1

DISPERZIONI SISTEMI

DISPERZIONI SISTEMI

• Čestice jedne vrste materije razdijeljenje kroz čestice druge materije čine disperzioni sistem.

• Disperzije mogu biti homogene i heterogene.

• Broj mogućih kombinacija tvari u sva tri agregatna stanja je 32 = 9.

Neki tipovi disperzionih sistemačvrsto u gasu prašina u vazduhu

gas u tečnosti CO2 u vodi

gas u gasu prirodni gas

tečnost u gasu sumaglica

tečnost u tečnosti sirćetna kiselina u vodi

čvrsto u tečnosti so u vodi

čvrsto u čvrstom ugljik u čeliku

gas u čvrstom hidrogen u platini

2

Neki tipovi disperzionih sistema

DISPERZIONI SISTEMI• Za žive organizme najvažniji su oni

disperzioni sistemi u kojima su različite supstance dispergovane u tečnosti, a to je obično voda.

• Hemijska i fizička svojstva takvih disperzionih sistema određena je kako prirodom, tako i veličinom čestica koje su dispergovane u vodi.

DISPERZIONI SISTEMI

• U disperzionim sistemima nema hemijskih interakcija različitih čestica.

• Razdvajanje različitih čestica - fizičkimmetodama i sredstvima.

• Prema veličini čestica dispergovane materije razlikujemo tri tipa disperzionih sistema:– pravi rastvori 0.05 - 0.25 nm– koloidi 1-1000 nm– suspenzije >1000 nm

3

Otopine / rastvoriRastvor ili otopina (engl. Solution): Homogena molekularna smjesa dvije ili više različitih supstanci ili tvari.

Rastvarač ili otapalo(engl. Solvent):Tvar ili supstanca koja služi za otapanje i u principu se nalazi u većoj količini.

Rastvorena supstanca ili otopljena tvar (engl. Solute): Supstanca rastvorena u rastvaraču ili tvar otopljena u otapalu.

Otopine / rastvori

• Prema količini rastvorene supstance postoje tri tipa rastvora:– nezasićeni rastvori– zasićeni rastvori– prezasićeni rastvori

Kada postoji dinamička ravnoteža između neotopljene čvrste supstance i otopine, otopina je zasićena.

Otopine / rastvori

Otopina koja sadrži manje otopljene supstance nego što može sadržavati u ravnoteži je nezasićena.

4

Otopine / rastvori• Primjer: NaCl u vodi

Otopine / rastvori• Prezasićeni rastvor nastaje laganim hlađenjem

zasićenog rastvora tako da u određenom volumenu bude otopljeno više otopljene tvari nego što je koncentracija zasićenog rastvora.

• Nije stabilan i obično se cijepljenjem kristalom ili miješanjem lako prevede u zasićeni.

Vodene otopine ionskih spojevaIonski spojevi kao što je NaCl otapaju se u vodi jer su privlačne sile između molekula vode i iona natrija i hlora, ion–dipol sile, veće od privlačnih sila među ionima u kristalu NaCl:

5

Vodene otopine ionskih spojeva• Privlačenje dipola vode “izvlači” ione iz kristalne

rešetke u vodenu otopinu.

Vodene otopine polarnih kovalentnih spojeva

• U vodi su topive visoko polarne molekularne supstance, posebno one koje sadrže atome kao što su oksigen ili nitrogen koji mogu stvarati vodikove veze sa molekulama vode:

Vodene otopine polarnih kovalentnih spojeva

• Primjer: alkohol u vodi ili glukoza u vodi

6

KVANTITATIVNO IZRAŽAVANJE SASTAVA RASTVORA (OTOPINA)

(1) Omjer neke veličine (mase, m, volumena, V, ili količine (množine), n) određene komponente, npr. otopljene tvari (B) prema toj veličini za drugu komponentu, otapalo (A)• maseni omjer

(ksi)mA

mB=ξΒ,Α

Omjer

• množinski omjer ili omjer broja jedinki

• volumni omjer

Omjer

NA

NBrB,A= nBnA

ili

ψΒ,Α= VB (psi)

VA

7

(2) Udio neke veličine (mase, volumena množine) određene komponente smjese (npr. B) prema toj veličini za smjesu svih komponenata:• maseni udio (komponente B):

Udio

Β = = mBmω m

mB

Σ i

mi = masa svake određene komponente u smjesi

(omega)i

• množinski (količinski) ili molni udio:

• volumni udio

Udio

iΣnBnn

nB= = Βχ ili χΒNB

N=Σ i

Σ Vi(fi)ϕ VB=Β

(hi)

Molni udio i molni procenat

Molni procenat neke komponente otopine je njen udio pomnožen sa 100.

