PowerPoint Presentation - وبلاگ گروه شیمی دبیرستان خیاط زاده
Download
Report
Transcript PowerPoint Presentation - وبلاگ گروه شیمی دبیرستان خیاط زاده
قسمت - 2بخش 3
محلول ها
شیمی سوم
دبیرستان دکتر علی خیاط زاده
محلول های الکترولیت ()electrolyte solutions
انواع رسانایی:
الکترونی :فلزات ،گرافیت و...در آن ها الکترون جابجا می شود و جریان برق هدایت می شود؛
یونی :محلول نمک طعام ،محلول هیدروکلریک اسید و...در آن ها یون ها جابجا می شوند و جریان برق هدایت می شود.
انواع انحالل:
مولکولی :شکر در آب ،ید در نفت و...حل شونده به صورت مولکول های مجزا بین ذرات حالل پخش می شوند؛
یونی :نمک های یونی در آب و یا در حالل های قطبی دیگرحل شونده به صورت یون های مثبت و منفی بین ذرات حالل پخش می شوند.
انواع محلول ها (از نظر رسانایی الکتریکی):
غیرالکترولیت :انحالل های مولکولیهادی جریان برق نیستند؛
الکترولیت :انحالل های یونیهادی جریان برق هستند.
انواع الکترولیت ها:
الکترولیت قوی: -1یونیNaCl(aq) :
-2اسیدیHCl(aq) :
-3بازیNaOH(aq) :
الکترولیت ضعیف:
-1اسیدیHCN(aq) , HF(aq) , H2S(aq) :
-2بازیNH3(aq) :
نکته :1
»» محلول اسیدها و بازهای قوی ،محلول های الکترولیت قوی هستند؛
»» محلول اسیدها و بازهای ضعیف ،محلول های الکترولیت ضعیف هستند؛
نکته : 2
»» در مورد محلول ترکیبات یونی «تفکیک یونی» رخ می دهد:
)CuSO4(s) → Cu2+(aq) + SO42-(aq
»» در مورد محلول های اسیدی و بازی کوواالنس ی «یونیزاسیون» یا «یونیده شدن» اتفاق می افتد:
)HCN(g) → H+(aq) + CN-(aq
)NH3(g) + H2O(l) → NH4+(aq) + OH-(aq
نکته : 3
»» در مورد محلول اسیدها و بازهای قوی ،یونیزاسیون تقریبا کامل و انحالل یونی اتفاق می افتد؛
»» در مورد محلول اسیدها و بازهای ضعیف ،یونیزاسیون جزئی و انحالل یونی کم اتفاق می افتد و به طور عمده انحالل
مولکولی داریم.
اسیدها و بازهای ضعیف و قوی:
»» اسیدهای قوی:
-1هیدروهالیک اسیدهای کلر ،برم و یدHI , HBr , HCl :
-2اکس ی اسیدها ( )HnYOmاگر H2SO4 , H2SeO4 : )m-n( ≤ 2
»» اسیدهای ضعیف:
-1هیدرو فلوئوریک اسیدHF :
-2اسیدهایی که در آن ها هیدروژن به اتم هایی غیر از Oو هالوژن ها متصل استHCN , H2S :
-3اکس ی اسیدها ( )HnYOmاگر HClO , HNO2 , H3PO4 : )m-n( ≥ 1
-4کربوکسیلیک اسیدهاCH3COOH :
»» بازهای قوی:
:M( -1فلز قلیایی)M2O , MOH :
:M( -2فلز قلیایی خاکی)MO , M(OH)2 :
»» بازهای ضعیف:
-1آمونیاک NH3
-2آمین هاCH3CH2NH2 , (CH3)2NH , (CH3CH2)3N :
درصد تفکیک یونی ()ionic dissociation percent
]×100
)تعداد مول های تفکیک شده(
/
)تعداد کل مول های حل شونده(
[=α
نکته : 1درصد تفکیک یونی به نوع ماده حل شونده ،دما (برای تفکیک گرماگیر و گرماده به ترتیب رابطه مستقیم و عکس دارد)
و غلظت (رابطه عکس) بستگی دارد؛
نکته : 2بیشتر شدن درصد تفکیک یونی باعث قوی تر شدن الکترولیت می شود؛
نکته : 3درصد تفکیک یونی ،میزان انحالل را نشان نمی دهد:
منیزیم هیدروکسید به مقدار بسیار کمی در آب حل می شود در حالی که درصد تفکیک یونی آن 100درصد است،
یعنی همان مقدار کم هم به طور کامل تفکیک می شود.
