MF Skerget 1

1

1

Raztopine

Red. prof. dr. Škerget Mojca

2

1. Uvod

2. Proces raztapljanja

3. Nasičene raztopine, topnost in koncentracija

4. Koligativne lastnosti raztopin

Parni tlak, vrelišče in tališče

Osmoza in osmotski tlak

Koligativne lastnosti raztopin elektrolitov

5. Koloidne raztopine

6. Fazna ravnotežja (heterogena ravnotežja) Definicija

Nernstov porazdelitveni zakon

Henry – Daltonov zakon

Adsorpcija na trdnih površinah

Ravnotežni pojavi ob membranah

7. Uporaba separacijskih procesov Destilacija, Sušenje, Kristalizacija,

Ekstrakcija tekoče-tekoče, Dializa,

Kromatografija

2

3

Čiste snovi imajo definirano kemijsko sestavo in

definirane fizikalne lastnosti

s fizikalnimi metodami se ne dajo razgraditi oz. ločiti

Zmesi se običajno dajo ločiti v posamezne čiste snovi z uporabo

različnih fizikalnih metod

kemijska sestava zmesi ni definirana, fizikalne lastnosti zmesi

nihajo v širokih mejah.

Uvod - definicije

Raztopine so zmesi čistih snovi in so sestavljene iz topila in

v njem raztopljega topljenca.

Raztopine: 1. Uvod

4

Snovni sistem je:

homogen ena faza

heterogen več faz

Snovni sistem, ki se nahaja v nekem agregatnem stanju in

je navzven enoten, označimo kot fazo.

Disperzni sistem - zmes majhnih delcev dveh (ali več)

snovi, ki je navidezno homogena.

Glede na velikost delcev raztopine, koloide, suspenzije

Raztopine: 1. Uvod

3

5

disperzni

medij

Dispergirana

faza Primer

Plin tekočina atmosferska megla; aerosoI

trdno dim

plin voda (reke, morja)

tekočina tekočina oljne kapljice v vodi (emulzija),

vodna raztopina etanola

trdno suspenzija srebrovega klorida v vodi,

vodna raztopina natrijevega klorida

plin plovec (zračni mehurčki v kalcitu),

vodik v paladiju

trdno tekočina Amalgam

trdno medenina (cink+baker)

jeklo (ogljik+železo)

Disperzni sistemi

Raztopine: 1. Uvod

6

*

Snov

Homogene

snovi

Heterogene

zmesi

Čiste

snovi

Homogene

zmesi

Kemijski

elementi

Kemijske

vezi

* ** **

Razdelitev snovi (* = ločitev zahteva uporabo fizikalnih metod,

** = pretvorba snovi zahteva kemijske postopke).

Raztopine: 1. Uvod

4

7

Raztopine: 1. Uvod

8

Shema hidratacije in raztapljanja

(a) Ionski kristal (b) molekulski kristal

Proces raztapljanja

Raztopine: 2. Proces raztapljanja

Nastanek raztopine, to je porazdelitev gradnikov (molekul, ionov)

ene faze med gradniki druge faze omogočajo molekulske

(van der Waalsove) vezi.

Molekule topila privlačijo in obdajo molekule oz. ione topljenca

solvatacija oz. hidratacija.

5

9

Topilna entalpija - množina toplote, ki se sprošča ali porablja

pri raztapljanju 1 mola topljenca.

Izračunamo jo iz mrežne in solvatacijske energije.

Ker se pri nastanku vezi energija vselej sprošča, je solvatacija

(hidratacija) eksotermen proces.

Pri raztapljanju se lahko toplota sprošča ali porablja. Ko je:

• energija, ki se sprosti pri solvataciji > od energije, ki je potrebna

za prekinitev vezi v kristalu sistem se med raztapljanjem greje.

• energija, potrebna za prekinitev vezi v kristalu > energija, ki se

sprosti pri solvataciji sistem se med raztapljanjem hladi.


