Διαλυτοτητα στερεων σε υγρα Εργαστήριο Φυσικής Χημείας | Τμήμα Φαρμακευτικής Δημήτριος Τσιπλακίδης

Ορισμοι Διάλυμα: ομογενές μονοφασικό σύστημα δύο ή περισσότερων ουσιών, τα οποία έχουν την ίδια χημική σύσταση και τις ίδιες ιδιότητες σε οποιοδήποτε μέρος τους. Διαλυμένη ουσία: μια ουσία που διαλύεται μέσα σε μια άλλη Διαλύτης: ουσία στην οποία έχει διαλυθεί η διαλυμένη ουσία. Ως διαλύτης θεωρείται η ουσία σε μεγαλύτερη συγκέντρωση. Διαλυτότητα (S): η μέγιστη ποσότητα μια ουσίας που μπορεί να διαλυθεί σε ορισμένη ποσότητα διαλύτη (σε mol/lt, gr/lt). Το διάλυμα τότε λέγεται κορεσμένο και κάθε επιπλέον ποσότητα που θα προστεθεί σχηματίζει ίζημα.

Νομος φασεων του Gibbs ε = Σ – Φ + 2 Νόμος φάσεων του Gibbs Φάση: μακροσκοπικά ομοιογενής περιοχή ενός συστήματος με ίδιες φυσικές και χημικές ιδιότητες (πχ διάλυμα). Διαχωρίζεται από τις άλλες φάσεις με οριακές επιφάνειες (διεπιφάνειες). Βαθμοί ελευθερίας: αριθμός των ανεξάρτητων μεταβλητών του συστήματος που μπορούν να μεταβληθούν χωρίς να αλλάξει ο αριθμός των φάσεων) ή ελάχιστος αριθμός των μεταβλητών που απαιτούνται για τον πλήρη καθορισμό της κατάστασης του συστήματος Τέτοιες μεταβλητές είναι η θερμοκρασία, η πίεση και το χημικό δυναμικό (συγκέντρωση). ε = Σ – Φ + 2 ε= βαθμοί ελευθερίας Σ= αριθμός συστατικών Φ= αριθμός φάσεων Νόμος φάσεων του Gibbs

Νομος φασεων του Gibbs Εφαρμογή του νόμου του Gibbs για υπέρκορο διάλυμα Σ = Φ = Συνεπώς: ε = Σ-Φ+2 = 2 Αν P και Τ είναι σταθερές, τότε ε=0, δηλαδή δεν υπάρχει κανένας βαθμός ελευθερίας και επομένως η συγκέντρωση του κορεσμένου διαλύματος (που είναι η ίση με την διαλυτότητα) είναι σταθερή και εξαρτάται μόνο από την φύση του διαλύτη και της διαλυμένης ουσίας! Αν μόνο P είναι σταθερή, τότε η διαλυτότητα εξαρτάται από την θερμοκρασία: S=S(T) ! 2 (διαλύτης + διαλυμένη ουσία) 2 (κορεσμένο διάλυμα + ίζημα) Μηχανισμός διάλυσης Πολικές ουσίες διαλύονται σε πολικούς διαλύτες ενώ μη πολικές ουσίες διαλύονται σε μη πολικούς διαλύτες.

Εξαρτηση της διαλυτοτητας απο την θερμοκρασια Είδαμε ότι για P=ct: S=S(T). Όταν σε ένα υπέρκορο διάλυμα έχει αποκατασταθεί η ισορροπία, ισχύει: A(s) συγκέντρωση στερεού Α(aq) συγκέντρωση διαλυμένης ουσίας στο κορεσμένο διάλυμα = διαλυτότητα Άρα η σταθερά ισορροπίας δίνεται από την σχέση: Με δεδομένο ότι [Α(aq)]=S και ότι η συγκέντρωση του στερεού [Α(s)] είναι σταθερή και μπορεί να ενσωματωθεί στην Κ, έχουμε Κ=S.

Εξαρτηση της διαλυτοτητας απο την θερμοκρασια Για κάθε ισορροπία ισχύει: Συνεπώς: Και επομένως: Ολοκληρώνοντας:

Εξαρτηση της διαλυτοτητας απο την θερμοκρασια Όταν η διαλυτότητα του στερεού αυξάνεται με τη θερμοκρασία, τότε ΔΗ>0,δηλαδή έχουμε απορρόφηση θερμότητας και η αντίδραση διάλυσης χαρακτηρίζεται ως ενδόθερμη. Όταν αντίθετα, η διαλυτότητα του στερεού ελαττώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας, οπότε ΔΗ<0. Στην περίπτωση αυτή έχουμε έκλυση θερμότητας και η αντίδραση διάλυσης χαρακτηρίζεται ως εξώθερμη.

Εξαρτηση της διαλυτοτητας απο την θερμοκρασια Το Na2SO4 εμφανίζει ασυνήθιστη συμπεριφορά όσον αφορά την διαλυτότητά του στο νερό. Η διαλυτότητά του αυξάνεται κατά περίπου 10 φορές καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται από τους 0oC στους 32.384oC, όπου και εμφανίζεται ένα μέγιστο (S=497 g/L). Στο σημείο αυτό η καμπύλη διαλυτότητας αλλάζει κλίση και η διαλυτότητα γίνεται σχεδόν ανεξάρτητη από την θερμοκρασία. Η θερμοκρασία αυτή των 32.384oC, που αντιστοιχεί στην απελευθέρωση κρυσταλλικών μορίων νερού και στην τήξη του ένυδρου άλατος (Na2SO4.10Η2Ο  Na2SO4 + 10Η2Ο), χρησιμεύει για την ακριβή βαθμονόμηση οργάνων μέτρησης θερμοκρασίας.

προσδιορισμοσ της διαλυτοτητασ οξινου ανθρακικου νατριου στο νερο Διαλύουμε ~10gr στερεό NaHCO3 σε κωνικές φιάλες των 250ml και τις τοποθετούμε σε υδρόλουτρο στους 55oC. Μεταφέρουμε τις κωνικές φιάλες σε υδρόλουτρα με διαφορετικές θερμοκρασίες (20, 30, 40 και 50oC). Παρασκευή μητρικών κορεσμένων υδατικών διαλυμάτων NaHCO3 Χρησιμοποιώντας σιφώνιο, μεταφέρουμε 10ml από το υπερκείμενο κορεσμένο διάλυμα σε μια άλλη κωνική φιάλη. Προσθέτουμε 2-3 σταγόνες δείκτη ηλιανθίνη στο κορεσμένο διάλυμα. Ογκομετρούμε με προχοΐδα με διάλυμα 1Ν ΗCl (τιτλοδότηση). Τιτλοδότηση NaHCO3 + HCl  NaCl + CO2 + H2O (δείκτης ηλιανθίνη: σε pH=4 , ερυθρό  κίτρινο) CοξVοξ = CβασVβας = SαλVαλ Προσδιορισμός διαλυτότητας

προσδιορισμοσ της διαλυτοτητασ οξινου ανθρακικου νατριου στο νερο Ζητούμενα: Διαλυτότητα του NaHCO3 (σε mol/L) σε κάθε θερμοκρασία. Υπολογισμός της πρότυπης ενθαλπίας (θερμότητας) διάλυσης, ΔΗ, στην θερμοκρασιακή περιοχή 20-50oC. Τ, oC T , K 1/T , Κ-1 VHCl , ml S , mol/L lnS   Κατασκευή διαγράμματος lnS vs. 1/T και υπολογισμός ΔΗ από την κλίση του.