WODA I ROZTWORY WODNE

WODA to tlenek wodoru (monotlenek diwodoru) o wzorze H₂O. Wg obecnej nomenklatury IUPAC woda nosi nazwę oksydan.
Jest to najbardziej rozpowszechniony związek chemiczny w przyrodzie.
Wody powierzchniowe pokrywają ok. 73% powierzchni kuli ziemskiej. Są to słone wody mórz i oceanów oraz słodkie wody w lodowcach, wodach podziemnych, rzekach, jeziorach. W atmosferze woda występuje w postaci pary wodnej.
Woda może występować w trzech stanach skupienia i może go zmieniać w zależności od ciśnienia i temperatury:
gazowej - para wodna
ciekłej
stałej - lód.
Ze względu na właściwości fizyczne i możliwość zmian stanu skupienia, nieustannie krąży w przyrodzie tworząc obieg zamknięty.

OBIEG WODY W PRZYRODZIE
parowanie wody (głównie z mórz, oceanów i gleby)
skraplanie wody i opadanie na ziemię w postaci opadów (deszczu, śniegu, gradu)
spływanie wody opadowej do zbiorników wodnych
wsiąkanie wody opadowej w glebę i krążenie w postaci wód podziemnych
pobieranie wody gruntowej przez rośliny i odparowywanie jej nadmiaru.

WODA (w postaci czystej-destylowana) jest bez smaku, bezbarwną, bezwonną cieczą. Wody naturalne zawierają domieszki substancji, które mogą nadawać jej smak i zapach.
Wrze w temperaturze 100^oC = 373K pod ciśnieniem 1013hPa.
Temperatura topnienia pod tym samym ciśnieniem wynosi 0°C = 273K.
Podczas zamarzania woda zwiększa swoją objętość (dlatego lód mający mniejszą gęstość, pływa po wodzie).
Gęstość wody zmienia się wraz ze zmianą temperatury - największą ma w temperaturze 4^oC.

W cząstecze wody, atomy wodoru połączone są z atomem tlenu wiązaniem kowalencyjnym spolaryzowanym. Wspólne pary elektronów przesunięte są w kierunku atomu tlenu, a więc cząsteczka wody ma dwa bieguny: ujemny w pobliżu atomu tlenu i dodatni przy atomach wodoru.
Cząsteczka wody jest dipolem i ma budowę polarną.
Kąt między wiązaniami tlen-wodór wynosi ok.105 stopni. W postaci lodu kąt między tymi wiązaniami jest większy i wynosi ok.108 stopni.
Polarna budowa cząsteczki wody sprawia, że jest ona dobrym rozpuszczalnikiem dla wielu substancji o podobnej budowie cząsteczki.

PODSTAWOWE POJĘCIA DOTYCZĄCE ROZTWORÓW WODNYCH

ROZPUSZCZANIE - wnikanie cząsteczek jednej substancji między cząsteczki drugiej substancji (nie jest to reakcja chemiczna, ale zjawisko fizyczne).

ROZPUSZCZALNOŚĆ - liczba gramów danej substancji, która rozpuszcza się w 100g wody, dając roztwór nasycony w danej temperaturze.

ROZTWÓR - mieszanina jednorodna, składająca się z rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej, np. roztwór soli.

ROZTWÓR NASYCONY - taki roztwór, w którym nie można rozpuścić więcej substancji w danej temperaturze.

ROZTWÓR NIENASYCONY - taki roztwór, w którym można rozpuścić więcej substancji w danej temperaturze.

ROZTWÓR STĘŻONY - roztwór, w którym masa substancji rozpuszczonej jest znaczna (kilkadziesiąt procent) w stosunku do masy wody (rozpuszczalnika).

ROZTWÓR ROZCIEŃCZONY - roztwór, w którym masa substancji rozpuszczonej jest mała (kilka procent) w stosunku do masy rozpuszczalnika.

ROZTWÓR WŁAŚCIWY - roztwór, w którym cząsteczki ciała stałego mają rozmiary mniejsze od 10^-9m.