10

podobno se topi v podobnem:

v polarnih topilih polarne snovi in ionski kristali,

v nepolarnih topilih nepolarne snovi

a b c

a - zgornja polarna faza (voda) in

spodnjo nepolarna faza (CH2Cl2)

b - nepolarni topljenec I2 se topi v

nepolarnem topilu

c - polarni topljenec Ni(NO3)2 se topi

v polarnem topilu.


6

11

Namesto izrazov polaren / nepolaren uporabljamo

pogosto izraze :

hidrofilen / hidrofoben, če se nanaša na vodo oz.

lipofilen / lipofoben, če se nanaša na nepolarne lipide.


12

Nasičene raztopine, topnost in koncentracija

Topnost je maksimalna količina topljenca, ki se

lahko raztopi v določeni količini topila.

Nasičena raztopina - raztopina, ki vsebuje

maksimalno množino topljenca

topnost izražamo na dva načina:

a) c = molarna koncentracija nasičene raztopine (mol/l)

b) t = masa topljenca na 100g topila (g/100 g topila)

Topnost je odvisna od temperature.

Raztopine: 3. Nasičene raztopine, topnost in koncentracija

7

13 Topnost trdnih snovi v vodi


14

Topnost trdnih snovi v vodi

Topnost

(g t

oplj

enca

/ 1

00 g

vode)

Temperatura (°C)


8

15

Topnost plinov v vodi

Topnost

(g t

oplj

enca

/ 1

00 g

vode)

Temperatura (°C)


16

Koncentracijo običajno izražamo na naslednje načine:

(mol/L)V

nXc X

X

mol/kg)(XY

XX

m

nb

i

in

nx X

X

g/L)(XX

V

m

i

im

mw X

X

Masni delež

(odstotna koncentracija):

Masna koncentracija:

Molski delež :

Molalna koncentracija :

Molarna koncentracija:


9

17

Koligativne lastnosti raztopin

znižanje parnega tlaka topila

zvišanje vrelišča

znižanje zmrzišča

osmozni tlak

odvisne od količine topljenca v določenem volumnu topila,

neodvisne od narave topljenca in topila.

0

iii Pxp Raztopine: 4. Koligativne lastnosti

18

Raztopina ima praviloma

nižji parni tlak od topila.

Za idealne raztopine - Roultov zakon:

pi = ravnotežni parcialni tlak komponente i nad raztopino

= parni tlak čiste komponente i

xi = molski delež komponente i v raztopini

0

iii Pxp

0

iii Pxp

0

iP

Parni tlak

Raztopine: 4. Koligativne lastnosti

10

19

0

212

0

111 )1( PxpinPxp

i

ir PxPxpppP 0

22

0

1121

Za binarni sistem

parni tlak raztopine

znižanje parnega tlaka idealne raztopine je premosorazmerno

z molskim deležem topljenca.


Realne raztopine pozitivna ali negativna odstopanja od

Raoultovega zakona.

20

Odvisnost parnega tlaka raztopine od koncentracije:

a - idealna raztopina

b -realna raztopina; pozitivno odstopanje od Raoultovega zakona

c -realna raztopina; negativno odstopanje od Raoultovega zakona

a b c


11

21

Odstopanje od Raoultovega zakona je posledica različne jakosti

molekulskih vezi med molekulami topila in topljenca.

Če so vezi med molekulami topila in topljenca v raztopini šibkejše

od vezi med molekulami v čistem topilu in v čistem topljencu,

se skušajo molekule izločiti iz raztopine, zato pride do pozitivnega

odstopanja od Raoultovega zakona, (to je do prevelikih parnih tlakov

glede na idealno stanje).

Če so vezi med molekulami topila in topljenca v raztopini

močnejše od vezi med molekulami v čistem topilu in čistem

topljencu, pride do negativnega odstopanja od Raoultovega zakona.


