Vízkémia

1. 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 folyamatEr < 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 - heterogénrendszerek - 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) 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

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 + 100 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. 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 • 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