Dvanaesto predavanje

1

Procesi u vodi

Sadržaj 12. predavanja Rastvaranje u vodi Adsorpcija u vodi Ispiranje polutanata Isparavanje polutanata Fotohemijski procesi u vodi

2

Rastvaranje u vodi Adsorpcija u vodi Ispiranje polutanata Isparavanje polutanata Fotohemijski procesi u vodi

Rastvaranje

Rastvorak Rastvarač

RastvaračRastvorak

Slično se u sličnomrastvara.

Voda je odličanrastvarač zasupstance kojeimaju sličan tipinterakcija izmeđusvojih molekula.

3

Rastvarač

Rastvorak

Rastvori nastajukada su ove tri vrste sila

slične po vrsti i jačini

Slično se u sličnomrastvara.

Voda je odličanrastvarač zasupstance kojeimaju sličan tipinterakcija izmeđusvojih molekula.

RastvaranjeNaCl se rastvara u vodi stvaranjem jona natrijuma(Na+) i hlora (Cl-) koji interaguju sa dipolnimmolekulima vode.

Plastika (polistiren, na primer) se nerastvara u vodi.

4

Supstance koje su i rastvorne i nerastvorne u vodiu zavisnosti od toga da li se nalaze u jonskoj ilinejonskoj formi.

Rastvaranje elektrolita Jon-dipol interakcija Hidratisani (solvatisani) jon ∆G = ∆H -T∆S Entropija rastvora je obično pozitivna, jer se

uvećava neuređenost sistema. Entalpija rastvora može biti i pozitivna i

negativna.

5

Jon-dipol interakcija Hidratisani (solvatisani) jon ∆G = ∆H -T∆S Entropija rastvora je obično pozitivna, jer se

uvećava neuređenost sistema. Entalpija rastvora može biti i pozitivna i

negativna.

Hidratni omotač katjona formira se usled donor-akceptorskihinterakcija. Hidratni omotač anjona formira se usled vodoničnih veza.Sposobnost hidratacije je veća kod katjona, nego kod anjona.

Hidratacija je jača kod malih i naelektrisanijih jona.

Entalpija hidratacije

rastvorak-rastvorakrastvorak-rastvarač

6

rastvarač-rastvarač

∆Hhid

∆Hhid

Rastvorljivost gasova u vodi

Gas O2 H2 HCl CO2 N2 Cl2 NH3 H2SRastvorljivostgasa (dm3/dm3) 0.031 0.002 505 0.878 0.015 2.361 702.4 2.582

Rastvorljivost gasova u vodi na 20°C i atmosferskom pritisku

7

ckN

N

0log

211

2 11lnTTR

H

N

N isp

pkc

Klauzijus-Klapejronova jednačinaSečenova jednačina

Henrijeva jednačina

Rastvorljivost čvrstih supstanci u vodi Rastvorljivost predstavlja maksimalnu količinu supstance

rastvorene u rastvaraču na određenoj temperaturi (zasićenrastvor).

Jedinice:g rastv. supst./100 g rastvarača ilig rastv. supst./100 mL rastvarača

Pri porastu temperature uglavnom se povećava rastvorljivostsupstanci (prilikom rastvaranja mnogih jedinjenja dolazi doapsorpcije toplote odnosno entalpija rastvaranja je pozitivna, poštoje energija potrebna za razaranje kristalne rešetke veća od energijehidratacije).

8

Rastvorljivost predstavlja maksimalnu količinu supstancerastvorene u rastvaraču na određenoj temperaturi (zasićenrastvor).

Jedinice:g rastv. supst./100 g rastvarača ilig rastv. supst./100 mL rastvarača

Pri porastu temperature uglavnom se povećava rastvorljivostsupstanci (prilikom rastvaranja mnogih jedinjenja dolazi doapsorpcije toplote odnosno entalpija rastvaranja je pozitivna, poštoje energija potrebna za razaranje kristalne rešetke veća od energijehidratacije).