22

V razredčenih raztopinah plinov v tekočinah je topnost

plina v tekočini (xi) običajno proporcionalna parcialnemu

tlaku plina v plinski fazi – Henryev zakon:

iii kxPyp

k = Henryjeva konstanta (odvisna od temperature)


12

23

Henryjeve konstante

za nekatere pline v vodi

Hen

ry-j

eve

ko

nst

ante

(b

ar x

10

-4)


24

Znižnje tališča in zvišnje vrelišča raztopine

Tvrel = Ke b

Ttal = Kk b

Ke = ebulioskopska konstanta

Kk = krioskopska konstanta

b = molalna koncentracija

Ebulioskopska krioskopska

topilo konstanta konstanta

(kg/mol) (kg/mol)

Voda 0,513 1,86

Ocetna kislina 3,14 3,00

Benzen 2,67 5,12


Ker ima raztopina nižji parni tlak od topila, je njeno tališče nižje,

vrelišče pa višje od topila.

13

25

Fazni diagram za vodo (polna črta) in

vodno raztopino nehlapnega topljenca (črtkana črta)

Ttal - znižanje tališča

Tvrel - zvišanje vrelišča


26

Osmoza je pojav, pri katerem

prehaja (difundira) topilo skozi

polprepustno membrano iz manj

koncentriranih v bolj

koncentrirane raztopine.

Membrana je prepustna le za

topilo, ne pa tudi za raztopljene

snovi (za razliko od dialize!) .


Osmoza in osmotski tlak

Osmoza

(voda prehaja

membrano zaradi

konc. gradienta)

14

27

čisto

topilo

h

začetno

stanje

ravnotežje

polprepustna

membrana

polprepustna

membrana

čisto

topilo

raztopina raztopina

Smer difuzije topila


Princip osmoze:

28

Princip osmoze: topilo zaradi koncentracijskega gradienta

difundira iz leve celice v desno in raztopina v desni celici

se zato razredčuje. Hkrati se zaradi vtoka topila dviguje

nivo raztopine v desni celici in pojavi se tlak p, ki ga

imenujemo hidrostatski tlak. To ponovno poveča težnjo

molekul topila, da difundirajo v levo celico. V ravnotežju

je število molekul, ki difundira preko membrane v obeh

smereh enako. Tlak se imenuje osmotski tlak.


15

29

Zvezo med osmotskim tlakom in koncentracijo raztopine

podaja van t'Hoffov zakon:

TRc = osmotski tlak,

T = temperatura,

R = plinska konstanta in

c = molarna koncentracija


Osmotski tlak narašča z naraščajočo koncentracijo in temperaturo.

30

Koligativne lastnosti raztopin elektrolitov

Koligativne lastnosti so odvisne od števila delcev

topljenca v raztopini in ne od njegove narave.

Če neka snov v raztopini disociira:

NaCl Na+ + Cl-

se koligativne lastnosti spremenijo za nek faktor.

Osmotski tlak, znižanje tališča in zvišanje vrelišča raztopine

NaCl so 2 X večji kot v primeru, če bi bile v raztopini

molekule NaCl.


16

31

Za raztopine elektrolitov je zato van t'Hoff vpeljal

korekcijski faktor i:

•zvišanje vrelišča:

•znižanje tališča:

•osmotski tlak: TRci

Ttal. = i Kk b

Tvrel. = i Ke b


32

Koligativne lastnosti elektrolitov so vselej višje od koligativnih lastnosti neelektrolitov enake molarnosti.

Za razredčene raztopine ustreza faktor i številu ionov, ki nastanejo iz formulske enote topljenca.

Primeri:

za razredčene raztopine elektrolitov, kot so npr.

HCI, NaOH, NaBr, KJ, CaSO4 i = 2

MgCI2, CaBr2, Na2SO4 i = 3

AlCl3, Na3PO4 i = 4


17

33

Osmoza je pomemben pojav v bioloških sistemih in živih organizmih.

Z osmozo sprejemajo celice skozi celične stene snovi (hrano).

Večje koncentracijske razlike na polprepustnih membranah

povzročijo visoke tlake, kar lahko povzroči, da membrana poči.

To lahko opazujemo na eritrocitih (rdečih krvnih telesih).

Raztopine: 6. Fazna ravnotežja

34

Če jih suspendiramo v hipertonični raztopini, torej raztopini z višjim smotskim

tlakom kot je v celici, se celice skrčijo zaradi oddajanja vode.

Hipertonična raztopina Hipotonična raztopina Isotonična raztopina

Vzdrževanje normalne funkcije eritrocitov zahteva v okolici isotonično raztopino

(= enak osmotski tlak).