پرسش 1
غلظت یون )H3O+( H+در محلول نیم موالر استیک اسید 3×10-3موالر است .درصد تفکیک
یونی استیک اسید را محاسبه کنید.
پرسش 2
حاللیت نقره استات در آب در دمای 16درجه سلسیوس 10/07 ،گرم در لیتر است .در این دما
70/8درصد از CH3COOAgتفکیک می شود .غلظت موالر یون Ag+در این دما در محلول
اشباع آن چقدر است؟
پرسش 3
در شرایط معینی از دما و غلظت ،از نیم مول اتانوئیک اسید که در مقدار معینی آب ریخته ایم،
0/002مول به یون تفکیک شده و 0/498مول به صورت مولکولی حل شده است .درصد
تفکیک یونی اتانوئیک اسید در این شرایط چقدر است؟
پرسش 4
در هر یک از موارد زیر چند ذره حل شده در محلول داریم؟
الف) یک مول شکر در مقدار کافی آب حل شده است؛
ب) یک مول نمک خوراکی در مقدار کافی آب حل شده است؛
ج) یک مول HFدر مقدار کافی آب حل شده است و در این شرایط درصد تفکیک یونی HFبرابر 8درصد است؛
د) یک مول ماده AB2در مقدار کافی آب حل شده است .این ماده به صورت ) AB2(aq) A2+(aq) + 2B-(aqدر آب
تفکیک می شود و درصد تفکیک یونی آن در شرایط آزمایش برابر با 8درصد است.
خواص کولیگاتیو محلول ها ()colligative properties of solutions
خواص محلول ها:
-1وابسته به نوع و جنس حل شونده :خواص شیمیایی ،رنگ و چگالی
-2مستقل از نوع و جنس حل شونده (خواص کولیگاتیو) :فشار بخار ،نقطه جوش ،نقطه انجماد و فشار اسمزی
خواص کولیگاتیو :برخی خواص فیزیکی محلول ها که به نوع ذرات حل شده بستگی ندارند ،بلکه تنها به نسبت تعداد ذرات حل
شده به تعداد ذرات حالل وابسته اند.
پرسش 5
خواص کولیگاتیو ،شدتی هستند و یا مقداری؟
جواب :شدتی .زیرا به مقدار محلول بستگی ندارد .مثال نقطه جوش 2کیلوگرم محلول 0/1موالل شکر برابر است با نقطه جوش
1کیلوگرم محلول 0/1موالل شکر.
پرسش 6
آیا در بررس ی خواص کولیگاتیو محلول ها می توان از غلظت معمولی استفاده کرد؟
جواب :خیر .دو محلول مختلف که غلظت معمولی یکسان دارند ،دارای تعداد ذره حل شده برابر نیستند زیرا جرم مولی حل
شونده های مختلف با هم فرق دارد.
فشار بخار محلول ها ()vapor pressure of solutions
فشار بخار یک مایع :فشار بخش گازی شکل یک ماده در حال تعادل با بخش مایع آن ماده در دمای معین.
نکته : 1
مایعات در هر دمایی تبخیر می شوند (مولکول های سطح مایع از نیروهای بین مولکولی رهایی می یابند و به صورت گاز در
می آیند).
»» هرچه سطح مایع بیشتر باشد ،تبخیر بیشتر می شود؛
»» هرچه دمای مایع بیشتر باشد ،تبخیر بیشتر می شو د.
پرسش 7
برای کار با مایعات فرار در آزمایشگاه ،بهترین ظرف ارلن است .چرا؟
نکته : 2
با رسیدن دما به حد معینی که در آن فشار بخار مایع با فشار روی آن برابر باشد ،حالت خاص ی از تبخیر آغاز می
شود که جوشیدن نام دارد.
»» برای جوشیدن ،مولکول های مایع نیازی به آمدن روی سطح آن ندارند ،بلکه در اعماق مایع نیز مولکول های آن
به صورت حباب های گاز از مایع خارج می شوند.
