancji.

Doświadczenie 2.

Do próbówki z 5 cm3 wody dodano niewielką ilość CH3COONa (około 5 g), w wyniku reakcji z próbówki wydzieliło się ciepło. Tak przygotowany roztwór ogrzewano w łaźni wodnej do czasu całkowitego rozpuszczenia się pozostałości soli a następnie ostrożnie schłodzono. Po schłodzeniu roztworu kryształ tejże samej soli wrzucono do próbówki, w efekcie nadmiar rozpuszczonej substancji natychmiast wykrystalizował. W tej sytuacji można powiedzieć, że dodany kryształ octanu sodu „zaszczepił” roztwór. Takie „zaszczepienie” roztworu pozwoliło zauważyć, że roztwór był przesycony – stężenie substancji rozpuszczonej było większe niż w roztworze nasyconym. Roztwór przesycony jest termodynamicznie nietrwały, dlatego niewielkie zaburzenie powoduje krystalizację nadmiaru rozpuszczonej substancji.

Doświadczenie 3.

Stworzono roztwory nasycone chlorku sodu i azotanu (V) potasu i podgrzewano w łaźni wodnej do 323K, następnie dodano niewielką ilość soli do uzyskania malej ilości fazy stałej w danej temperaturze, podgrzano roztwory do 363K i znów dodawano sól aż do stanu nasycenia. Jednocześnie nasycony (w temperaturze pokojowej) roztwór Ca(OH)2 podgrzano do wrzenia. Zaobserwowano, że w przypadku roztworu KNO3 wraz ze wzrostem temperatury znacznie zwiększała się rozpuszczalność. W przypadku roztworu NaCl rozpuszczalność prawie w ogóle nie zwiększyła się. Natomiast w przypadku roztworu Ca(OH)2 wytrąciła się odrobina osadu na dnie próbówki, po czym można wywnioskować że rozpuszczalność związku zmalała wraz ze wzrostem temperatury.

Doświadczenie 4.

Przygotowano dwa roztwory: 1. roztwór nasycony NH4NO3, 2. roztwór nasycony MgCl2. Do roztworów tych dodano niewielką ilość tej samej soli. Zaobserwowano następujące efekty cieplne: próbówka z roztworem 1. po wykonaniu tych czynności ochłodziła się, natomiast w 2. Temperatura wzrosła. W próbówce 1. zaszła reakcja endotermiczna, pobrana została energia z zewnątrz układu, w 2. zaszła reakcja egzotermiczna w wyniku reakcji wydzieliło się ciepło. Zgodnie z regułą przekory, gdy na układy te zadziałał bodziec to układ odpowiednio starał się zmniejszyć skutki działania tego bodźca. Po odnotowaniu efektów cieplnych dodano do próbówek następne porcje soli i podgrzano w łaźni wodnej. Zaobserwowano że NH4NO3 rozpuściło się bardzo dobrze, natomiast w próbówce z MgCl2 wydzielił się biały osad na dnie.

5.      TABELA. 1. ZESTAWIENIE WYNIKÓW I WNIOSKI