Če jih suspendiramo v vodi, je voda v primerjavi s celično raztopino hipotonična

zaradi difuzije vode v celice eritrociti nabreknejo in počijo (“osmotski šok”).


18

35

S povečevanjem tlaka znotraj posebnih membran lahko proces

osmoze obrnemo – iz koncentriranih raztopin »iztisnemo« vodo.

Ta proces lahko uporabimo npr za pridobivanje pitne vode iz

morske vode (reverzna osmoza).

Osmotski tlak je odvisen od števila delcev topljenca v topilu in ne

od narave topljenca (velikosti, stanja).

Neraztopljene snovi ne vplivajo na osmotski tlak.


36

Pri nevarnosti odpovedi ledvic ali možganskem edemu lahko

uporabimo osmodiuretike kot npr. sladkorni alkohol manitol,

zato da se izognemo neželjenemu nabiranju vode (odvečna voda

se izloči zaradi osmotskega tlaka). Te substance se v ledvicah

filtrirajo in se ne resorbirajo.

Osmodiuretika


19

37

Koloidne raztopine

Raztopine: 5. Koloidne raztopine

sistem s trdnim topljencem v tekočem topilu

velikost delcev topljenca v solu je 10 in 1000 Å (100 nm)

koligativne lastnosti koloidnih raztopin so slabo izražene

koloidne raztopine vsebujejo v primerjavi s pravimi

raztopinami razmeroma majhno število delcev

38

Vrsta

zmesi

Vrsta delcev Pojav pri

prehodu

svetlobe

Posedanje Separacija

delcev

Raztopina mali delci kot npr.

posamezni

atomi, ioni ali

molekule

prozornost delci ne

posedajo

ne moremo

ločiti s

filtracijo ali

polprepustno

membrano

Koloid večje molekule in

skupine molekul

ali ionov

Tyndallov efekt delci ne

posedajo

ne moremo

ločiti s

filtracijo,

lahko pa s

polprepustno

membrano

Suspenzija zelo veliki delci,

ki so vidni

motnost -

neprozornost delci hitro

posedajo

lahko ločimo s

filtracijo

Lastnosti raztopin, koloidov in suspenzij


20

39

Koloidi - Tyndallov efekt


Koloidne raztopine imajo to lastnost, da pri prehodu svetlobnega

žarka, veliki delci topljenca sipajo svetlobo tako, da postane žarek

viden.

40

Fazna ravnotežja (heterogena ravnotežja)

Nek sistem je pri določenih (konstantnih) zunanjih pogojih (T,P)

v ravnotežju, če se je neka snov razporedila med dve ali več faz in

se sestava s časom ne spreminja več.

Pri tem ni prišlo do kemijske reakcije, tako da lahko snov

separiramo iz posamezne faze nespremenjeno.

Heterogena ravnotežja skrbijo v človeškem telesu za snovni

transport iz enega dela telesa v drugi.

Fazna ravnotežja so osnova za ločitev snovi v kemijski in

biokemijski analitiki.


21

41

Nernstov porazdelitveni zakon

A,2

A,1

x

xK

Dvema tekočinama, ki se medsebojno ne mešata dodamo snov A,

ki se topi v obeh topilih. Po močnem premešanju se komponenta

A porazdeli med obe fazi.

Razmerje koncentracij v obeh fazah v ravnotežju imenujemo

porazdelitveni koeficient:

xA,1 = delež komponente A v lažjem topilu

xA,2 = delež komponente A v težjem topilu


42

Porazdelitveni procesi v telesu

Zdravila morajo biti lipofilna, morajo pa vsebovati tudi hidrofilne

dele, saj lahko le preko krvnega obtoka pridejo do mesta delovanja.

Premagati morajo t.i. upore, ki omejujejo snovno izmenjavo, in ki se

nahajajo v obliki različnih tkiv (kapilar) med krvnimi žilami in

celicami. Ko premagajo te upore, je za učinek nato pomemben

porazdelitveni koeficient med membranami in celično tekočino.

