Χημεία Διαλυμάτων

Διαλύματα  Οπτικά διαυγή.  Ομογενή μίγματα δύο ή περισσότερων συστατικών, με μέγεθος σωματιδίων <1 nm.  Οπτικά διαυγή.  Τα συστατικά δε διαχωρίζονται με το χρόνο ούτε με απλή διήθηση  Διαλύτης  Διαλυμένες ουσίες Σημαντικότερα : Α/Υ, Υ/Υ, Σ/Υ

Συγκέντρωση διαλυμάτων Το γραμμομόριο ή mole Το mole είναι η ποσότητα μίας ουσίας, που περιέχει τόσες στοιχειώδεις οντότητες, όσα είναι τα άτομα σε 12 γραμμάρια καθαρού ισοτόπου άνθρακα-12 (12C). Στην ποσότητα αυτή του άνθρακα-12 (12C) περιέχονται 6,02214199×1023 άτομα άνθρακα. Ο αριθμός αυτός ονομάζεται αριθμός Avogadro, αποτελεί φυσική σταθερά και συμβολίζεται με ΝΑ.

Συγκέντρωση διαλυμάτων Το mole είναι η ποσότητα ΝΑ διακεκριμένων, ομοίων μεταξύ τους, στοιχειωδών οντοτήτων (ατόμων, μορίων, ιόντων, ηλεκτρονίων, στοιχειωδών φορτίων, φωτονίων κ.τ.λ). Γραμμοάτομο (gr-at) – mole ατόμων Γραμμομόριο (mole) – mole μορίων Γραμμοϊόν (gr-ion) – mole ιόντων Γραμμοϊσοδύναμο ή ισοδύναμο βάρος (gr-eq) – mole στοιχειωδών φορτίων (ή ηλεκτρονίων)

Συγκέντρωση διαλυμάτων Εκφράσεις σχετικές με το mole Γραμμομοριακός όγκος Vm είναι ο όγκος ενός mole μορίων ενός αερίου. Στις Πρότυπες (ή Κανονικές) Συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης ο γραμμομοριακός όγκος ενός ιδανικού αερίου είναι 22,4 λίτρα. Γραμμομοριακή μάζα M ενός στοιχείου ή μίας χημικής ένωσης είναι η μάζα ενός mole μορίων της και μετριέται στο S.I. σε kg/mole. Η γραμμομοριακή μάζα είναι 1000 φορές μικρότερη από τη σχετική μοριακή μάζα (μοριακό βάρος) Μr. Μ=Μr/1000 Συγκέντρωση C ενός διαλύματος (Molarity) είναι τα moles διαλυμένης ουσίας που περιέχονται σε όγκο V ενός λίτρου διαλύματος. Η συγκέντρωση συνήθως μετριέται σε mol/L. C=n/V(L)

Συγκέντρωση διαλυμάτων Η αναγκαιότητα εισαγωγής mole Στις χημικές αντιδράσεις Οι συντελεστές της χημικής εξίσωσης κάθε αντίδρασης δείχνουν τον αριθμό των μορίων (ή διακεκριμένων σωματίων) που συμμετέχουν σε αυτή και κατ’ επέκταση την αναλογία των moles με την οποία οι ουσίες συμμετέχουν στην αντίδραση. Έτσι στην παρακάτω αντίδραση καύσης: Στη σχέση μεταξύ πίεσης – όγκου – θερμοκρασίας των αερίων που συμπεριφέρονται ως ιδανικά Η σχέση αυτή που ονομάζεται και καταστατική εξίσωση των ιδανικών αερίων είναι η παρακάτω: PV=nRT όπου P: η πίεση του αερίου, V ο όγκος του, n o αριθμός των moles, Τ η απόλυτη θερμοκρασία και R η παγκόσμια σταθερά των αερίων. CH3CH2OH + 3O2 → 2CO2 3H2O 1 mol οινοπνεύματος καίγεται με 3 mol οξυγόνου   και παράγει  2 mol διοξειδίου του άνθρακα και   3 mol νερού

Συγκέντρωση διαλυμάτων  Μοριακότητα κατ’ όγκο, Molarity, M  Μοριακότητα κατά βάρος, molality, m  Κανονικότητα, Normality, N  % βάρος κατά βάρος (% w/w)  % βάρος κατ’ όγκο (% w/v)  Μέρη ανά εκατομμύριο, ppm  Μοριακό κλάσμα, x

Συγκέντρωση διαλυμάτων Έκφραση συγκέντρωσης Μαθηματικός τύπος % περιεκτικότητα ppm ppb Γραμμομοριακό κλάσμα Γραμμομοριακότητα κατ’όγκο, Molarity Γραμμομοριακότητα κατά βάρος, Molality Κανονικότητα Τυπικότητα

Παράδειγμα: (20 g NaCl / 200 g διαλύματος) x 100 % βάρος κατά βάρος (% w/w) Παράδειγμα: (20 g NaCl / 200 g διαλύματος) x 100 Διάλυμα 10% NaCl

Παράδειγμα: (20 g NaCl / 800 mL διαλύματος) x 100 % βάρος κατά όγκο (% w/v) Παράδειγμα: (20 g NaCl / 800 mL διαλύματος) x 100 Διάλυμα 2,5% NaCl

% όγκος κατά όγκο (% v/v) Παράδειγμα: Κρασί περιέχει 12% v/v αλκοόλη. 12 mL αλκοόλης σε κάθε 100 mL κρασιού.

