Roztoky, difúze, osmóza
Roztoky
- Roztokem rozumíme homogenní směs skládající se nejméně ze dvou látek, jejichž zastoupení můžeme v určitých mezích plynule měnit
- Roztok se skládá z rozpouštědla a rozpouštěné látky:
- Rozpouštědlo je látka, která je v soustavě v nadbytku
- Ve vodných ¤ je vždy rozpouštědlem voda
- V ¤ vzniklých smísením látky pevné nebo plynné s kapalnou je rozpouštědlem kapalina
- Roztok vzniká rozpuštěním látek v daném rozpouštědle:
- Rozpouštěná látka se postupně rozptyluje mezi částice rozpouštědla, z ¤ ji lze získat v nezměněné formě; kyslík, dusík; cukr ve vodě
- Mezi rozpouštěnou látkou a rozpouštědlem probíhá chemická reakce, která trvale mění povahu rozpouštěné látky; kovy v kyselinách, amoniak ve vodě
Roztoky se dělí:
1. Podle vlastností rozpouštěné látky
- Neelektrolyty – vznikají rozpouštěním látek, jejichž molekuly jsou nepolární, do ¤ přecházejí ve formě molekul; roztoky jsou nepolární, neobsahují volně pohyblivé ionty
- Elektrolyty – vznikají rozpouštěním iontových sloučenin v polárních rozpouštědlech, vzniklý roztok obsahuje pohyblivé el. nabité ionty – vede el. proud
2. Podle skupenství
- pevné (slitiny kovů)
- kapalné (kapalná, plynná nebo pevná látka rozpuštěna v kapalném rozpouštědle)
- plynné (vzduch)
¤ nasycený – za daných podmínek se v něm nerozpustí více rozpouštěné látky (vzniká rovnovážný stav, kdy množství látky rozpuštěné a vyloučené jsou si rovny)
¤ nenasycený – za daných podmínek se v něm rozpustí další množství rozpouštěné látky
¤ přesycený
Rozpustnost látky
- V určitém rozpouštědle je dána hmotností (látkovým množstvím) látky, která se za daných podmínek (teplota, tlak) rozpustí v hmotnostním nebo objemovém množství rozpouštědla za vzniku nasyceného roztoku
Výpočty složení a změn ve složení roztoků
1. Hmotnostní zlomek látky B, wB
wB = mB / mr mB = hmotnost rozpuštěné látky
mr = hmotnost roztoku
mr = mB + mR mr = hmotnost rozpouštědla
Vynásobením hmotnostního zlomku wB stem získáme hmotnostní procento látky: B = wB x 100
2. Objemový zlomek látky B, φB
φB = VB/ Vr VB = objem rozpouštěné látky
Vr = objem roztoku
Vr = VB + VR VR = objem rozpouštědla
Vynásobením objemového zlomku stem získáme objemové procento látky: B = φB x 100
3. Molární zlomek látky B, XB
XB = nB / ∑ini nB = látkové množství látky B
∑ini = součet látkových množství všech látek v roztoku
4. Látková koncentrace cB látky B
cB = nB / V V = objem roztoku
jednotka: mol.m-3, mol.dm-3
molarita
5. Hmotnostní koncentrace látky B, cB
cB = mB / V mB = hmotnost rozpuštěné látky
jednotka: kg.m-3,g.dm-3, mg.cm-3
MOLARITA – počet molů látky v litru roztoku
X = nB / ∑ini
počet molů n = m / M M = součet relativních atomových hmotností
Změny složení roztoků
- Smísení dvou roztoků stejné látky A o různém složení – w1 * m1 + w2 * m2 = (m1 + m2) * w
- Přidání čistého rozpouštědla (w2 = 0) – w1 * m1 = (m1 + m2) * w
- Přidání čisté látky (w1 = 100%) – m1 + w2 * m2 = (m1 + m2) * w
Mnohostranný význam roztoků
- Kvalitativní analytická chemie (= kvalitativní analýza) zkoumá složení studované látky
- Kvalitativní analýzou se dokazuje přítomnost prvků (v podobě atomů nebo jednoduchých i složených iontů, popř. charakteristických skupin) ve zkoumané látce
- Výsledkem kvalitativní analýzy je zpravidla pojmenování zkoumané látky
- Komplexotvorné a srážecí reakce → rychlé, iontové, bez vedlejších produktů, barevný efekt
Dělení kationtů do analytických tříd
- H2S dnes nahrazujeme sulfanovou vodou H3O+ + S2- (sulfanová voda musí být čerstvá
S2- – 2e– → S0 zkalení roztoku, neúčinný)
Fyzikálně-chemické procesy v živých soustavách
Difúze: samovolný přechod částic ve směru koncentračního spádu bez dodání energie.
V živých soustavách usnadňují difúzi přes buněčné membrány tzv. přenašeče (i proti koncentračnímu spádu, jedná se o tzv. aktivní transport (s dodáním energie)
Osmóza: samovolný průchod molekul přes polopropustnou (semipermeabilní) membránu proti směru koncentračního spádu (bez dodání energie).
Membrána propouští pouze menší molekuly rozpouštědla, takže v jedné části se snižuje koncentrace a zvyšuje objem, zajišťuje transport vody v živých soustavách kvantitativním vyjádřením osmózy je osmotický tlak (závisí na koncentraci a teplotě)
Koloidní charakter: buňky jsou koloidní systémy, kde dispergované částice jsou např. bílkoviny, nukleové kyseliny nebo sacharidy. Nebo se menší molekuly sdružují do větších celků – na principu micelárních koloidů je zbudována struktura biologických membrán (micela = shluk molekul)