Rastvorljivost tečnosti u vodi(mešljivost)određena je vrstom hemijske veze u molekulima tečnosti.Polarne tečnosti se rastvaraju u polarnim tečnostima, a nepolarne u

nepolarnim.Pri porastu temperature povećava se rastvorljivost.Kritična temperatura rastvaranja je temperatura na kojoj dve tečnosti

postaju neograničeno rastvorljive jedna u drugoj.Mešljiva tečnost; nemešljiva tečnost; hidrofobna tečnost; hidrofilna

tečnost.

9

određena je vrstom hemijske veze u molekulima tečnosti.Polarne tečnosti se rastvaraju u polarnim tečnostima, a nepolarne u

nepolarnim.Pri porastu temperature povećava se rastvorljivost.Kritična temperatura rastvaranja je temperatura na kojoj dve tečnosti

postaju neograničeno rastvorljive jedna u drugoj.Mešljiva tečnost; nemešljiva tečnost; hidrofobna tečnost; hidrofilna

tečnost.

Faktori koji utiču na rastvorljivostorganskih supstanci u vodi 1) Polarnost: polarnija organska jedinjenja pokazuju veću

rastvorljivost u vodi. Manje polarna jedinjenja su manje rastvorna.U principu, jedinjenja koja sadrže kiseonik i azot pokazuju većurastvorljivost u vodi.

2) Molekulska težina: kada dve supstance imaju sličnustrukturu, supstance sa većom molekulskom težinom će imatinižu rastvorljivost u vodi. One takođe pokazuju i manjuisparljivost.

10

1) Polarnost: polarnija organska jedinjenja pokazuju većurastvorljivost u vodi. Manje polarna jedinjenja su manje rastvorna.U principu, jedinjenja koja sadrže kiseonik i azot pokazuju većurastvorljivost u vodi.

2) Molekulska težina: kada dve supstance imaju sličnustrukturu, supstance sa većom molekulskom težinom će imatinižu rastvorljivost u vodi. One takođe pokazuju i manjuisparljivost.

Rastvorljivost kao funkcija molekulsketežine

11

Particioni koeficijent oktanol-voda Oktanol-voda particioni koeficijent, Kow, opisuje raspodelu

organskog jedinjenja između nemešljivog oktanola i vode.Definiše se kao:

Nepolarna organska jedinjenja se rastvaraju u oktanolu(visoko Kow ); polarna organska jedinjenja se rastvaraju uvodi (nisko Kow). Vrednost Kow je korisna za procenu drugih parametara. Na

primer, rastvorljivost u vodi:

12

Oktanol-voda particioni koeficijent, Kow, opisuje raspodeluorganskog jedinjenja između nemešljivog oktanola i vode.Definiše se kao:

Nepolarna organska jedinjenja se rastvaraju u oktanolu(visoko Kow ); polarna organska jedinjenja se rastvaraju uvodi (nisko Kow). Vrednost Kow je korisna za procenu drugih parametara. Na

primer, rastvorljivost u vodi:

13

Adsorpcija Adsorpcijom se supstanca udaljava iz vode (ali ne i iz vodene

sredine) njenim vezivanjem za suspendovane čestice isedimente.

Površina poseduje adsorpcione osobine jer rezultantaprivlačnih sila nije jednaka nuli i usmerena je ka unutrašnjostiadsorbenta (u unutrašnjosti adsorbenta deluju privlačne sileravnomerno sa svih strana tako da je rezultanta jednaka nuli).

Što je veća adsorpciona površina veća je i adsorpcija. Adsorpcioni kapacitet. Priroda adsorpcionih centara, njihovo naelektrisanje, sposobnost

stvaranja vodoničnih veza, hidrofobnih delova.

14

Adsorpcijom se supstanca udaljava iz vode (ali ne i iz vodenesredine) njenim vezivanjem za suspendovane čestice isedimente.

Površina poseduje adsorpcione osobine jer rezultantaprivlačnih sila nije jednaka nuli i usmerena je ka unutrašnjostiadsorbenta (u unutrašnjosti adsorbenta deluju privlačne sileravnomerno sa svih strana tako da je rezultanta jednaka nuli).

Što je veća adsorpciona površina veća je i adsorpcija. Adsorpcioni kapacitet. Priroda adsorpcionih centara, njihovo naelektrisanje, sposobnost

stvaranja vodoničnih veza, hidrofobnih delova.

