Sastav rastvora, koliina supstance i koncentracija

Rastvori se mogu definisati kao molekulski ili jonski disperzni sistemi sastavljeni od dve ili vie komponenata, tj. od rastvorene supstance (dispergovane faze) i rastvaraa (disperznog sredstva)Disperzno sredstvo = rastvaraDispergovana faza = rastvorena supstanca (rastvorak)Pravi rastvori: homogeni sistemi dispergovana supstanca: mali molekuli i/ili joniRastvor je homogena smea dve ili vie supstanci u jednoj fazi

Komponente rastvora su:Rastvorena supstanca (rastvorak) deo rastvora koji je rastvoren - obino prisutan u manjoj koliiniRastvara deo rastvora u kome se vri rastvaranje obino prisutan u veoj koliiniRastvorena supstanca+ Rastvara = Rastvor

Pravi rastvoriKako u pravom rastvoru identifikovati rastvorenu supstancu i rastvara? Isto agregatno stanje:rastvara: supstanca koja je u veoj koliiniizuzetak: vodakonc. H2SO4 (98 %) - vodeni rastvor kiseline

Razliita agregatna stanja:rastvara: supstanca koja ima isto agregatno stanje kao rastvor

Idealni rastvor je onaj rastvor ije osobine zavise samo od koncentracije rastvorene supstance

Sastav rastvora se moe kvantitativno izraziti pomou veliina koje pokazuju kolika je zastupljenost pojedinih komponenata u rastvoru

Te veliine mogu biti: koncentracija (koliinska, masena i zapreminska) udeo (koliinski, maseni i zapreminski) molalnost (molalitet)

Kvantitativni sastav rastvora

Fizika veliinaSimbolDefinicijaMolarna koncentracija supstance B

Masena koncentracija supstance BZapreminska koncentracija supstance BKoliinski ili molarni procenat (udeo) supstance BMaseni procenat (udeo) supstance BZapreminski procenat (udeo) supstance B

Molalitet (molalnost) supstance B u rastvarau A

Kvantitativni sastav rastvoraU praksi se najee koriste:Molarna koncentracija (koliinska koncentracija, molaritet)Masena koncentracijaMaseni udeoMolalitet

Koliinska koncentracija - Molarna koncentracija Molaritet ili esto samo koncentracijaZa izraavanje sastava rastvora u analitikoj hemiji se najee primenjuje koliinska koncentracija ili samo koncentracijaBroj molova rastvorene supstance / dm3 (litar) rastvora

Najee se oznaava sa: CB, [B], MM (molaritet) - stara oznaka za koliinsku koncentracijuNaziv molaritet se koristi i danas 1 M 1 mol/dm3

Masena koncentracija

Masa (grami) rastvorene supstance / dm3 (litar) rastvora

Najee se oznaava sa B Veza izmeu molariteta i masene koncentracije je sledea:

% Koncentracija -Maseni udeo (maseni procenat) (m/m)-Masa rastvorene supstance / masa rastvora

Neimenovan broj: 0 1 Pomnoen sa 100 : udeo mase izraen u %

ppm i ppb

% procenat (broj grama rastvorene supstance u 100 g rastvora) promil (broj grama rastvorene supstance u 1000 g rastvora)ppm (parts per million)ppm = masa rastvorene supstance/masa rastvora x 106ppb (parts per bilion)ppb = masa rastvorene supstance/masa rastvora x 109

% Koncentracija -Koliinski (molarni) udeo (koliinski procenat) (n/n)-Broj molova rastvorene supstance / broj molova rastvora

Neimenovan broj: 0 1 Pomnoen sa 100: koliinski udeo izraen u %

% Koncentracija -Zapreminski udeo (zapreminski procenat) - (v/v)-

Zapremina rastvorene supstance / zapremina rastvora Neimenovan broj: 0 1 Pomnoen sa 100: zapreminski udeo izraen u %

% Koncentracija - Maseno/zapreminski udeo (procenat) (m/v) -

Masa rastvorene supstance / zapremina rastvora

Molalitet molalna koncentracijaMolalitet (m) molovi rastvorene supstance / kg rastvaraa

Odnos koliine rastvorene supstance B i mase rastvaraa A Molalitet jedina jedinica koncentracije iji imenioc sadri samo informacije o rastvarau umesto o rastvoru

Gustina rastvoraVoda: = 1 g/cm3 (4oC)Rastvor: w < 5 %, 1 g/cm3

Vano !!!Pri meanju dva rastvora razliitih koncentracija ili razblaivanju koncentrovanih rastvora vodom zapremina nastalog rastvora (V3) ne mora biti jednaka zbiru poetnih zapremina (V1 i V2):

