Διαλυτοτητα στερεων σε υγρα

1. Διαλυτοτηταστερεων σε υγρα Εργαστήριο Φυσικής Χημείας | Τμήμα Φαρμακευτικής Δημήτριος Τσιπλακίδης

2. Ορισμοι • Διάλυμα: ομογενές μονοφασικό σύστημα δύο ή περισσότερων ουσιών, τα οποία έχουν την ίδια χημική σύσταση και τις ίδιες ιδιότητες σε οποιοδήποτε μέρος τους. • Διαλυμένη ουσία: μια ουσία που διαλύεται μέσα σε μια άλλη • Διαλύτης: ουσία στην οποία έχει διαλυθεί η διαλυμένη ουσία. Ως διαλύτης θεωρείται η ουσία σε μεγαλύτερη συγκέντρωση. • Διαλυτότητα (S): η μέγιστη ποσότητα μια ουσίας που μπορεί να διαλυθεί σε ορισμένη ποσότητα διαλύτη (σε mol/lt, gr/lt). Το διάλυμα τότε λέγεται κορεσμένοκαι κάθε επιπλέον ποσότητα που θα προστεθεί σχηματίζει ίζημα.

3. Νομοςφασεων του Gibbs • Φάση: μακροσκοπικά ομοιογενής περιοχή ενός συστήματος με ίδιες φυσικές και χημικές ιδιότητες (πχ διάλυμα). Διαχωρίζεται από τις άλλες φάσεις με οριακές επιφάνειες (διεπιφάνειες). • Βαθμοί ελευθερίας: • αριθμός των ανεξάρτητων μεταβλητών του συστήματος που μπορούν να μεταβληθούν χωρίς να αλλάξει ο αριθμός των φάσεων) ή • ελάχιστος αριθμός των μεταβλητών που απαιτούνται για τον πλήρη καθορισμό της κατάστασης του συστήματος • Τέτοιες μεταβλητές είναι η θερμοκρασία, η πίεση και το χημικό δυναμικό (συγκέντρωση). ε = Σ – Φ + 2 ε= βαθμοί ελευθερίας Σ= αριθμός συστατικών Φ= αριθμός φάσεων Νόμος φάσεων του Gibbs

4. Νομοςφασεωντου Gibbs • Εφαρμογή του νόμου του Gibbs για υπέρκορο διάλυμα Σ = Φ = Συνεπώς:ε= Σ-Φ+2 = 2 • Αν P και Τ είναι σταθερές, τότε ε=0, δηλαδή δεν υπάρχει κανένας βαθμός ελευθερίας και επομένως η συγκέντρωση του κορεσμένου διαλύματος (που είναι η ίση με την διαλυτότητα) είναι σταθερή και εξαρτάται μόνο από την φύση του διαλύτη και της διαλυμένης ουσίας! • Αν μόνο P είναι σταθερή, τότε η διαλυτότητα εξαρτάται από την θερμοκρασία: S=S(T) ! 2 (διαλύτης + διαλυμένη ουσία) 2 (κορεσμένο διάλυμα + ίζημα) • Μηχανισμός διάλυσης • Πολικές ουσίες διαλύονται σε πολικούς διαλύτες ενώ μη πολικές ουσίες διαλύονται σε μη πολικούς διαλύτες.

5. Εξαρτηση της διαλυτοτηταςαπο την θερμοκρασια • Είδαμε ότι για P=ct: S=S(T). • Όταν σε ένα υπέρκορο διάλυμα έχει αποκατασταθεί η ισορροπία, ισχύει: A(s) συγκέντρωση στερεού Α(aq) συγκέντρωση διαλυμένης ουσίας στο κορεσμένο διάλυμα = διαλυτότητα Άρα η σταθερά ισορροπίας δίνεται από την σχέση: • Με δεδομένο ότι [Α(aq)]=S και ότι η συγκέντρωση του στερεού [Α(s)] είναι σταθερή και μπορεί να ενσωματωθεί στην Κ, έχουμε Κ=S.

6. Εξαρτηση της διαλυτοτηταςαπο την θερμοκρασια • Για κάθε ισορροπία ισχύει: Συνεπώς: Και επομένως: Ολοκληρώνοντας:

7. Εξαρτηση της διαλυτοτηταςαπο την θερμοκρασια • Όταν η διαλυτότητα του στερεού αυξάνεται με τη θερμοκρασία, τότε ΔΗ>0,δηλαδή έχουμε απορρόφηση θερμότητας και η αντίδραση διάλυσης χαρακτηρίζεται ως ενδόθερμη. • Όταν αντίθετα, η διαλυτότητα του στερεού ελαττώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας, οπότε ΔΗ<0. Στην περίπτωση αυτή έχουμε έκλυση θερμότητας και η αντίδραση διάλυσης χαρακτηρίζεται ως εξώθερμη.

8. Εξαρτηση της διαλυτοτηταςαπο την θερμοκρασια • ΤοNa2SO4εμφανίζει ασυνήθιστη συμπεριφορά όσον αφορά την διαλυτότητά του στο νερό. Η διαλυτότητά του αυξάνεται κατά περίπου 10 φορές καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται από τους 0oC στους 32.384oC, όπου και εμφανίζεται ένα μέγιστο (S=497 g/L). Στο σημείο αυτό η καμπύλη διαλυτότητας αλλάζει κλίση και η διαλυτότητα γίνεται σχεδόν ανεξάρτητη από την θερμοκρασία. • Η θερμοκρασία αυτή των 32.384oC, που αντιστοιχεί στην απελευθέρωση κρυσταλλικών μορίων νερού και στην τήξη του ένυδρου άλατος (Na2SO4.10Η2Ο Na2SO4 + 10Η2Ο), χρησιμεύει για την ακριβή βαθμονόμηση οργάνων μέτρησης θερμοκρασίας.

9. προσδιορισμοσ της διαλυτοτητασοξινουανθρακικουνατριου στο νερο

10. προσδιορισμοσ της διαλυτοτητασοξινουανθρακικουνατριου στο νερο • Ζητούμενα: • Διαλυτότητα του NaHCO3 (σε mol/L) σε κάθε θερμοκρασία. • Υπολογισμός της πρότυπης ενθαλπίας (θερμότητας) διάλυσης, ΔΗ, στην θερμοκρασιακή περιοχή 20-50oC. Κατασκευή διαγράμματος lnS vs. 1/T και υπολογισμός ΔΗ από την κλίση του.