Suma svih xi mora biti jednaka jedan (1)

8

• Primjer: 80 g NaOH u 180 g H2O čini rastvor od 2 mola NaOH u 10 molova vode:

Molni udio i molni procenat

2 + 1010

= 2 + 102

= = 0, 834H2OχχNaOH

= 0.166NaOHχ χH2O+ = 1

16.6 mol% NaOH i 83.4 mol% H 2O

NaOH

H2O = = 0 693

80180 +80

= = 0.307

180

ωω

180 +80

procentna koncentracija:30.7 tež. % NaOH i 69.3 tež. % H 2O

(3) koncentracija, tj. omjer neke veličine (mase, množine, volumena) za otopljenu tvar (B) i volumena otopine (V):• masena koncentracija

• količinska (množinska) koncentracija

Koncentracija rastvora

Vγ mB=Β

Vc nB=Β

• brojnosna koncentracija

• volumna koncentracija

σΒ je slična ϕΒ (volumni udio), a razlikuju se po tome što je zbir volumena sastojaka gotovo uvijek različit od volumena otopine (smjese).

Koncentracija rastvora

Β = N BC

V

Vσ VB=Β Σ Vi(fi)ϕ VB=Β

9

Volumni udio –volumna koncentracija

Etanol i voda imaju jako privlačenje –kada se pomiješa volumen od 50 mL H2O + 50 mL EtOH, na kraju iznosi manje od100 mL.

EOS

Koncentracija rastvora• Jedinice za količinsku koncentraciju proizlaze iz

navedenih definicija prema SI sistemu:

• ali se više upotrebljava decimalna SI jedinicamol dm-3, dm3 = litar (L)

m3mol=

[ ][ ][ ] = nV

c

Koncentracija rastvora• Primjer: Ako se u 1L rastvora nalazi 40 g NaOH

(1 mol), taj rastvor je jedno molaran, što pišemo kao:cNaOH = 1 mol dm-3 ili [NaOH] = 1 mol dm-3

mol dm-3 = M(M je oznaka koja se zadržala u većini knjiga, ali je treba izbjegavati.)

10

Priprema rastvora• Kod pripreme rastvora važno je znati da se

koncentracija količine tvari odnosi na volumen gotovog rastvora. Zato se takvi rastvori prave u posebnim posudama koje se zovu odmjerne tikvice ili normalni sudovi.

• Primjer: rastvorena supstanca i rastvarač sutečnosti

rastvor

Priprema rastvora• rastvarač – tečnost• rastvorena supstanca – čvrsta supstanca

Molalitet(4) Molalitet (b) je omjer količine supstance i mase rastvarača (ne rastvora!)

mb n= [ ]mol kg-1 BB A

Umjesto novog znaka b za molalitet, upotrebljava se i stari znak m koji je manje pogodan jer je jednak znaku za masu.

11

MolalitetMolalitet, b, se najviše upotrebljava kao način kvantitativnog izražavanja sastava rastvora, posebno u fizikalnoj hemiji, jer ne zavisi od temperature kao što je to slučaj sa molarnom ili količinskom koncentracijom, c, koja varira sa temperaturom zbog širenja ili smanjivanja volumena otopine.

Rastvori u “dijelovima”

Parts per billion je broj čestica rastvorene supstance na jednu milijardu čestica rastvora. 1 ppb = 1 μg/L

Parts per trillion je broj čestica rastvorene supstance na jedan trilion čestica rastvora. 1 ppt = 1 ng/L

Parts per million (“dijelovi na milion”) je broj čestica rastvorene supstance na jedan milion čestica rastvora. 1 ppm = 1 mg/L

RAZBLAŽIVANJE RASTVORA • Razblaživanjem rastvora ne mijenja se količina

rastvorene tvari, n.• Mijenja se samo njena koncentracija, c.

n = c1V1 = c2V2

koncentrovana razblažena otopina otopina

rastvarač

12

Entalpija rastvoraStvaranje rastvora može se posmatrati u tri koraka:

Razdvajanje molekula rastvarača da bi se stvorio prostor za molekule otopljene supstance, ΔH1

Razdvajanje molekula rastvorene supstance, ΔH2

Pustiti molekule rastvorene supstance i rastvarača da se slobodno izmiješaju, ΔH3

ΔHrastv = ΔH1 + ΔH2 + ΔH3

Ilustracija energetskih promjena i stvaranje rastvora

ΔHrastv = ΔH1 + ΔH2 + ΔH3

Ilustracija energetskih promjena i stvaranje rastvora

13

Entalpija rastvora• Primjeri: • Rastvaranje NaOH u vodi:

ΔHrastv = - 44.48 kJ/mol (egzoterman proces)• Rastvaranjem NH4NO3 u vodi:

ΔHrastv = + 26.4 kJ/mol (endoterman proces)• “Pravilo“ - ”slično se otapa u sličnom”• Polarni rastvarači rastvaraju polarne supstance.• Nepolarni rastvarači rastvaraju nepolarne

supstance.

Rastvorljivost / topivostKoncentracija rastvorene supstance u zasićenom rastvoru = rastvorljivost rastvorene supstanceOko 95% svih ionskih spojeva imaju u vodirastvorljivost koja se povećava sa povećanjem temperature.

KoloidiKoloid je disperzioni sistem gdje je veličina dispergovanih čestica u odgovarajućem mediju u oblasti od oko 1 do 1000 nm.

EOS

Skretanje svjetlosti kroz koloid poznato je kao Tyndallov efekat.

14

Neki primjeri koloida

Suspenzija i koloid