Porazdelitveni procesi lahko imajo tudi negativne učinke:

primer - lipofilni insekticidi (kemijsko klorirani ogljikovodiki)

porazdeljeni v biosferi so se preko prehranjevalne verige porazdelili

tudi v maščobnem tkivu človeka (problem - dolga razpolovna doba!).


22

43

Henry – Daltonov zakon

pA = parcialni tlak komponente A v plinski fazi (bar)

xA = koncentracija komponente A v tekoči fazi (mol/l)

k = Henryeva konstanta

A

A

x

pk

k funkcija temperature, specifična za dan plin in topilo

Topnost plinov se običajno z naraščanjem temperature znižuje

in s povišanjem tlaka zvišuje.


Porazdelitev plinov med plinsko in tekočo fazo opišemo z

Henry-Daltonovim zakonom:

44

Henry-Daltonov zakon je pomemben za opis izmenjave plinov,

ki poteka pri dihanju:

parcialni tlak O2 v zraku vpliva na koncentracijo O2 v krvi;

koncentracija CO2 v krvi se regulira z dihanjem;

pri narkozi z N2O (smejalni plin) se le-ta na koncu izloči z dihanjem.


23

45

Plini in tekočine ali v tekočinah raztopljene snovi se na

površinah trdnih snovi bolj ali manj zadržujejo (adsorbirajo).

Trdno snov imenujemo adsorbent (npr. aktivno oglje, silikagel).

Količina adsorbirane snovi je odvisna od:

vrste adsorbenta in substance, ki se adsorbira

od vrste topila

velikosti površine adsorbenta

koncentracije substance, ki se adsorbira

temperature

Adsorpcija na trdnih površinah


46

Koncentracija raztopine

Ko

ličin

a a

dso

rbir

an

e s

no

vi

Splošen potek adsorpcijske izoterme


24

47

Ravnotežni pojavi ob membranah

z

1

2

Molekularna difuzija v plinu

Difuzija

Molekularna difuzija (prosta, pasivna difuzija) poteka

v homogeni zmesi zaradi težnje po izenačitvi koncentracije.


48

AAMA cDJ

dz

dcDJ A

ABzA,

Snovni fluks je definiran kot tok določene komponente,

ki preide v enoti časa enoto ploskve, orientirane pravokotno

na smer snovnega fluksa.

Zvezo med fluksom komponente A, ki se prenaša z difuzijo,

ter gradientom koncemtracije podaja Fickov zakon:

J

Ac

Za binaren sistem je

difuzija v eni smeri (z):

Difuzivnost (DAM) komponente A v zmesi M [m2/s] =

faktor proporcionalnosti med difuzijskim fluksom in gradientom

koncentracije


25

49

DAB (m2/s)

Plini

5 x 10-6 – 10-5

Tekočine

10-10 – 10-9

Trdne snovi

10-14 – 10-10

Velikostno območje difuzivnosti plinov, tekočin in trdnih snovi


DAB je funkcija tlaka, temperature in sestave sistema.

50

Enostavna difuzija poteka tudi takrat, ko dve raztopini z različno

koncentracijo komponente A ločimo z membrano, prepustno za

komponento A in topilo:

- molekule A difundirajo v smeri koncentracijskega gradienta.

- v ravnotežju je število molekul, ki difundirajo skozi membrano

enako v obeh smereh.

Difuzija je odvisna od:

• velikosti molekul in velikosti por membrane,

• viskoznosti topila in temperature,

• gradienta koncentracije.


26

51

Pasivna difuzija je v snovni izmenjavi žive celice z okolico prej

izjema kot pravilo.

V celicah se mora koncentracija določenih snovi pogosto vzdrževati

na nekem nivoju, ki je višji ali nižji kot je koncentracija v okolici

(npr. koncentracija K+ ionov je višja v celici kot v okolici).

Koncentracijski gradienti na celični membrani so tipični za žive

celice. Popolna izenačitev koncentracije s pasivnim transportom

pomeni za celico smrt.

Veliko snovi se v celico (ali iz nje) vnaša proti koncentracijskemu

gradientu, torej z uporabo energije (npr. K+/Na+ črpalke).