V1 + V2 < V3 (irenje zapremine)V1 + V2 > V3 (kontrakcija zapremine)V1 + V2 = V3 kod razblaenih rastvora

Masa nastalog rastvora (m3) uvek je jednaka zbiru masa rastvora koji se meaju (m1 i m2):

m1 + m2 = m3

Hemijska ravnotea

Hemijska ravnoreaReakcije koje se koriste u analitikoj hemiji i hemijske reakcije uopte retko kad teku do krajaOne se uglavnom odvijaju do stanja hemijske ravnotee, u kome je odnos koncentracija reaktanata i proizvoda reakcije konstantan (stalan)Izraz za konstantu ravnotee je matematika jednaina koja opisuje odnos koncentracija proizvoda i reaktanata u ravnotei

Koncentracija0VremePoetno stanjePromenaRavnoteaRavnoteno stanjeNapredovanje hemijske reakcije: A+B = C+DA i B isezavajuC i D nastaju

Kada je brzina nastajanja proizvoda jednaka brzini kojom se proizvodi razlau dajui reaktante kaemo da je postignuto stanje hemijske ravnoteeGde su:A, B, C i D molekuli, atomi ili joni reagujuih supstanci i proizvoda (hemijske formule reaktanata i proizvoda)a, b, c, d koeficijenti

a molova supstance A reaguje sa b molova supstance B dajui c molova supstance C i d molova supstance D

Pretpostavimo da imamo hemijsku reakciju opteg tipa:Hemijska ravnotea je dinamiko stanje (reakcija se ne zaustavlja) u kome su brzine polazne i povratne reakcije jednakeBrzina reakcije sa leva na desno jednaka je brzini reakcije sa dena na levo

Odnos koncentracija proizvoda i koncentracija reaktanata u stanju ravnotee menja se od reakcije do reakcije i zavisi pre svega od prirode reaktanata, ali i od:- temperature pritiska poetne koncentracijeova tri faktora mogu se menjati

Mogunost primene neke hemijske reakcije u hemijskoj analizi direktno zavisi od poloaja ravnotee

U koju stranu ravnotea reakcije treba da bude pomerena, da bi reakcija mogla da se koristi u hemijskoj analizi?U stanju hemijske ravnotee koncentracije svih uesnika reakcije postaju konstantne, ali reakcija ne prestaje, ve su brzine reakcija sa leva na desno i sa desna na levo jednake dinamika ravnotea

Le Chatelier-ov principUticaj reakcionih promenjivih:-temperature-pritiska-koncentracijena poloaj ravnotee moe se predvideti na osnovu Le Chateiler-ovog principa

Ako se uslovi u kojima se sistem nalazi u stanju ravnotee promene, ravnotea u sistemu e se pomerati u pravcu koji potpomae uspostavljanje poetnih uslova.

Poloaj hemijske ravnotee uvek se pomera u smeru u kome e se osloboditi dejstva primenjenog spolja.Svaki spoljanji uticaj na sistem koji se nalazi u stanju ravnotee, izaziva pomeranje ravnotee u onom smeru u kome dolazi do smanjenja tog uticaja.

Brzina hemijske reakcijeVremePoetna ravnoteaDodavanje vika ANova ravnoteaLDDLDLA + B = C + DDL+AdodatakUticaj koncentracije na hemijsku ravnoteuta to praktino znai?Ako se sistemu u stanju ravnotee doda jedan od reaktanata, ubrzava se direktna reakcija i ravnotea se pomera u desno

Ako se ravnotenom sistemu doda jedan od proizvoda reakcije, ubrzava se povratna reakcija i ravnotea se pomera u levota se deava ako se iz reakcije uklanja jedan od proizvoda, zbog ega je to bitno za analitiku hemiju?Sve su ovo primeri dejstva Le Chateiler-ovog principa U kvantitativnoj analizi posebno je vaan uticaj dodatka jednog od reagenasa u reakcionu smeu. U ovom sluaju ravnotea se pomera u pravcu u kome e se delimino potroiti dodati reagens, praktino ravnotea se pomera u pravcu nastajanja vika proizvoda ili u desnu stranuUticaj koncentracije na hemijsku ravnoteu

Uticaj temperature na hemijsku ravnoteuAko je reakcija u jednom smeru endotermna, u suprotnom smeru je egzotermnaN2(g) + O2(g) 2NO(g), rH= +90.5 kJ/mol endotermnaegzotermnaZagrevanje ravnotenog sistema ubrzava endotermne reakcijeHlaenje ravnotenog sistema ubrzava egzotermne reakcijeNa ovaj nain kompenzuje se spoljanje dejstvo - Le Chateiler-ovog principKakav praktian znaaj to moe da ima u analitikoj hemiji?

