Spis treści.

1.Roztwory. 3

1.1. Mieszaniny. Rodzaje i ich właściwości. 3

1.2.Roztwory właściwe. 4

1.3. Roztwory niewłaściwe (zawiesiny) 4

1.4.Koloidy 5

1.4.1. Ogólna charakterystyka koloidów 5

1.4.2. Rodzaje koloidów 6

1.4.3. Metody otrzymywania koloidów 7

2. Sposoby rozdzielania mieszanin. 8

3. Bibliografia 11

1.Roztwory.

1.1. Mieszaniny. Rodzaje i ich właściwości.

Rozróżniamy dwa rodzaje mieszanin:

• Jednorodne

• Niejednorodne

Składniki mieszaniny niejednorodnej zachowują indywidualne cechy makroskopowe, np. stan skupienia (piasek + woda) bądź wielkość i postać ziaren rozróżnianych optycznie (sadza + piasek). Mieszaninę jednorodną tworzy woda z benzyną, woda z eterem i inne ciecze praktycznie nie mieszające się z sobą. Wyraz „praktycznie” jest niezwykle istotny, ponieważ zawsze pewna ilość cieczy A, np. benzyny, przenika do cieczy Z, np. wody, i równocześnie minimalna ilość cieczy Z dostaje się do cieczy A.

Oprócz mieszanin niejednorodnych mamy do czynienia także, i to dość często do czynienia z mieszaniną, w której składniki zatraciły część swoich indywidualnych cech makroskopowych do tego stopnia, że stały się nierozróżnialne nawet przy dużym powiększeniu. Zapewne wiadomo, że po dodaniu soli lub cukru do wody i wymieszaniu zawartości naczynia, ciało stałe znika, nie powodując widocznych zmian. Otrzymana mieszanina jest jednorodna fizycznie, to znaczy każda jej próbka jest makroskopowa, czyli ma ten sam skład (proporcje składników) i wykazuje te same makroskopowe właściwości fizyczne¹ (gęstość, temperatura topnienia i wrzenia, ciepło właściwe, współczynnik załamania światła). Mieszanina jednorodna makroskopowo (homogeniczna) nosi nazwę roztworu. Jeden ze składników roztworu jest nazywany rozpuszczalnikiem, a drugi substancją rozpuszczoną.

Jeżeli cząstki jakiejkolwiek substancji zostają rozprowadzone równomiernie w jakiejkolwiek innej substancji, to mieszanina taka jest nazywana układem dyspresyjnym. Zbiór cząsteczek substancji rozdrobnionej nosi nazwę fazy rozproszonej, a substancja, w której te cząsteczki są rozproszone – fazy dyspresyjnej. Układy dyspresyjne różnią się stopniem dypsresji (stopniem rozdrobnienia), czyli rozmiarami cząsteczek. Im mniejsze są cząstki, tym większy jest stopień dyspresji i odwrotnie.

W nielicznych przypadkach substancja miesza się z rozpuszczalnikiem w każdym stosunku, np. alkohol etylowy z wodą. Podobnie dwa dowolne gazy mieszają się bez ograniczeń i dlatego każda mieszanina gazów jest roztworem. Na ogół jednak rozpuszczalność danej substancji w danym rozpuszczalniku jest ograniczona. Na przykład w 100g wody w temperaturze 20^oC można rozpuścić tylko 36,3 g chlorku sodu i przy dalszym dodawaniu soli każda wprowadzona porcja pozostaje na dnie naczynia. Otrzymany w ten sposób roztwór nosi nazwę roztworu nasyconego. Z kolei roztwory, w których można jeszcze rozpuścić pewną ilość substancji, to roztwory nienasycone. Zawartość substancji w roztworze nazywana jest stężeniem roztworu.

Dodatkowo wyróżniamy następujące roztwory: właściwe, koloidalne i zawiesiny, lecz tymi zagadnieniami zajmiemy się w następnych tematach.

1.2.Roztwory właściwe.