U vodi adsorpcija se odvija na površini suspendovanih čestica isedimenta.

Njih čine mineralne ili organske komponente. Mineralna komponenta: silicijumov tetraedarski ili aluminijumov

oktaedarski segment sa izomorfnom supstitucijom. Organska komponenta je čvrsto vezana za površinu glina i sastoji

se od HA, FA i Hum.

15

U vodi adsorpcija se odvija na površini suspendovanih čestica isedimenta.

Njih čine mineralne ili organske komponente. Mineralna komponenta: silicijumov tetraedarski ili aluminijumov

oktaedarski segment sa izomorfnom supstitucijom. Organska komponenta je čvrsto vezana za površinu glina i sastoji

se od HA, FA i Hum.

Ispiranje Ispiranje je fizičko-hemijski proces pod kojim se podrazumeva

takva interakcija tečnosti (u prirodnim uslovima to je voda) sajednorodnom ili raznorodnom čvrstom fazom, koja za rezultat imaobogaćivanje tečnosti u njoj rastvornim ili nerastvornimkomponentama sredine.

Ispiranje se ne odvija u vodi, ali je važno za formiranje sastavavoda.

Azot se lakše ispira kada je prisutan u obliku nitrata, a teže kada senalazi u obliku amonijum-jona.

Prilikom razmatranja ispiranja važno je uzeti u obzir:rastvorljivost, koeficijent adsorpcije, naelektrisanje.

16

Ispiranje je fizičko-hemijski proces pod kojim se podrazumevatakva interakcija tečnosti (u prirodnim uslovima to je voda) sajednorodnom ili raznorodnom čvrstom fazom, koja za rezultat imaobogaćivanje tečnosti u njoj rastvornim ili nerastvornimkomponentama sredine.

Ispiranje se ne odvija u vodi, ali je važno za formiranje sastavavoda.

Azot se lakše ispira kada je prisutan u obliku nitrata, a teže kada senalazi u obliku amonijum-jona.

Prilikom razmatranja ispiranja važno je uzeti u obzir:rastvorljivost, koeficijent adsorpcije, naelektrisanje.

Isparavanje

Napon pare – pritisak jedinjenja ugasovitoj fazi u ravnoteži sa tečnom fazom.

Napon pare na 25°C: dietiletra 0.7 atm,broma 0,3 atm, etilalkohola 0,08 atm,vode 0,03 atm.

Napon pare zavisi od temperature (većatemperatura, veći napon pare).

Isparljivost – težnja jedinjenja da isparavaiz tečnog stanja.

Mera isparljivosti je napon pare.

17

Napon pare – pritisak jedinjenja ugasovitoj fazi u ravnoteži sa tečnom fazom.

Napon pare na 25°C: dietiletra 0.7 atm,broma 0,3 atm, etilalkohola 0,08 atm,vode 0,03 atm.

Napon pare zavisi od temperature (većatemperatura, veći napon pare).

Isparljivost – težnja jedinjenja da isparavaiz tečnog stanja.

Mera isparljivosti je napon pare.

Napon pare vode

Relativne isparljivosti organskihjedinjenja

Isparljivost Jedinjenjaisparljiva Laki ugljovodonici;

Halogenovaniugljovodonici

semiisparljiva Teži ugljovodonici; većinajedinjenja sa O,N, S i P

18

semiisparljiva Teži ugljovodonici; većinajedinjenja sa O,N, S i P

neisparljiva Ostala organska jedinjenja

Fotohemijski procesi Za fotohemijske procese koji se odvijaju u vodi važno je elektromagnetno

zračenje u vidljivoj i bliskoj UV oblasti (240 – 700 nm). Fotohemijske transformacije se odvijaju kroz tri stadijuma: Prvo dolazi do apsorbovanja zračenja određene E (talasne dužine) usled

čega se molekul nalazi u pobuđenom stanju. Pobuđeni molekul se reorganizuje tako da prelazi u nepobuđeno stanje. Reorganizovan nepobuđeni molekul podleže sekundarnim reakcijama.

