W chemii roztwory umownie dzieli się na stężone i rozcieńczone. Roztwór, w którym mieści się dużo substancji rozpuszczonej i, odpowiednio, mało rozpuszczalnika, nazywamy stężonym (rys. 7.1). Na przykład, solanka - to stężony roztwór soli, a syrop cukrowy - to stężony roztwór cukru. W roztworze rozcieńczonym mieści się mało substancji rozpuszczonej. Lekko posolona zupa i niesłodka herbata z cukrem są przykładami rozcieńczonych roztworów.
Dobrze znany ocet jest roztworem wodnym kwasu octowego. Jest on produkowany w różnej koncentracji (od 4 do 12 %), obowiązkowo zaznaczając ją na etykietce (rys. 7.2).
Wyraźnej granicy pomiędzy roztworami stężonymi i rozcieńczonymi nie ma, tak samo jak nie ma granicy między pojęciami „mało” i „dużo”. Czasami uważa się, że w roztworze stężonym masy rozpuszczonej substancji i rozpuszczalnika mają różnić się między sobą nie bardziej, niż 10 razy. A więc, stężonym ma być roztwór z ułamkiem masowym substancji rozpuszczonej większym niż 10 %.
Roztwory nasycone i nienasycone
Roztwór, w którym substancja może się jeszcze rozpuszczać w pewnej temperaturze, nazywamy nienasyconym (rys. 7.3, a, str. 40). Nienasyconym, na przykład, będzie roztwór, otrzymany przez dodawanie 5 g soli kuchennej (około jednej łyżeczki do herbaty) na 100 g wody.
Roztwór, w którym w pewnej temperaturze substancja więcej się nie rozpuszcza, nazywamy nasyconym (rys. 7.3, b str. 40). W nasyco-
nym roztworze zawartość rozpuszczonej substancji jest maksymalna pod pewnym warunkiem. Na przykład, rozpuszczalność soli kuchennej w temperaturze pokojowej stanowi 36 g na 100 g wody, tak więc, aby przygotować roztwór nasycony trzeba rozpuścić 36 g soli w 100 g wody. Większej ilości soli w tych warunkach nie można już rozpuścić. Masa roztworu będzie dorównywać 136 g.
Podczas powolnego schładzania roztworów nasyconych wielu soli lub podczas stopniowego odparowania wody nadmiar soli wydziela się w roztworze w postaci kryształów albo tworzy roztwór przesycony (rys. 7.3, c).
Rys. 7.3. Roztwory o różnym stężeniu: o) roztwór nienasycony (dodane kryształki substancji z czasem rozpuszczają się); b) roztwór nasycony (w razie dodawania substancja już się nie rozpuszcza); c) roztwór przesycony (substancja rozpuszczona krystalizuje się z roztworu,
dodane kryształy się zwiększają)
W pewnych warunkach można otrzymać roztwór przesycony, czyli roztwór, w którym rozpuszczono więcej substancji, niż może być rozpuszczonej w pewnej temperaturze. Takie roztwory są bardzo niestabilne i w wyniku niewielkiego wpływu „próbują" nadmiar substancji wydzielić w postaci osadu. Na przykład, przesycony roztwór octanu sodu nawet w wyniku jego dotknięcia wydziela nadmiar soli i zamienia się w mieszaninę wody i soli.
Ułamek masowy substancji rozpuszczonej
Jedną z cech roztworów jest ułamek masowy substancji rozpuszczonej, którą poznaliście już w klasie 7.
Ułamek masowy substancji rozpuszczonej pokazuje, jaka część masy roztworu przypada na substancję rozpuszczoną.
Przypomnijmy, że ułamek masowy obliczamy według wzoru:
Przy czym masa roztworu równa się sumie mas wszystkich komponentów roztworu:
m(roztworu) = m(substancji) + m(wody)
Znając masę roztworu i ułamek masowy substancji rozpuszczonej, można obliczyć masę substancji rozpuszczonej:
m(substancji) = w(substancji) • m(roztworu)
Aby powtórzyć, jak obliczać ułamek masowy substancji rozpuszczonej, rozpatrzmy zadania.
Zadanie 1. Oblicz masę roztworu kwasu z ułamkiem masowym 30 %, która zawiera 90 g kwasu.
Znając skład roztworów nasyconych, można też obliczyć ułamek masowy ich substancji lub wyznaczyć masy substancji do ich przygotowania.
Zadanie 2. Przy odpowiedniej temperaturze w wodzie o masie 100 g rozpuszczamy siarczan żelaza (II) o masie maksymalnej 26,3 g. Obliczcie ułamek masowy siarczanu żelaza(II) w takim roztworze nasyconym.
Zadanie 3. Według krzywej rozpuszczalności (rys. 6.3) określcie maksymalną rozpuszczalność azotanu potasu w temperaturze 20 °C i obliczcie ułamek masowy soli w takim roztworze nasyconym.
Zadanie 4. Obliczcie masy siarczanu miedzi(II) i wody, które znajdują się w koperwasie miedzianym o masie 25 g.
Rozwiązanie:
Wzór miedzianego koperwasu pozwala określić w nim stosunek stechiometryczny (ilościowy) siarczanu miedzi(II) i wody. W koperwasie o ilości 1 mola mieści się 1 mol siarczanu miedzi(II) oraz 5 moli wody.