Promena pritiska utie na poloaj ravnotee samo ako je broj molekula sa leve i desne strane razliitUticaj pritiska na hemijsku ravnoteuPromena pritiska utie na poloaj ravnotee, naravno samo kod gasovitih ravnotenih sistemaPoveanje pritiska pomera ravnoteu u pravcu nastajanja manjeg broja molekula, jer se tada smanjuje pritisak i kompenzuje spoljanji uticaj - Le Chatelier-ov principNpr. ako se poveava pritisak u gasovitom ravnotenom sistemu:2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)ravnotea se pomera u desno, tj. u smeru nastanka manjeg broja molekula

Zakon o dejstvu masa i konstanta ravnotee hemijske reakcije

Posmatrajmo hemijsku reakciju opteg tipa:U stanju dinamike ravnotee koncentracije svih uesnika reakcije date su odnosom:Ovakav izraz primenjuje se na sve hemijske ravnotee i predstavlja matematiki izraz zakona o dejstvu masa (Guldberg-Waage, 1867. god.)K je konstanta ravnotee

Velika vrednost K reakcija je pomerena u pravcu nastajanja proizvoda (u desno), praktino vea je koncentracija proizvoda u stanju ravnoteeK 1 ravnotea je pomerena u stranu reaktanata (u levo)Ako se koncentracija nekog od uesnika reakcije promeni, menjaju se koncentracije i ostalih uesnika reakcije, ali tako da K ostaje konstantno

Poloaj ravnotee se menja ali K ostaje isto

Proizvodi reakcije iznad razlomake crte (u brojiocu)Reaktanti ispod razlomake crte (u imeniocu)

Brzina hemijske reakcijeVremePoetna ravnoteaDodavanje vika BNova ravnoteaLDDLDLA + B = C + DDL+BdodatakUticaj koncentracije na hemijsku ravnoteuta to praktino znai?Pr. Ako sistemu u ravnotei dodamo reaktant B, dolazi do dalje reakcije izmeu A i B, smanjuje se koncentracija A i poveavaju se koncentracija C i D sve dok se ponovo ne uspostavi ravnotea. Kada se nove koncentracije A, B, C i D uvrste u izraz za konstantu ravnotee dobija se ista vrednost K

ta se deava ako npr. proizvod C uklanjamo iz ravnotee?

jonski proizvod vode ili konstanta autoprotolize vodePraktini znaaj zakona o dejstvu masa i konstante ravnotee u analitikoj hemijiNjegovom primenom izvedena je pH skalaPrimenom zakona o dejstvu masa na ravnoteu disocijacije vode, dobija se izraz:

Poto se uzima da je koncentracija molekula H2O velika i da se praktino ne menja, imenilac je jednak 1, pa se dobija:

H2O +H2O H3O+ + OH-

CH3COOH + H2O CH3COO- + H3O+Konstanta ravnotee procesa disocijacije Ka naziva se konstanta kiselosti ili konstanta disocijacije kiselina, i govori o jaini kiselineSiretna kiselina je slaba kiselina ravnotea disocijacije je pomerena u levu stranu (K1)Kod baza postoji analogna konstanta baznostiPraktini znaaj zakona o dejstvu masa i konstante ravnotee u analitikoj hemijiPrimenom zakona o dejstvu masa na ravnoteu disocijacije siretne kiseline, dobija se izraz:

Cu2+ + 4NH3 Cu(NH3)42+Konstanta ravnotee ovog procesa Kn naziva se opta konstanta obrazovanja kompleksa, i govori o stabilnosti nastalog kompleksnog jedinjenjaPraktini znaaj zakona o dejstvu masa i konstante ravnotee u analitikoj hemijiPrimenom zakona o dejstvu masa na reakciju obrazovanja kompleksnih jedinjenja dobija se izraz:

Konstanta ravnoteeK opisuje poloaj ravnotee ali nita ne govori o brzini kojom se ravnotea uspostavlja

Poznate su reakcije sa vrlo velikim vrednostima K, to praktino znai da teku do kraja, ali pribliavanje ravnotee praktino tee neprimetnom brzinom, odnosno sporo, pa su neupotrebljive za analizuVrednosti konstante ravnotee imaju veliki praktini znaaj jer omoguavaju da se predvidi smer i potpunost hemijske reakcije

Uloga vode i vrste supstance u ravnoteamaAko u reakciji uestvuju: molekuli vode vrste supstanceOni se ne pojavljuju u izrazu za konstantu ravnoteeU izraz za konstantu ravnotee ulaze samo koncentracije rastvorenih i gasovitih supstanciCH3COOH + H2O CH3COO- + H3O+Npr.