» به عنوان مثال آب در باالی کوهی که فشار هوا 525/8میلیمتر جیوه است ،در دمای 90ºCمی جوشد.
نکته : 3
فشار بخار با دمای جوش مایع رابطه عکس و با دما رابطه مستقیم دارد.
دما ()ºC
20
50
80
90
100
110
فشار بخار
()mmHg
17/5
92/5
355/1
525/8
760
1074/6
ماده
آب
اتانول
دی اتیل اتر
(C2H5)2O
دمای جوش ()⁰C
100
78/4
34/6
پرسش 8
آیا می توان در ظرفی درباز در سطح دریا آب را آنقدر حرارت داد تا فشار بخار آن 1/5اتمسفر
شود؟
جواب :خیر .حداکثر فشار بخاری که یک مایع می تواند داشته باشد برابر است با فشار روی آن .با افزایش دما ،فشار بخار مایع
به فشار روی آن می رسد و مایع می جوشد و گرمای بیشتر دادن به آن ،سرعت جوشیدن را بیشتر می کند نه دمای مایع و یا
فشار بخار آن را.
پرسش 9
فشار بخار آب خالص در دمای 110ºCبرابر است با .1074/6mmHgاین مطلب نشانگر
چیست؟
جواب :اگر فشار روی آن را تا 1074/6mmHgافزایش دهیم ،آب در دمای 110ºCخواهد جوشید؛ شبیه اتفاقی که در زودپز
رخ می دهد.
پرسش 10
برای تعیین فشار بخار یک مایع می توانیم مطابق شکل عمل کنیم؛ الف) چرا
برای اندازه گیری فشار بخار مایع از حمام آب استفاده شده است؟
ب) در آزمایش های مختلف 10 ،6 ،4 ،و 12س ی س ی مایع در ظرف ریخته ایم.
در دو مورد اول تمام مایع بخار می شود و فشارسنج به ترتیب فشار 8و 12
میلی متر جیوه را نشان می دهد و در دو مورد آخر بخش قابل توجهی از مایع
بخار می شود و فشارسنج در هر دو آزمایش فشار 16میلی متر جیوه را نشان
می دهد .از این آزمایش چه نتیجه ای می گیریم؟ توضیح دهید.
ج) در بالن آن قدر مایع می ریزیم که حجم بسیار کمی از آن خالی بماند .در
همان دمای آزمایش های قبلی ،فشارسنج در این مورد چه عددی را نشان می
دهد؟
پرسش 11
در پاالیشگاه برای جداسازی هیدروکربن ها از یکدیگر ،آن ها را گرما می دهند تا تبخیر شوند.
آن گاه این بخار را وارد برج تقطیر می کنند .برخی هیدروکربن های بزرگ در دماهای زیاد پیش از
آنکه بتوان آن ها را تبخیر کرد تجزیه می شوند .برای تقطیر چنین موادی چه باید کرد؟ چرا؟
پرسش 12
در شکل زیر اگر دما در کل مجموعه ثابت باشد با توجه به این که دمای جوش اتانول کمتر از آب است مشخص
نمایید که هر یک از حالت های زیر ممکن است یا نه؟ توضیح دهید( .فضای باالی مایع ها متشکل از بخار مایع های
زیرین آن هاست)
الف) مایع الف :آب -مایع ب :اتانول -مایع ج :آب
ب) مایع الف :اتانول -مایع ب :آب -مایع ج :آب
ج) مایع الف :اتانول -مایع ب :آب -مایع ج :اتانول
د) هر سه مایع :آب
خواص کولیگاتیو محلول های مواد غیر فرار
()colligative properties of nonvolatile solutions
-1کاهش فشار بخار ()vapor pressure lowering
»» فشار بخار محلول یک ماده غیر فرار همیشه کمتر از فشار بخار حالل خالص است.
دلیل:
» در مایعات در حال تعادل با بخار ،میزان بخار شدن مایع با میزان مایع شدن بخار با هم برابر است .با اضافه
کردن یک حل شونده غیر فرار در یک مایع ،تعداد مولکول های حالل در سطح مایع کمتر می شود .بنابراین میزان
بخار شدن مایع کاهش می یابد ،پس باید میزان مایع شدن بخار هم کمتر می شود .این امر تنها با کم شدن مقدار
بخار و در نتیجه کمتر شدن فشار بخار مایع امکان پذیر است.