Taka ilość miedzianego koperwasu mieści 0,1 mola siarczanu miedzi(II) i 0,5 mola wody. Masa siarczanu miedzi(II) równa się:
Masę wody można też obliczyć jako różnicę mas, a można z wykorzystaniem ilości substancji wody:
Zadanie lingwistyczne
Po łacinie centrum ozancza „centrum, ośrodek", a z prefiksem eon- to słowo ozan-cza „nagromadzenie, skupienie" (sił albo środków). Objaśnijcie znaczenia terminów „koncentryczne (na przykład obwody)", „skoncentrowane (na przykład roztwory) i „koncentracja (roztworów)".
• Rekordzistą rozpuszczania w wodzie jest trichiorek antymonu. Alchemicy nazywali tę substancję masłem antymonowym. W warunkach normalnych w 1 I wody można rozpuścić prawie 10 kg tej substancji. Jeszcze jednym imponującym przykładem rozpuszczalności substancji stałych jest fluorek cezu: przy 0 °C w 1 I wody rozpuszcza się ponad 5 kg tej substancji.
• W morzach północnych, gdzie temperatura wody jest niższa, niż w ciepłych, żyje o wiele więcej ryb, ponieważ rozpuszczalność tlenu w zimnej wodzie jest większa.
Myśl główna
Roztwór, w którym substancja już nie może się rozpuścić w pewnej temperaturze,
nazywamy nasyconym, a jeżeli substancja jeszcze może się rozpuszczać, to roztwór jest nienasycony. Roztwór z dużą ilością substancji rozpuszczonej nazywamy
stężonym, a z małą - rozcieńczonym.
Zadania utrwalające wiedzę
77. Podajcie definicję pojęć: „rozpuszczalność", roztwór nasycony", „roztwor nienasycony", „roztwór rozcieńczony", „roztwór stężony".
78. Czy można przygotować roztwór, który jest jednocześnie nasycony i rozcieńczony, i stężony, i nienasycony? Podajcie przykłady.
79. Zgodnie z danymi podanymi w poprzednim paragrafie, określcie, czy można przygotować roztwór nasycony w temperaturze 20 °C, wykorzystując 10 g wody i po 1 g soli: a) soli kuchennej; b) saletry potasowej; c) kredy.
80. W 100 g wody w temperaturze 20°C rozpuszczono sól kuchenną o masie 32 g. Czy będzie taki roztwór: a) nasycony; b) stężony?
81. Jaka objętość wody jest potrzebna do przygotowania nasyconego roztworu chlorku potasu, który mieści 54 g soli, jeżeli rozpuszczalność chlorku potasu w danej temperaturze wynosi 33 g na 100 g wody? Obliczcie masę tego roztworu.
82. W temperaturze 60 °C w 100 g wody maksymalnie rozpuszcza się 110 g azotanu potasu. Określcie ułamek masowy soli w nasyconym w tej temperaturze roztworze.
83. Jaka objętość wody jest potrzebna do przygotowania roztworu nasyconego siarczanu magnezu, który zawiera 10 g soli, jeżeli rozpuszczalność soli w danej temperaturze wynosi 33,7 g na 100 g wody?
84. W 1 I wody w temperaturze 0°C i ciśnieniu atmosferycznym rozpuszcza się prawie 500 I chlorowodoru. Obliczcie ułamek masowy chlorowodoru w roztworze nasyconym. Jak trzeba zmienić warunki, żeby otrzymać bardziej stężony roztwór?
85. Określcie maksymalnie możliwą masę chlorku potasu, którą można rozpuścić w wodzie o masie 100 g w temperaturze 25°C, jeżeli do przygotowania roztworu nasyconego w tej temperaturze na 25 g wody potrzeba soli o masie 8,75 g.
86. Obliczcie masę osadu, który utworzy się podczas zlewania roztworu, który zawiera chlorek żelaza(III) w wystarczającej ilości, i 200 g roztworu wodorotlenku sodu o ułamku masowym 0,24.
87. Do roztworu węglanu potasu o masie 200 g i ułamkiem masowym soli 6,9 % dodawano kwas solny do momentu zatrzymania wydzielania się gazu. Obliczcie objętość gazu, która się wydzieliła.
88. Kwas solny o masie 150 g i ułamkiem masowym kwasu 3,65 % zobojętniono wodorotlenkiem baru. Obliczcie masę powstałej soli.
89*. Podczas stosowania cynku jako mikronawozu dodaje się go w ilości około 4 kg siedmiowodnego siarczanu cynku ZnS04-7H20 na hektar. Obliczcie masę soli bezwodnej w tym przykładzie krystalicznego wodzianu.
90*. Obliczcie ułamek masowy soli w roztworze otrzymanym przez dodawanie wody o masie 500 g do: a) koperwasu miedzianego o masie 62,5 g; b) soli glauberskiej o masie 80, 5 g; c) koperwasu żelaznego o masie 278 g;
d) siedmiowodnego siarczanu manganu MnS04-7H20 o masie 138,5 g;
e) dziewięciowodnego chlorku żelaza FeCI3-9H20 o masie 64,0 g.
91*. Do oprysku roślin wykorzystuje się roztwór siarczanu żelaza(ll) o ułamku masowym 2 %. Obliczcie masy siedmiowodnego siarczanu żelaza(ll) i wody, które są potzrebne do przygotowania takiego roztworu o masie 1 kg. Jaką masą bezwodnego siarczanu żelaza(il) można zamienić obliczoną przez Was masę krystalicznego wodzianu?
Źródło: Chemia podręcznik dla klasy 9 Hryhorowycz