Ta postopek označujemo kot aktivni transport.


52

Dializa

Dializa temelji na difuziji

nizkomolekularnih komponent skozi

polprepustno membrano

ločitev nizkomolekularnih in

visokomolekularnih komponent.

Polprepustna membrana prepušča

majhne molekule topljenca in

molekule topila, medtem ko zadržuje

velike molekule topljenca

(npr. beljakovine, encime, itd).


Dializa

(topljenec prehaja

membrano zaradi

konc. gradienta)

27

53

Dializa v telesu

Odpadni produkti, presežne soli in voda se iz

telesnih tekočin odstranjujejo s pomočjo dialize, ki

poteka v ledvicah (nefronih).

arterija

vena

sečevod

ledvica nefron

arterija

vena

Kri

glomerulus

filtrat

zbirna

cevka

urin

sečevod


54

Hemodializa:

V primeru okvare ledvic, ta ne morejo več dializirati

odpadnih produktov presnove čiščenje krvi z “umetno

ledvico”.

Tipična aparatura vsebuje velik rezervoar z vodno raztopino

elektrolitov, v katero je potopljena membranska cev iz

celuloze.

urea in drugi

odpadni

produkti

membranska

cev

dializat

črpalka

kri

Dializirana

kri


28

55

Če so v postopkih porazdelitve ob membranah udeleženi

tudi ioni, tako kot je to slučaj v vseh živih sistemih,

obstaja razen težnje po izenačitvi koncentracij tudi

težnja po elektro- nevtralizaciji.


56


polprepustna

membrana

Donnanovo ravnotežje

K+

Cl –

protein

Smer difuzije

Osmotski tlak

Oznake:

I II

začetno stanje

zunaj znotraj

10 K+

10 Cl –

5 Prot –

5 K+ I II

ravnotežje

zunaj znotraj

polprepustna

membrana

6 K+

6 Cl –

5 Prot –

9 K+

4 Cl –

29

57

Začetno stanje: raztopini na obeh straneh membrane sta

elektronevtralni

• raztopina I: vsebuje K+ in Cl- ione,

• raztopina II: K+ ione in negativno nabite proteinske molekule

(membrana jih ne prepušča).

Nato se prične snovni prenos:

• difuzija Cl- ionov iz I v II (zaradi koncentracijskega gradienta).

• za ohranitev elektronevtralnosti, morajo slediti tudi K+ ioni (najprej

v smeri koncentracijskega gradienta in nato celo proti njemu).

Difuzija K+ in Cl- ionov poteka tako dolgo, dokler se ne vzpostavi tako

imenovano Donnanovo ravnotežje.


58

IIIIII ClKClK

Donnanovo ravnotežje

je doseženo, ko je produkt koncentracij ionov, ki

difundirajo, na obeh straneh membrane enak:


Na obeh straneh membrane imamo ponovno elektronevtralno stanje.

Na sliki predstavljena situacija, velja za vse žive celice.

Raztopina II pri tem ustreza intraceličnemu prostoru, raztopina I pa

ekstraceličnemu prostoru.

30

59

Iz slike je razvidno, da se število delcev v raztopini I in II ne nahaja

v ravnotežju. V začetnem stanju je bilo večje v raztopini I, v

ravnotežju pa v raztopini II.

Med samim procesom poteka osmoza:

v začetnem stanju difundirajo molekule vode iz raztopine II v

raztopino I v raztopini I se pojavi osmotski tlak.

V ravnotežju se situacija obrne: osmotski tlak se pojavi v raztopini II.

Zaradi »osmotskega neravnotežja« so K+ ioni delno prisiljeni zapustiti

raztopino II na zunanji strani membrane se pojavi prebitni + naboj,

na notranji strani membrane pa – naboj zaradi proteinskih anionov.

Pojavi se membranski potencial, t.i. Donnanov potencial, ki ima za

dan primer negativni predznak (znotraj – naboj).


60

Obstajajo določene celice, ki reagirajo na fizikalni ali kemijski

dražljaj s specifično reakcijo, t.j. vzburjenjem, ki ga lahko prevajajo

dalje. Ta sposobnost je še posebej izražena v živčnih celicah

človeka. V mirovanju znaša potencial na membrani do -100 mV.