» بخار شدن مایع در جهت افزایش بی نظمی (آنتروپی) است .می دانیم مایع خالص < Sمحلول < Sبخار .Sبنابراین میزان
تمایل به بخار شدن در محلول ها کمتر از تمایل به بخار شدن در مایع خالص است.
-2صعود نقطه جوش ()boiling point elevation
»» محلول یک ماده غیر فرار در دمای باالتری نسبت به حالل خالص می جوشد.
دلیل:
» برای جوشیدن باید فشار بخار مایع با فشار باالی آن برابر باشد و از آنجا که فشار بخار محلول کمتر از فشار بخار
حالل خالص است ،بنابراین حالل خالص زودتر می جوشد و محلول برای رسیدن به فشار بخار مایع برابر با فشار
باالی آن نیاز به دمای بیشتر است.
» در دمای جوش ∆Gبرابر صفر است (در دماهای باالتر از آن ،واکنش تبخیر خود به خودی و در دماهای پایین تر از
آن ،واکنش غیر خود به خودی است)؛
بخار → انرژی +مایع
∆G = ∆H - Tb ∆S
(رابطه ∆G = 0 → ∆H = Tb ∆S → Tb = ∆H/ ∆S )1
(رابطه )2مایع خالص به بخار < ∆Sمحلول به بخار → ∆Sمایع خالص > Sمحلول > SبخارS
محلول < Tbمایع خالص → Tbرابطه 1و 2
» دید مولکولی :صفحه 97کتاب
-3نزول نقطه انجماد ()freezing point depression
»» محلول یک ماده غیر فرار در دمای پایین تری نسبت به حالل خالص منجمد می شود.
دلیل:
» در دمای انجماد ∆Gبرابر صفر است (در دماهای پایین تر از آن ،واکنش انجماد خود به خودی و در دماهای باالتر
از آن ،واکنش غیر خود به خودی است)؛
انرژی +جامد → مایع
∆G = ∆H - Tf ∆S
(رابطه ∆G = 0 → ∆H = Tf ∆S → Tf = ∆H/ ∆S )1
(رابطه )2محلول به جامد < ∆Sمایع خالص به جامد → ∆Sجامد > Sمایع خالص> SمحلولS
مایع خالص < Tfمحلول → Tfرابطه 1و 2
پرسش 13
محلول های 1تا 3را به ترتیب نقطه جوش ،نقطه انجماد و فشار بخار در 50درجه سانتیگراد مرتب نمایید؛
-3محلول 0/1موالل CaCl2
-2محلول 0/1موالل شکر
-1محلول 0/1موالل NaNO3
پرسش 14
با توجه به نمودار افزایش دما بر حسب مدت زمان گرما دادن برای آب خالص ،نمودار فوق را
برای محلول 1موالل شکر و محلول 2موالل شکر بکشید.
پرسش 15
کدام محلول نقطه جوش بیشتری دارد؟ چرا؟
الف) 38گرم C3H8O3در 250گرم اتانول یا 38گرم C2H6O2در 250گرم اتانول
ب) 15گرم C2H6O2در 0/5کیلوگرم آب یا 15گرم NaClدر 0/5کیلوگرم آب
پرسش 16
محلول های آبی b ،aو cرا به ترتیب افزایش نقطه جوش ،نقطه انجماد و فشار بخار در 298
کلوین مرتب نمایید؛
0/04 (aموالل اوره ()(NH2)2C=O
0/01 (bموالل AgNO3
0/03 (cموالل CuSO4
پرسش 17
مطابق شکل زیر یک بشر محتوی آب قند و یک بشر محتوی آب خالص را زیر یک سرپوش شیشه ای گذاشته ایم .با این که بین
دو ظرف ارتباط مستقیمی برقرار نیست ،با گذشت زمان می بینیم که سطح آب در بشر دارای آب خالص پایین و در بشر محلول
آب قند باال می رود.