Pr. Izraunati konstantu ravnotee sledee porvatne hemijske reakcije:CO(g) + Cl2(g) COCl2(g)ako je uzorak gasne smee na 200C sadrao 0,2 mol/dm3 ugljenik(II)-oksida, 0,3 mol/dm3 hlora i 1,2 mol/dm3 fozgena.K =COCl2COCl2Kada se u ovaj izraz uvrste brojane vrednosti dobija se:K =1,2 mol/dm3(0,2 mol/dm3 )(0,3 mol/dm3)= 20 mol/dm3

KONSTANTE DISOCIJACIJE SLABIH ELEKTROLITA

Supstance iji vodeni rastvori i rastopi provode elektrinu struju nazivaju se elektrolitiU elektrolite spadaju kiseline, baze i soliZnatno je vei broj supstanci iji vodeni rastvori i rastopi ne provode elektrinu struju neelektrolitaU neelektrolite spada veina organskih jedinjenja rastvornih u vodiPrema teoriji elektrolitike disocijacije (Arenijus) jedan deo molekula soli, kiselina i baza pri njihovom rastvaranju u vodi razlae se (disosuje) na jone

Mehanizam nastajanja jona je razliit:-kod jonskih jedinjenja dolazi do razgradnje kristalnih reetki pod uticajem polarnih molekula vode, pri emu se oslobaaju odgovarajui joni A+B- A+ + B- - kod polarnih kovalentnih jedinjenja dolazi najpre do jonizacije jedinjenja i obrazovanja jonskog para u kome su joni meusobno povezani elektrostatikim silama. Jonski par se zatim manje ili vie potpuno razdvaja na solvatisane jone, tj. dolazi do elektrolitike disocijacijejonizacijadisocijacijajonski par

(+)HCl(-) +H2O H3O+Cl- H3O+ + Cl- Na+Cl- Na+ + Cl-

Disocijacija (razlaganje na jone) je povratan proces, pa se u rastvoru elektrolita uspostavlja dinamika ravnotea izmeu dva suprotna procesa disocijacije i molarizacijeKvantitativna karakteristika stanja ravnotee u rastvoru je stepen disocijacije elektrolitaCH3COOH + H2O CH3COO- + H3O+

Stepen disocijacije je odnos broja disosovanih molekula prema ukupnom broju molekula elektrolita prisutnih u datom rastvoruAko je npr. od 100 molekula elektrolita u rastvoru disosovano 20, onda je stepen disocijacije: = 20100= 0,20 (20%)U zavisnosti od stepena disocijacije elktroliti se dele na: Jake elktrolite, 0,30 (30%) slabe elktrolite, 0,30 (30%)Brojna vrednost kree se od 0 do 1, odnosno od 0 do 100% slui za izraavanje jaine elektrolita

Poto je proces disocijacije slabih elektrolita na jone povratan (reverzibilan), moe se primeniti zakon o dejstvu masaJaki elektroliti su u vodenom rastvoru skoro u potpunosti disosovani na jone, pa proces disocijacije ovih jedinjenja moemo posmatrati kao nepovratan procesU rastvorima slabih elektrolita uspostavlja se dinamika ravnotea izmeu nedisosovanih molekula i nastalih jonaCH3COOH + H2O CH3COO- + H3O+NH3 + H2O NH4+ + OH-

Zakon o dejstvu masa moe da se primeni samo na slabe elektroliteBA B+ + A-Primenom zakona o dejstvu masa na ovu ravnoteu dobija se:Disocijacija slabog elektrolita BA u vodenom rastvoru moe se prikazati jednainom:B+, A-, BAsu ravnotene koncentracije

K konstanta disocijacije zavisi od prirode elektrolita rastvaraa temperatureIzmeu stepena i konstante disocijacije aproksimativno vai sledei odnos:Ako se radi o veoma slabom elektrolitu (1),moe se uzeti da je 1- 1, pa se gornji izraz moe se uprostiti:odnosnoKonstanta ravnotee K, procesa disocijacije slabog elektrolita naziva se konstanta disocijacijeto je K vee elektrolit je jai

Pr. Stepen disocijacije siretne kiseline u rastvoru koncentracije 0,1 mol/dm3 iznosi 0,0132. Izraunati konstantu disocijacije ove kiseline.K = 2c1-= 0,01322 0,1 mol/dm3 1- 0,0132= 1,77 10-5 mol/dm3

**