Opracowanie edukacyjne

Woda i roztwory wodne – chemia klasa 8

Roztwór właściwy jest mieszaniną jednorodną. W wodnym roztworze soli kuchennej rozpuszczalnikiem jest woda, a substancją rozpuszczoną chlorek sodu. Kryształki nie znikają bez śladu: ich składniki rozpraszają się w wodzie. Po całkowitym rozpuszczeniu nie można oddzielić soli zwykłą filtracją przez sączek, ponieważ nie jest ona zawieszona w postaci widocznych ziaren.

Opracowanie: redakcja Quizowania · Standardy redakcyjne · Zgłoś błąd

Po tej lekcji potrafisz

Rozróżniać substancję rozpuszczoną i rozpuszczalnik.
Obliczać stężenie procentowe z mas składników.
Wyjaśniać skutki rozcieńczania i zatężania.
Odróżniać szybkość rozpuszczania od rozpuszczalności.

Co znajduje się w roztworze?

Masa roztworu jest sumą mas rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej. Gdy bez strat rozpuścimy 12 g substancji w 108 g wody, otrzymamy 120 g roztworu. Nie dodajemy do siebie objętości tak, jakby były masami. Jeśli podano mililitry zamiast gramów, do przeliczenia potrzebna jest gęstość; nie wolno utożsamiać każdej cieczy z wodą.

Procent masowy odnosi się do całego roztworu

Stężenie procentowe masowe obliczamy ze wzoru Cp = ms : mr · 100%, gdzie ms oznacza masę substancji rozpuszczonej, a mr masę całego roztworu. Obie masy muszą być zapisane w tej samej jednostce. W przykładzie 12 g i 108 g wody stężenie wynosi 12 : 120 · 100% = 10%. Wynik oznacza 10 g substancji w każdych 100 g takiego jednorodnego roztworu, a nie w 100 g wody.

Jeżeli znamy masę roztworu i jego stężenie, wykonujemy działanie odwrotne. W 250 g roztworu o stężeniu 8% jest 0,08 · 250 g = 20 g substancji. Pozostałe 230 g stanowi rozpuszczalnik, jeśli mieszanina ma tylko te dwa składniki. Kontrola polega na dodaniu mas: 20 g + 230 g = 250 g.

Rozcieńczanie i zatężanie

Do 120 g roztworu zawierającego 12 g substancji dolewamy 80 g czystej wody. Bez reakcji i strat masa substancji pozostaje 12 g, a masa roztworu rośnie do 200 g. Stężenie spada do 12 : 200 · 100% = 6%. Dolewanie wody nie zmniejszyło masy substancji: zmienił się jej udział w większej mieszaninie.

Gdy z początkowych 120 g roztworu odparuje 40 g samej wody, zostaje 80 g. Jeżeli substancja jest nielotna, nie reaguje, nie tracimy jej i nadal cała pozostaje rozpuszczona, stężenie wzrośnie do 12 : 80 · 100% = 15%. Warunki są istotne. Po rozpoczęciu krystalizacji część substancji przestaje należeć do roztworu i nie można dalej stosować tego rachunku z niezmienioną masą rozpuszczonej substancji.

Nasycenie i rozpuszczalność

Roztwór nasycony w określonej temperaturze zawiera graniczną ilość danej substancji w danych warunkach. Nie oznacza to stężenia 100%. Rozpuszczalność często podajemy jako liczbę gramów substancji przypadającą na 100 g wody. To inna podstawa porównania niż 100 g roztworu we wzorze stężenia.

Rozważmy umowną substancję o rozpuszczalności 25 g na 100 g wody w ustalonej temperaturze. Nasycony roztwór ma 125 g i stężenie 20%. Jeśli odparuje 20 g wody, pozostaje jej 80 g, w których może rozpuścić się 20 g substancji. Po osiągnięciu równowagi pozostałe 5 g wydzieli się jako kryształy; pomijamy możliwość przejściowego utrzymywania się roztworu przesyconego. Sam pozostały roztwór ma 100 g, nadal zawiera 20% substancji. Ten przykład pokazuje, dlaczego odparowanie nie zawsze zwiększa stężenie roztworu już nasyconego przy stałej temperaturze.

Szybciej nie znaczy więcej

Mieszanie i rozdrobnienie mogą przyspieszyć rozpuszczanie ciała stałego: poprawiają kontakt z rozpuszczalnikiem. Nie zwiększają jednak granicznej rozpuszczalności tej samej substancji w stałej temperaturze. Ogrzewanie jest inną zmianą warunków: rozpuszczalność wielu ciał stałych rośnie z temperaturą, lecz nie jest to prawo dla wszystkich substancji. Dla gazów często obserwujemy zależność przeciwną.

Porównanie przykładów

Zmiana	Co trzeba sprawdzić
Dolewanie czystej wody	Masa substancji pozostaje stała przy braku reakcji i strat.
Odparowanie samej wody	Czy substancja pozostaje w całości rozpuszczona?
Mieszanie i rozdrobnienie	Zmieniają tempo procesu, nie graniczną rozpuszczalność.
Zmiana temperatury	Potrzebne są dane dla konkretnej substancji.

Najważniejsze pojęcia

Rozpuszczalnik: składnik stanowiący środowisko rozproszenia substancji.
Roztwór nasycony: roztwór zawierający graniczną ilość substancji w ustalonych warunkach.
Stężenie procentowe masowe: udział masy substancji rozpuszczonej w masie roztworu, wyrażony w procentach.
Krystalizacja: wydzielanie substancji w postaci kryształów.

Najczęstsze pomyłki

W mianowniku wzoru stężenia umieszczaj masę roztworu, nie samej wody.
Mieszanie nie zwiększa rozpuszczalności przy niezmienionej temperaturze.
Po wydzieleniu kryształów przelicz masę substancji nadal rozpuszczonej.

Podsumowanie do zapamiętania

Najpierw zapisz masy wszystkich składników.
Rozróżniaj 100 g roztworu i 100 g rozpuszczalnika.
Przy zmianie stężenia sprawdź straty, reakcje i krystalizację.
Oddziel szybkość procesu od granicznej ilości możliwej do rozpuszczenia.