Roztwory właściwe (rzeczywiste) to jednorodne układy zmieszanych ze sobą cząsteczek ośrodka rozpraszającego (rozpuszczalnik) i cząsteczek substancji rozproszonej. W roztworach właściwych zachodzi dokładne wzajemne przenikanie się rozpuszczalnika i ciała rozpuszczonego, przy czym za rozpuszczalnik przyjmujemy substancję, która zachowuje swój pierwotny stan skupienia. Na przykład sól NaCl rozpuszcza się w wodzie, wodór rozpuszcza się w metalach. W przypadkach, gdy obie substancje znajdują się w tym samym stanie skupienia (np. ciecz rozpuszcza się w cieczy), za rozpuszczalnik przyjmujemy składnik występujący w większej ilości.

Wymiary cząstek fazy rozproszonej w roztworze właściwym nie przekraczają kilkunastu pikometrów.

Przykłady roztworów właściwych:

• cukier +woda

• woda + NaCl

• woda + C₂H₆O (alkohol etylowy)

• woda + HCl (chlorowodór)

• benzyna

• powietrze

• stopy metali, np. mosiądz

1.3. Roztwory niewłaściwe (zawiesiny)

Roztwory niewłaściwe to niejednorodne układy, w których fazę rozproszoną stanowią cząstki ciała stałego (o dużych wymiarach lub widoczne gołym okiem). W tym układzie dyspresyjnym cząstki fazy rozproszonej są większe od 500 000 pikometrów i wykazują cechy mieszanin heterogenicznych (niejednorodnych).

Przykłady:

• olej + woda

• siarka + woda

• kreda + woda

• gips + woda

• piasek + woda, itd.

1.4.Koloidy

1.4.1. Ogólna charakterystyka koloidów

Roztwory koloidalne stoją na pograniczu roztworów właściwych i niewłaściwych i wyraźnie niejednorodnych mieszanin mechanicznych. Cząsteczki składnika rozproszonego w ośrodku rozpraszającym tworzą skupienia, które nazywamy cząstkami koloidalnymi o wymiarach od 1nm do 200nm (nanometra). Zależnie od wymiarów cząstek układów dyspersyjnych rozróżniamy: amikrony (od 1nm d0 5nm), których obraz można uzyskać za pomocą mikroskopu elektronowego, submikrony (od 5nm do 0,2μm) – widoczne przez ultramikroskop, mikrony (0,2μm do 0,1mm) – widoczne przez mikroskop zwykły.

Układy koloidalne są najczęściej polidyspersyjne, to znaczy, że cząstki fazy rozproszonej mają różną wielkość. Układami monodyspersyjnymi nazywamy układy, w których cząstki fazy rozproszonej mają jednakową wielkość.

Szczególną cechą stanu koloidalnego jest bardzo rozwinięta całkowita powierzchnia fazy rozproszonej. Stopniem dyspresji D nazywamy stosunek powierzchni rozciągającej fazę rozproszoną (S) od środka dyspersyjnego do zajmowanej przez nią objętości (V): D = $\frac{s}{v}$ .

Tablica 1.1. Zależność wielkości powierzchni fazy rozproszonej od wielkości cząstek koloidalnych zajmujących objętość 1cm³

Długość krawędzi sześcianu	Liczba sześcianów w objętości 1 cm^3	Ogólna powierzchnia sześcianów
1 cm 1mm 100μm 10μm 1μm 100nm 10nm 1nm	1 10^3 10^6 10^9 10^12 10^15 10^18 10^21	6 cm^2 60 cm^2 600 cm^2 600 cm^2 6 m^2 60 m^2 600 m^2 6000 m^2

Przykłady koloidów:

• mleko

• farba emulsyjna

• żelatyna + woda

• białko jaja kurzego + woda

• lody, krew

• płyn do mycia naczyń

Najbardziej rozpowszechnione i najlepiej zbadane są zole z ośrodkiem dyspresyjnym ciekłym, zwykle nazywane roztworami koloidalnymi. Hydrozolami nazywamy roztwory koloidalne, w których w których ośrodkiem dyspersyjnym jest woda; maja one największe znaczenie praktyczne wśród różnych zoli. Organozolami nazywamy roztwory koloidalne w cieczach organicznych, np. w alkoholu (alkozol). Aerozole są to gazozole, w których ośrodkiem dyspersyjnym jest powietrze.