Samo supstance u kojima elektronske promene odgovaraju energiji upadnogzračenja (bliska UV i VIS) mogu da podlegnu fotohemijskim procesima.

Na osnovu spektra apsorpcije moguće je predvideti da li supstanca možepodleći fotohemijskim procesima u vodi.

19

Za fotohemijske procese koji se odvijaju u vodi važno je elektromagnetnozračenje u vidljivoj i bliskoj UV oblasti (240 – 700 nm).

Fotohemijske transformacije se odvijaju kroz tri stadijuma: Prvo dolazi do apsorbovanja zračenja određene E (talasne dužine) usled

čega se molekul nalazi u pobuđenom stanju. Pobuđeni molekul se reorganizuje tako da prelazi u nepobuđeno stanje. Reorganizovan nepobuđeni molekul podleže sekundarnim reakcijama.

Samo supstance u kojima elektronske promene odgovaraju energiji upadnogzračenja (bliska UV i VIS) mogu da podlegnu fotohemijskim procesima.

Na osnovu spektra apsorpcije moguće je predvideti da li supstanca možepodleći fotohemijskim procesima u vodi.

20

S0 + hv →S*

S S*hv

Fizički procesiVibracioni gubitak energijeFluorescencija i fosforescencijafotosenzibilizacija

S

21

S S*hv

ekscitovanjeHemijski procesiFragmentacijaIntermolekulsko premeštanjeElektron transfer

Proizvodi

Osnovno stanje:singletno stanje

Pobuđena stanja: singletno i tripletno

Pitanja za utvrđivanjesedamnaestog predavanja

22

Pitanja za utvrđivanjesedamnaestog predavanja

Prvo pitanjeObjasni pravilo rastvorljivosti “slično se u sličnom

rastvara” na osnovu intermolekulskih sila kojepostoje u rastvoru.

23

Drugo pitanjeBr2 je mnogo rastvorljiviji u CCl4 nego u vodi.

Objasni.

24

Treće pitanjeZašto su jonske supstance sa većom E kristalne rešetke manje

rastvorne u vodi od supstanci sa manjom E kristalne rešetke.

25

Zašto su jonske supstance sa većom E kristalne rešetke manjerastvorne u vodi od supstanci sa manjom E kristalne rešetke.

Četvrto pitanjeEtil alkohol je mešljiv sa vodom na 20°C, ali pentilakohol je rastvorljiv u vodi samo 2.7 g/100 ml.Zašto.

26

Etil alkohol je mešljiv sa vodom na 20°C, ali pentilakohol je rastvorljiv u vodi samo 2.7 g/100 ml.Zašto.

Peto pitanjeRastvorljivost kiseonika je manja u slanoj vodi.

Tačno Netačno

27

Rastvorljivost kiseonika je manja u slanoj vodi.

Tačno Netačno

Šesto pitanjepE vrednost vode se kreće od -12 do 25.

Tačno Netačno

28

Sedmo pitanjeOksidujuća granica vode je određena sa pE = -

pH, a redukujuća granica vode sa pE = 20.75 –pH.

Tačno Netačno

29

Oksidujuća granica vode je određena sa pE = -pH, a redukujuća granica vode sa pE = 20.75 –pH.

Tačno Netačno

Osmo pitanjePodzemne vode, koje su u kontaktu sa gvožđevitim zemljištem,

će rastvarati gvožđe kao Fe2+jon.

Tačno Netačno

30

Podzemne vode, koje su u kontaktu sa gvožđevitim zemljištem,će rastvarati gvožđe kao Fe2+jon.

Tačno Netačno

Deveto pitanjeSoli jakih kiselina i baza ne hidrolizuju.

Tačno Netačno

31

Deseto pitanjeOrganizmi koji borave pri dnu među sedimentima

podvrgnuti su delovanju većih koncentracija od onihkoji se nalaze u površinskim slojevima iste vode, te je istepen akumulacije veći.

Tačno Netačno

32

Organizmi koji borave pri dnu među sedimentimapodvrgnuti su delovanju većih koncentracija od onihkoji se nalaze u površinskim slojevima iste vode, te je istepen akumulacije veći.

Tačno Netačno