Hoofdstuk 12 Oplossingen PDF

Hoofdstuk 12: Fysische eigenschappen van oplossingen Chemie Chemistry in Action Osmotische druk en bomen en bladeren Killer lake.. Wat gebeurt er hier? 2 Chemie 12.1 Soorten oplossingen Oplossing = een homogeen mengsel van 2 of meer substanties Solvent of oplosmiddel = de substantie aanwezig...

Hoofdstuk 12: Fysische eigenschappen van oplossingen Chemie Chemistry in Action Osmotische druk en bomen en bladeren Killer lake.. Wat gebeurt er hier? 2 Chemie 12.1 Soorten oplossingen Oplossing = een homogeen mengsel van 2 of meer substanties Solvent of oplosmiddel = de substantie aanwezig in grootste hoeveelheid Opgeloste stof = de substantie aanwezig in kleinste hoeveelheid. cool slowly 3 Precipitate formed Chemie en chemische technologie 12.2 Oplossingsproces op moleculair niveau Thermodynamica van het oplossingsproces 3 stappen: 1) scheiding moleculen opgeloste stof 2) scheiding moleculen oplosmiddel Deze stappen vereisen energie-input om intermoleculaire krachten te verbreken → endotherm 3) mengen oplosmiddel- en opgeloste moleculen → exotherm of endotherm DHopl = DH1 + DH2 + DH3 4 Chemie en chemische technologie 12.2 Oplossingsproces op moleculair niveau Thermodynamica van het oplossingsproces “like dissolves like” Bij oplossen: Breken “solvent-solvent” én “op te lossen stof - op te lossen stof” interactiekrachten Tot stand komen “solvent - op te lossen stof” interactiekrachten 5 Chemie en chemische technologie 12.2 Oplossingsproces op moleculair niveau Goed mengbare stoffen: oplosbaarheid in polair oplosmiddel polaire vaste stof 6 polaire vloeistof ionische verbinding Chemie en chemische technologie 12.2 Oplossingsproces op moleculair niveau Goed mengbare stoffen: oplosbaarheid in polair oplosmiddel Vb. alcoholen in water Lengte afhankelijk voor oplosbaarheid 7 Chemie en chemische technologie 12.2 Oplossingsproces op moleculair niveau Slecht mengbare stoffen: Example 12.1 Trilinolenine (in zonnebloemolie) vloeistoffen apolaire alkanen (C27H56 en C29H60) op schil van appel en waterdruppels 8 apolaire olie op water Chemie en chemische technologie 12.3 Concentratie-eenheden Massaprocent, % massa% = massa opgeloste stof x 100 massa opgeloste stof + massa solvent massa opgeloste stof massa% = x 100 massa oplossing Molfractie, X aantal mol A XA = totaal aantal mol van al de componenten 9 Molariteit, M M= Example 12.2-12.5 aantal mol opgeloste stof liter oplossing Molariteit ≠ molaliteit Molaliteit, m m= aantal mol opgeloste stof massa solvent (kg) Chemie en chemische technologie 12.3 Concentratie-eenheden Bereken de molaliteit van een zwavelzuur oplossing die 24.4 g zwavelzuur bevat in 198g water. De molaire massa van zwavelzuur is 98.09 g. Example 12.2-12.5 Strategie: Nodig: aantal mol opgeloste stof en massa solvent Oplossing: molaliteit (m) is m= aantal mol opgeloste stof massa solvent (kg) 1) Aantal mol zwavelzuur in 24.4 g Molaire massa als conversie factor Massa water is 198 g, of 0.198 kg. Dus: 10 Chemie en chemische technologie 12.4 Effect van temperatuur op oplosbaarheid Ionische verbindingen en temperatuur Oplosbaarheid gassen en temperatuur lucht N2 O2 11 Chemie en chemische technologie Fasediagram voor kristallisatie van zouten • Constante P, voorbeeld met KNO3 • Punt A start (110 g KNO3 + 100 g water bij 80 °C) Point B (verlagen tot 40°C) -> Kristallen zullen groeien en verbruiken supersaturatie (tot C) => 45g crystals + 65g KNO3 + 100 g water Saturated ? 