V celicah je koncentracija K+ ionov višja kot je koncentracija Na+

ionov, zunaj celice je ravno obratno. Pri vzburjenju živcev se pod

vplivom nevronov permeabilnost membrane za Na+ ione poviša,

pride do depolarizacije, potencial se lahko celo obrne (pozitiven

notri in negativen zunaj). Električni impulz se prevaja dalje.

Potencial v mirovanju se lahko ponovno vzpostavi z difuzijo K+

ionov v smeri koncentracijskega gradienta ven iz celice. Moteno

razmerje koncentracije K+ in Na+ ionov v celici se ponovno izravna

z aktivnim transportom (Na+ ven, K+ not; »Na+/K+ črpalke«).

Živčni dražljaji, kaj je to?


31

61

Procesi difuzije, osmose in Donnanovo ravnotežje igrajo ob

membranah veliko vlogo, s to razliko, da se v živih sistemih

ravnotežja nikoli ne vzpostavijo.

Iz težnje po vzpostavitvi ravnotežja se tvori energija.

Brez aktivnega snovnega transporta, ki poteka v obratni smeri

koncentracijskemu gradientu in se zato energija porablja, se sistem

kmalu poruši.


62

Separacijski procesi

Destilacija

je operacija, s katero ločimo zmes hlapnih tekočin v posamezne

komponente ali skupine komponent. Uporabimo jo torej za ločitev

termično stabilnih substanc, ko so temperature vrelišč posameznih

komponent v zmesi oz. njihova hlapnost različne.

Raztopine: 7. Separacijski procesi

32

63

Enostavna (diferencialna) destilacija

Termometer

Hladilnik

Hladilna voda

Grelna kopel

Destilat


64

S sušenjem odstranjujemo iz vlažnih snovi hlapno

tekočino (voda, organska topila) z dovajanjem toplote.

Sušenje


33

65

Kristalizacija

je proces, pri katerem iz homogene faze nastajajo trdni delci.

Prenasičenje raztopine lahko dosežemo s hlajenjem raztopine

ali z uparjanjem topila, kar je odvisno od lastnosti sistema.

Za tem se topljenec izloči iz raztopine tako, da formira

kristale čistega topljenca, ker topnosti nečistoč običajno

ne presežemo.


66

Ekstrakcija tekoče-tekoče

je separacijski proces, ki temelji na razliki v topnosti.

Osnovno raztopino spravimo v kontakt z drugo raztopino

(topilom), ki se ne meša ali je le delno mešljiva z osnovno

raztopino in želena komponenta prehaja oz. se ekstrahira

v drugo raztopino.

Dobro ločitev dosežemo, ko je porazdelitveni koeficient

željene komponente med dvema topiloma visok.


34

67

je membranski separacijski proces s katerim ločujemo

nizko- in visokomolekularne komponente

Dializa


68

Kromatografija

je separacijska metoda, ki jo uporabljamo za kvalitativno

in kvantitativno analizo.

Postopek temelji na faznih ranotežjih, ki se vzpostavijo

med trdno in tekočo fazo (tekočinska kromatografija)

ali trdno in plinsko fazo (plinska kromatografija).

Trdna faza je stacionarna, medtem ko tekoča oz. plinska

faza tečeta preko nasutja trdne faze in predstavljata

mobilno fazo.

V toku mobilne faze se nahaja vzorec komponent, ki jih

želimo ločiti.


35

69

Pri vseh metodah temelji separacija komponent na enakem

principu:

posamezne komponente zaradi različnih kemijskih in

fizikalnih interakcij z mobilno in stacionarno fazo različno

hitro prehajajo med obema fazama, pri čemer se premikajo

le v mobilni fazi, v stacionarni pa mirujejo.

Na koncu pride do ločitve komponent.

Pri tem je pomebna tudi dolžina poti mobilne faze preko

stacionarne faze.


70

Tekočinska kromatografija (LC)

Kolonska k.