KOLOID - mieszanina, w której cząsteczki ciała stałego mają rozmiary od 10^-9m do 10^-7m.

EMULSJA - mieszanina niejednorodna dwóch wzajemnie nie rozpuszczalnych cieczy, z których jedna jest rozproszona w drugiej w postaci małych kropelek, np. mleko.

ZAWIESINA - mieszanina cieczy i ciała stałego, której cząsteczki mają rozmiary większe od 10^-7m.

STĘŻENIE ROZTWORU - określa ilość znajdującej się w nim substancji rozpuszczonej.

STĘŻENIE PROCENTOWE - liczba gramów sustancji rozpuszczonej w 100g roztworu.

ROZPUSZCZALNOŚĆ SUBSTANCJI

Szybkość rozpuszczania się danej substancji zależy od:
temperatury - im wyższa temperatura, tym większa energia cząsteczek i ilość zderzeń między nimi - szybkość rozpuszczania rośnie
mieszania - przyspiesza rozpuszczanie się substancji
rozdrobnienia substancji - ułatwia wnikanie cząsteczek wody między cząsteczki substancji - przyspiesza proces rozpuszczania.

Rozpuszczalność jest cechą charakterystyczną dla danej substancji.
Zależność między rozpuszczalnością a temperaturą przedstawia się graficznie za pomocą krzywej rozpuszczalności.

Rozpuszczalność większości ciał stałych w wodzie, zwiększa się wraz ze wzrostem temperatury.

Rozpuszczalność gazów wodzie zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury.
Woda ciepła zawiera mniej rozpuszczonych gazów niż woda zimna, dlatego ryby i rośliny łatwiej oddychają w wodzie zimnej, bo zawiera ona więcej tlenu.

PRZYKŁADOWE ZADANIE

Zadanie 1.
Ile gramów saletry potasowej (azotanu (V) potasu) należy rozpuścić w 300g wody w temperaturze 20^oC, aby otrzymać roztwór nasycony?

Z wykresu rozpuszczalności odczytujemy, że rozpuszczalność saletry w 20^oC wynosi 28g.

Układamy proporcję:
Jeśli w 100g wody rozpuści się 28g saletry potasowej,
to w 300g wody rozpuści się x g saletry potasowej.
Stąd x=84g

Odp. Należy rozpuścić 84g saletry potasowej w 300g wody, aby otrzymać roztwór nasycony w danej temperaturze.

STĘŻENIA ROZTWORÓW

STĘŻENIE ROZTWORU - określa ilość znajdującej się w nim substancji rozpuszczonej.

Stężenie roztworu można wyrazić w postaci:
a) stężenia procentowego
b) stężenia molowego

STĘŻENIE PROCENTOWE - liczba gramów sustancji rozpuszczonej w 100g roztworu.

Masę roztworu m_roztw wyznacza się ze wzoru: m_roztw= m_s+ m _rozp.
gdzie:
m_s - masa substancji
m_rozp. - masa rozpuszczalnika

Określenie - roztwór 20% oznacza, że w 100g roztworu znajduje się 20g substancji rozpuszczonej.

STĘŻENIE MOLOWE - liczba moli substancji rozpuszczonej n, w 1 dm³ roztworu.

Liczbę moli substancji rozpuszczonej n wyznacza się ze wzoru: n = m_s/M
gdzie:
n - liczba moli
m_s - masa substancji
M - masa molowa substancji rozpuszczonej - masa molowa, to masa 1 mola danej substancji, liczbowo równa masie cząsteczkowej związku chemicznego (wyrażonej w [u]); jednostką masy molowej jest [g/mol].

Określenie - roztwór 5 molowy oznacza, że 5 moli substancji rozpuszczono w 1 dm³ rozpuszczalnika

PRZYKŁADOWE ZADANIA Z ROZWIĄZANIAMI NA OBLICZENIA MOLOWE i STĘŻENIA ROZTWORÓW DOSTĘPNE W PLIKU doc.