الف) علت این پدیده چیست؟
ب) آیا پس از زمان طوالنی ،تمام آب موجود در بشر محتوی آب خالص به بشر محتوی آب قند منتقل می شود؟ چرا؟
ج) اگر در یک ظرف آب قند یک موالر و در ظرف دیگر آب قند 0/8موالر گذاشته شود آیا تمام آب از ظرف محتوی محلول رقیق
به ظرف محتوی محلول غلیظ می رود؟ توضیح دهید.
کلوئیدها ()colloids
»» کلوئیدها ،پلی میان محلول ها و سوسپانسیون ها هستند که از یک فاز پخش شونده (شبیه حل شونده) و یک فاز پخش کننده
(شبیه حالل) تشکیل شده اند؛
»» ذرات پخش شونده می توانند مجموعه تعداد زیادی ذره (یون ،اتم یا مولکول) و یا یک مولکول بزرگ (پروتئین یا پلیمر) باشند.
ویژگی های کلوئیدها ()properties of colloids
-1اثر تیندال (:)Tyndall effect
اگرچه اغلب کلوئیدها کدر و نیمه شفاف هستند اما برخی از آن ها با چشم غیر مسلح شفاف به نظر می رسند .اما قطر ذرات پخش
شونده در حد طول موج نورهای مرئی ( 400تا 750نانومتر) است و این امر باعث بازتاب نور می شود .به همین دلیل برخالف محلول
ها ،مسیر عبور نور از کل.ئیدها قابل تشخیص است.
-2پایداری (پراکنده ماندن فاز پخش شونده):
اگرچه ذرات پخش شونده از تک مولکول ها بزرگ تر هستند اما به اندازه ای کوچک هستند (قطر 1تا 100نانومتر) تا پراکنده باقی
بمانند و ته نشین نشوند؛
عالوه بر ریز بودن ذرات پخش شونده ،حرکت براونی و باردار بودن ذرات نیز مانع از پیوستن آن ها به هم می شود.
-3حرکت براونی (:)Brownian motion
ذرات پخش شونده به طور دائم و نامنظم حرکت می کنند .این حرکت به علت ضربه های پی در پی مولکول های فاز پخش کننده و
دافعه بارهای هم نام سطح ذرات پخش شونده است.
-4سطح باردار:
ذرات پخش شونده ،الیه ای از یون ها و مولکول های فاز پخش کننده را اطراف خود جذب می کند که دافعه آن ها همانند سپر،
مانع از به هم رسیدن کلوئیدها و پیوستن آن ها می شود.
-5لخته شدن (انعقاد) در اثر گرم شدن:
در اثر گرم شدن ،سرعت حرکت ذره های پخش شونده بیشتر می شود و می توانند بر دافعه بارهای هم نام الیه سطحی خود غلبه
کنند و به هم برسند و ذره های بزرگتری تشکیل دهند ،سپس در اثر نیروی جاذبه ته نشین شوند (همانند تشکیل سرشیر موقعی که
شیر را می جوشانیم).
-6لخته شدن در اثر اضافه کردن الکترولیت:
یون های الکترولیت ،بار الیه سطحی کلوئیدها را خنثی می کنند و آن ها می توانند به هم بچسبند و ذرات سنگین تری تشکیل دهند
(همانند تشکیل دلتاها در نقطه رسیدن رودخانه ها به دریاها).
( -7سطح تماس زیاد)
انواع کلوئیدها (جدول ص)100
پرسش 18
آیا کلوئید گاز در گاز وجود دارد؟
پرسش 19
هر یک از کلوئیدهای زیر در چه دسته ای قرار دارند؟
)4کرهامولسیون
)1یاقوتسول جامد )2غبار آئروسل جامد )3مهآئروسل مایع
سول
)7نشاسته درژل
نگی جامد
)5مایونز امولسیون )6لعلسول جامد
آب
)8شیشه های ر
(12و)13آئروسل مایع
)11جامد
)9سرامیک سول جامد )10یونولیتکف
جامدافشانه رنگ
کف )12
اسفنج
سرل
امولسیون
جامد
)13افشانه حشره کش )14ژل موی ژ
کفپنبه
)16چوب
)15کرم آرایش ی
پنیرل
)17ژالتین ژل
)19ژ
سول جامد
20ژ)لآگار
)18فیروزه
)23خمیر سول
)21کرم مرطوب کننده امولسیون
دادهجامد
)22ذرت بو کف
دندان