Μοριακότητα κατ’ όγκο, Molarity, M Ποια η μοριακότητα κατ’ όγκο διαλύματος αποτελούμενου από 11 g CaCl2 σε 100 mL διαλύματος? 11 g CaCl2 / (110 g CaCl2 / mol CaCl2) = 0.10 mol CaCl2 100 mL x 1 L / 1000 mL = 0.10 L molarity = 0.10 mol / 0.10 L molarity = 1.0 M

Μοριακότητα κατά βάρος, molality, m Παράδειγμα: Ποια η μοριακότητα κατά βάρος διαλύματος αποτελούμενου από 10 g NaOH σε 500 g νερό? 10 g NaOH / (40 g NaOH / 1 mol NaOH) = 0.25 mol NaOH 500 g νερό x 1 kg / 1000 g = 0.50 kg νερό molality = 0.25 mol / 0.50 kg molality = 0.50 M / kg molality = 0.50 m Η μοριακότητα κατά βάρος και η μοριακότητα κατ’ όγκο υδατικού διαλύματος συμπίπτουν σχεδόν για αραιά, υδατικά διαλύματα στους 25°C, γιατί η πυκνότητα του νερού σε αυτή τη θερμοκρασία είναι περίπου 1kg/L.

Κανονικότητα, Normality, N Έκφραση συγκέντρωσης που συνδέεται άμεσα με την αντίδραση στην οποία συμμετέχει η ένωση. Παράδειγμα: Διάλυμα 1 M θειϊκού οξέος (H2SO4) έχει κανονικότητα 2 N σε οξεοβασικές αντιδράσεις, καθώς για κάθε mole H2SO4 απελευθερώνονται στο διάλυμα 2 moles κατιόντων υδρογόνου, H+. Διάλυμα 1 M θειϊκού οξέος (H2SO4) έχει κανονικότητα 1 N σε αντίδραση καθίζησης καθώς κάθε mole H2SO4 απελευθερώνει στο διάλυμα 1 moles θειϊκών ανιόντων, SO4-2.

Συγκέντρωση διαλυμάτων Διάλυμα περιέχει 5.7 g νιτρικού καλίου (KNO3) διαλυμένου σε νερό και ο όγκος του διαλύματος είναι 233 mL. Ποια η γραμμομοριακότητα κατ’όγκο? Το τυπικό βάρος του KNO3 είναι 101.103 g/mol.

Μετατροπή μεταξύ εκφράσεων συγκέντρωσης % w/w περιεκτικότητα σε γραμμομοριακότητα κατ’ όγκο Ερώτημα Διάλυμα πυκνού υδροχλωρικού οξέος αποτελείται από 31% υδροχλωρικό οξύ και 69% νερό. Αν η πυκνότητά του είναι 1.16g/mL, ποια η γραμμομοριακότητά του κατ’ ‘ογκο? Απάντηση Υποθέτουμε 100 g πυκνού υδροχλωρικού οξέος. Αυτή η ποσότητα αποτελείται από 31 g HCl και 69 g νερού. Το τυπικό βάρος του υδροχλωρικού οξέος είναι 36.46 g/mol, επομένως 31 g αντιστοιχούν σε 0.85moles. Υπολογίζουμε τον όγκο του διαλύματος.

Μετατροπή μεταξύ εκφράσεων συγκέντρωσης Γραμμομοριακότητα κατ’ όγκο σε Γραμμομοριακό κλάσμα Ερώτημα Υδατικό διάλυμα θειϊκού οξέος έχει γραμμομοριακότητα κατ’ όγκο 18 mol/L. Αν η πυκνότητά του είναι 1.84 g/mL, ποιο το γραμμομοριακό κλάσμα του νερού στο διάλυμα? Απάντηση Υποθέτουμε 1L διαλύματος, το οποίο περιέχει 18 moles θειϊκού οξέος . Το τυπικό βάρος του θειϊκού οξέος είναι 98.08 g/mol, επομένως 18 moles έχουν μάζα ~1800 g. Με δεδομένη και την πυκνότητα υπολογίζουμε τη μάζα του διαλύματος. Αν 1800 g διαλύματος είναι θειϊκό οξύ, 40 g θα είναι νερό. Το μοριακό βάρος του νερού είναι 18.015 g/mol, επομένως 40 g νερού αντιστοιχούν σε 2 moles. Το γραμμομοριακό κλάσμα του νερού είναι:

Αραίωση διαλυμάτων Νόμος της Αραίωσης Ερώτημα 25mL διαλύματος NaOH συγκέντρωσης 6M αραιώνονται σε όγκο 1.3 L. Ποια είναι η νέα συγκέντρωση του διαλύματος? Ερώτημα Θέλουμε να παρασκευάσουμε 0.5 L διαλύματος H2SO4 συγκέντρωσης 3.0Μ από πυκνό διάλυμα H2SO4 συγκέντρωσης 18 M. Πόση ποσότητα πυκνού διαλύματος απαιτείται?