12 Faculty, department, unit ... 12.5 Invloed van druk op de oplosbaarheid van gassen Wet van Henry C=kP P1 < P2 C = concentratie in M P = druk in atm k = constante (afhankelijk van temperatuur) Externe druk geen invloed op oplosbaarheden vloeistoffen / vaste stoffen MAAR wel sterke invloed op oplosbaarheid gassen Wet van Henry: enkel indien geen reactie van gas met oplosmiddel 13 Chemie en chemische technologie 12.5 Invloed van druk op de oplosbaarheid van gassen Effect van druk op oplosbaarheid van enkele gassen in water bij 20°C 14 Chemie en chemische technologie Chemistry in Action August 21, 1986, Lake Nyos in Cameroon Opeens dense wolk CO2 → 1700 mensen en vee verstikt Verschillende niet mengbare lagen in meer Vers water bovenop oplossing met mineralen / gassen (CO2) Hoge waterdruk onderaan → opstapeling CO2 (wet van Henry) Verstoring → CO2 naar boven, zoals openen flesje cola Killer lake.. Wat gebeurt er hier? 15 Chemie 12.6 Colligatieve eigenschappen Colligatieve eigenschappen = eigenschappen enkel afhankelijk van aantal deeltjes, niet soort deeltjes Dampdrukverlaging Kookpuntsverhoging Vriespuntsverlaging Osmotische druk 16 Chemie en chemische technologie 12.6 Colligatieve eigenschappen Dampdrukverlaging: Niet vluchtige stof (B) in vluchtig oplosmiddel (A) Wet van Raoult PA = XAP°A XA = molaire fractie A P°A = dampdruk van zuiver solvent PA = dampdruk van de oplossing Indien de oplossing slechts één opgeloste stof bevat: XA = 1 – XB XB = molaire fractie opgeloste stof Zeewater Zuiver water Dampdrukverlaging DP = PA - PA = X B PA 17 Chemie en chemische technologie 12.6 Colligatieve eigenschappen Dampdrukverlaging: vluchtige stof (B) in vluchtig oplosmiddel (A) Example 12.7 Wet van Raoult Ptotaal = PA + PB = XAP°A + XBP°B PA en PB partieel druk van A en B boven de oplossing P°A en P°B dampdruk zuivere stoffen XA en XB molaire fracties van A en B in de oplossing Ideale oplossing 18 Chemie en chemische technologie 12.6 Colligatieve eigenschappen Dampdrukverlaging: afwijkingen op de wet van Raoult – niet ideaal gedrag van vloeistoffen IM kracht A-B < IM kracht IM kracht & A-A B-B bvb. benzeen (C6H6) en methanol (CH3OH) Mengen endotherm proces 19 IM kracht A-B > IM kracht IM kracht & A-A B-B bvb. chloroform (CHCl3) en aceton (CH3COCH3) Mengen exotherm proces Chemie en chemische technologie 12.6 Colligatieve eigenschappen Dampdrukverlaging: toepassing – gefractioneerde destillatie o o A B P <P n n B,vl A,vl < n B,g n A,g Probeer dit af te leiden door gebruik van de wet van Raoult en de wet van Dalton PA = XA,gPtot 20 Chemie en chemische technologie 12.6 Colligatieve eigenschappen Kookpuntsverhoging: veroorzaakt door niet vluchtige op te lossen stof DTb = Tb – T°b DTb = Kbm 21 Tb = kookpunt van de oplossing T°b = kookpunt van zuiver oplosmiddel Kb = molale kookpuntsverhogingsconstante m = molaliteit van de oplossing Chemie en chemische technologie 12.6 Colligatieve eigenschappen Kookpuntsverhoging – Vriespuntsverlaging: molale kookpuntsverhoging- en vriespuntsverlagingconstanten 22 Chemie en chemische technologie 12.6 Colligatieve eigenschappen Vriespuntsverlaging DTf = T°f – Tf DTf = Kfm 23 Tf = vriespunt van de oplossing T°f = vriespunt van zuiver oplosmiddel Kf = molaile vriespuntsverlagingsconstante m = molaliteit van de oplossing Chemie en chemische technologie 12.6 Colligatieve eigenschappen Vriespuntsverlaging Wat is de vriespuntsverlaging van oplossing die 478 g ethyleenglycol (antivries) bevat in 3202 g water? Example 12.8 De molaire massa van ethyleenglycol is 62.01 g. ΔTf = Kf m Kf water = 1.86 oC/m 1 mol 478 g x mol opgeloste stof 62.01 g = m = massa solvent (kg) ΔTf = Kf m = 2.41 m 3.202 kg solvent = 1.86 oC/m x 2.41 m = 4.48 oC DTf = T°f – Tf Tf = Tof – ΔTf 24 = 0.00 oC – 4.48 oC = -4.48 oC Chemie en chemische technologie 12.6 Colligatieve eigenschappen Osmotische druk p Osmose = de selectieve doorgang van solvent moleculen, van verdunde oplossing naar een meer geconcentreerde oplossing, doorheen een semipermeabel membraan. Semipermeabel membraan = membraan dat solvent moleculen doorlaat, maar de doorgang van opgeloste stof moleculen blokkeert Osmotische druk(π) = de druk nodig om osmose tegen te gaan. verdund 25 geconcentreerder Chemie en chemische technologie 12.6 Colligatieve eigenschappen Osmotische druk p π = MRT π = osmotische druk M = molariteit R = ideale gasconstante T = absolute temperatuur Een cel in: Isotone oplossingen = zelfde concentratie van beide oplossingen Hypotone oplossing = minst geconcentreerde oplossing Hypertone oplossing = meest geconcentreerde oplossing Isotone oplossing 26 Hypotone oplossing Hypertone oplossing Chemie en chemische technologie 12.6 Colligatieve eigenschappen Van elektrolietoplossingen 0.1 m NaCl oplossing 0.1 m Na+ ionen & 0.1 m Cl- ionen 0.1 m NaCl oplossing 0.2 m ionen in oplossing actueel aantal deeltjes in de oplossing na dissociatie van’t Hoff factor (i) = aantal formule-eenheden in oplossing i moet gelijk zijn aan Niet electrolyt NaCl CaCl2 27 1 Kookpuntsverhoging ΔTb = i Kb m Vriespuntsverlaging ΔTf = i Kf m Osmotische druk (π) π = i MRT 2 3 Chemie en chemische technologie 12.6 Colligatieve eigenschappen Van elektrolietoplossingen Examples 12.9-12.12 Van ‘t Hoff factor, i = aantal deeltjes waarin een formule-eenheid splitst wanneer ze wordt opgelost Elektroliet Theoretische i-waarde i voor 0,001 M i voor 0,01 M i voor 0,1 M NaCl 2 (1 Na+ en 1 Cl-) 1,97 1,94 1,87 MgSO4 2 (1 Mg2+ en 1 SO42-) 1,82 1,53 1,21 K2SO4 3 (2 K+ en 1 SO42-) 2,84 2,69 2,32 glucose 1 (geen dissociatie) 1 1 1 Kleinere waarde voor i dan verwacht omwille van ion-paar vorming in oplossing 28 Chemie en chemische technologie Chemistry in Action Osmotische druk om water te transporteren in planten Bladeren verliezen water aan de lucht → Transpiratie Concentratie stiffen in de vochtige bladeren stijgt Water wordt omhoog getrokken langs de stam en takken 29 Chemie en chemische technologie