Visoko učinkovita

tekočinska k. (HPLC)

Tankoslojna k. (TLC)

Papirna kromatografija

Ionska kromatografija

Plinska kromatografija (GC)

Kromatografske metode Stacionarna faza Mobilna faza

adsorbenti

(silikagel,Al-oksid...)

Organska topila +

zmesi z vodo

adsorbenti v tankem

sloju na steklu ali foliji

papir

polimer z ionskimi

skupinami na površini

adsorbenti v koloni

adsorbenti v

visokotlačni koloni

Organska topila +

zmesi z vodo

Organska topila +

zmesi z vodo

zmesi org. topil

z vodo

Voda, pufri, solne

razt., org.topila

Plini: H2, He, N2


36

71

Tankoslojna kromatografija kromatografija (TLC)

I – nanos na startno črto a - pot komponente A

II – TLC kromatogram b - pot komponente B

c - pot mobilne faze

fazeelnmobipot

vzorcapotR f

Retenzijski faktor:

Startna črta

Fronta topila


72

Kolonska kromatografija:

I: nanos vzorca (zmes A+B) v mobilni

fazi na stacionarno fazo v stekleni

koloni.

II: spiranje z mobilno fazo

III: B se z mobilno fazo izloči iz kolone

in se nahaja v eluatu

stac.

faza

raztopina

A+B

eluat eluat

z B

cona z A

cona z B cona z A

Lij-ločnik z

mob. fazo


37

73

Plinska kromatografija (GC): primer kromatograma


74

Raztopine

38

75

Izračunaj:

1. Molarnost in molalnost 27 % raztopine žveplove (VI) kisline, ki

ima gostoto 1,198 kg/dm3.

2. Koliko molarna, molalna in odstotna je raztopina CuSO4, če smo

za 100 g raztopine porabili 5 g CuSO4·5H2O. Gostota raztopine

je 1,02 g/ml.

3. K 100 ml 96 % H2SO4 z gostoto 1,84 g/ml dolijemo 400 ml vode.

Dobimo raztopino z gostoto 1,2 kg/dm3. Koliko odstotna, molarna,

molalna je raztopina in kakšen je molski delež H2SO4 v raztopini?

4. Pri 0°C in tlaku 105 Pa se v 1 L vode topi 29 mg N2. Koliko mg

se ga topi pri 0°C in tlaku 3·105 Pa?

Raztopine: Naloge

76

5. Osmozni tlak krvi je pri 37°C 7,76 ·105 Pa. Izračunaj molsko,

molalno, masno koncentracijo raztopine saharoze in molski

delež saharoze v raztopini, ki je izotonična s krvjo.

Predpostavimo, da se pri raztapljanju sladkorja volumen vode

ne spremeni.

6. Osmozni tlak raztopine sečnine je pri 20°C 1,85·105 Pa.

Raztopino segrejemo na 35°C in razredčimo na 5 x volumen.

Kolikšen je osmozni tlak?

7. Kolikšen je pri 100°C parni tlak 10% raztopine karbamida

(sečnine) CO(NH2)2? Tlak vodne pare pri 100°C znaša

p0=105 Pa.

Raztopine: Naloge

39

77

8. Parni tlak dietiletra C2H5OC2H5 je pri 10°C p=3,89·104 Pa.

Če raztopimo 4,16 g hidroksi benzojske kisline (salicilna k.) v

80,7 g etra, pade parni tlak za 1,13·103 Pa. Izračunaj približno

vrednost molske mase salicilne kisline.

9. Pri kateri temperaturi vre 50% vodna raztopina saharoze

C12H22O11? Ke = 0,52 Kkg/mol

10. Kolikšna je koncentracija NaCl v masnih %, da je izotonična

s krvnim serumom, ki zmrzne pri –0,56°C. 1 ml seruma vsebuje

1 g vode. Kk = 1,86 Kkg/mol. NaCl je popolnoma ioniziran.

11. Če raztopimo 13 g kafre v 400 g dietiletra, se vrelišče zviša za

0,453 stopinje. Določi molsko maso kafre. Ke = 2,12 Kkg/mol.

Raztopine: Naloge

MF Skerget 1

Documents

Transcript of MF Skerget 1