Opracowanie edukacyjne
Woda i roztwory wodne – chemia klasa 7
Woda jest polarnym rozpuszczalnikiem i środowiskiem większości procesów biologicznych. Roztwór właściwy, koloid i zawiesina różnią się rozmiarem rozproszonych drobin. Rozpuszczalność mówi o maksymalnej ilości substancji w danych warunkach, a stężenie procentowe o rzeczywistym udziale masowym składnika — tych pojęć nie wolno utożsamiać.
Po tej lekcji potrafisz
- wyjaśnić polarność wody
- rozróżniać mieszaniny
- interpretować rozpuszczalność
- obliczać stężenie procentowe
Woda jako rozpuszczalnik
Cząsteczka wody ma nierównomierny rozkład ładunku, dlatego oddziałuje z jonami i cząsteczkami polarnymi. Otacza je warstwą hydratacyjną i umożliwia rozproszenie. Nie oznacza to, że rozpuszcza wszystko: oleje i wiele substancji niepolarnych słabo mieszają się z wodą.
W roztworze wodnym woda jest rozpuszczalnikiem, a drugi składnik substancją rozpuszczoną. Rozpuszczanie może być przemianą fizyczną, choć towarzyszyć mu może pochłanianie lub wydzielanie energii. Przezroczystość nie dowodzi czystości chemicznej wody.
Rodzaje mieszanin
Roztwór właściwy jest jednorodny na poziomie obserwacji i zawiera jony lub małe cząsteczki, których nie oddziela zwykły filtr. Koloid ma większe drobiny i może rozpraszać wiązkę światła. Zawiesina zawiera cząstki, które mogą opadać i zostać zatrzymane na sączku.
Sedymentacja, dekantacja i filtracja nadają się do zawiesin. Odparowanie pozwala odzyskać nielotną substancję, a destylacja rozpuszczalnik. Dobór metody wynika z różnic właściwości składników, nie z wygody lub koloru mieszaniny.
Rozpuszczalność i stężenie
Rozpuszczalność jest maksymalną masą substancji, którą można rozpuścić w określonej masie rozpuszczalnika i temperaturze. Roztwór nasycony osiągnął tę granicę. Mieszanie i rozdrobnienie przyspieszają proces, ale nie zwiększają samej wartości rozpuszczalności w stałych warunkach.
Stężenie procentowe Cp=m substancji/m roztworu·100%, gdzie masa roztworu jest sumą mas składników. Dolewanie wody rozcieńcza bez zmiany masy substancji, a odparowanie wody zatęża. Wynik powyżej 100% sygnalizuje błąd w wyborze podstawy procentu.
Przykład: rozpuszczenie soli i rozcieńczenie
W zadaniu całkowicie rozpuszczono 12 g soli w 108 g wody. Masa roztworu to 12 g + 108 g = 120 g, dlatego stężenie wynosi (12 g / 120 g) · 100% = 10%. Dzielenie przez samą masę wody dałoby inną wielkość i nie byłoby stężeniem procentowym roztworu. Warunek całkowitego rozpuszczenia jest istotny: jeżeli część soli pozostaje na dnie, nie można uznać całej wsypanej masy za substancję rozpuszczoną.
Do otrzymanego roztworu dolano 80 g czystej wody bez strat cieczy. Nadal zawiera on 12 g rozpuszczonej soli, lecz waży już 200 g. Nowe stężenie wynosi (12 / 200) · 100% = 6%. Otrzymany wynik jest mniejszy od początkowego, co odpowiada rozcieńczeniu. Samo mieszanie nie zmieniłoby tego bilansu mas. Nie należy też odczytywać rozpuszczalności jako procentu roztworu: wartość podana na 100 g wody odnosi się do masy rozpuszczalnika, a nie do masy całej mieszaniny.
Kolejność rozumowania
| Krok | Co sprawdzić |
|---|---|
| 1 | rozpoznaj składniki |
| 2 | ustal rodzaj mieszaniny |
| 3 | wybierz rozpuszczalność lub stężenie |
| 4 | oblicz i oceń wynik |
Najważniejsze pojęcia
- rozpuszczalnik
- składnik stanowiący środowisko roztworu
- roztwór nasycony
- roztwór na granicy rozpuszczalności
- zawiesina
- mieszanina z dużymi rozproszonymi cząstkami
- stężenie procentowe
- udział masowy składnika wyrażony w procentach
Najczęstsze pomyłki
- Szybkość rozpuszczania nie jest rozpuszczalnością.
- Roztwór nasycony nie musi mieć stężenia 100%.
- Masa roztworu obejmuje wodę i substancję.
Podsumowanie do zapamiętania
- Woda jest polarna.
- Mieszaniny różnią się rozmiarem drobin.
- Rozpuszczalność zależy od warunków.
- Cp=m_s/m_r·100%.