Tabela 1.2. Podział koloidów wg. Ostwalda

Ośrodek dyspresyjny	Faza rozproszona	Nazwa układu	Przykłady
Gaz Gaz	Ciecz Ciało stałe	Gazozole Gazozole	Mgła Dym, kurz
Ciecz Ciecz Ciecz	Gaz Ciecz Ciało stałe	Piany, zole Emulsje Zole, suspensoidy	Piana mydlana Mleko homogenizowane Roztwory koloidalne siarczków, wodorotlenków lub metali
Ciało stałe Ciało stałe Ciało stałe	Gaz Ciecz Ciało stałe	Piany stałe Piany stałe Zole stałe	Okluzje powietrza w ciałach stałych, np. minerał sepiolit Kryształy z okludowaną wodą Kryształy z inkluzjami krystalicznymi

1.4.2. Rodzaje koloidów

Koloidy możemy rozdzielić na dwie grupy: liofilowe i liofobowe. Cząstki koloidu liofilowego ulegają solwatacji, czyli procesowi łączenia się cząstek fazy rozproszonej z cząsteczkami ośrodka dyspersyjnego, prowadzącej do powstawania luźnych zespołów (solwatów). Każda cząstka koloidu liofilowego jest związana z ciekłą powłoką, która jest tak trwała, że podczas tworzenia większych cząstek ciecz wchodzi do ich wnętrza. Jeśli ośrodkiem dyspersyjnym jest woda, to proces nosi nazwę hydratacji, a koloid określamy jako hydrofilowy (np. roztwory wodne białka, żelatyny, kwasu krzemowego). Cząstki koloidu liofobowego nie ulegają solwatacji, albo ulegają tylko w nieznacznym stopniu. Podczas tworzenia większych cząstek ciecz nie wchodzi do ich wnętrza. Koloid liofobowy, w którym ośrodkiem dyspersyjnym jest woda , nosi nazwę koloidu hydrofobowego (np. roztwór koloidalny As₂S₃, zole metali).

Istnieje grupa roztworów koloidalnych zwanych koloidami cząsteczkowymi. Są to roztwory substancji wielocząsteczkowych, których cząsteczki mają wielkość charakterystyczną dla koloidów. Przykładem takich wielocząsteczkowych koloidów są roztwory glikogenu, hemoglobiny i licznych polimerów. Koloidy cząsteczkowe należą do grupy liofilowych.

Koloidy możemy podzielić na odwracalne i nieodwracalne. Koloid jest odwracalny tylko wtedy, gdy siły przyciągania między jego cząstkami i cząsteczkami fazy ciekłej są znaczne, tj. gdy ma dość wyraźne własności liofilowe (np. dekstryna, skrobia, żelatyna i substancje białkowe z wodą). Wszystkie koloidy liofobowe są nieodwracalne (np. roztwory koloidalne metali, siarczków, praktycznie nierozpuszczalnych soli organicznych).

1.4.3. Metody otrzymywania koloidów

Najważniejsze metody dyspersyjne:

1. Peptyzacja, czyli powtórne przejście w stan koloidalny ( w zol) osadu koloidalnego. Często do środka peptyzującego (rozpraszającego) dodaje się peptyzatora (np. z rozcieńczonych kwasów, zasad, soli), czyli substancji ułatwiającej peptyzację.

2. Mechaniczne rozdrobnienie w młynach koloidalnych. Substancję, uprzednio sproszkowaną, wprowadza się wraz z fazą ciekłą miedzy metalowe płyty młyna koloidalnego obracające się szybko w przeciwnych kierunkach. W taki sposób otrzymuje się, np. koloidalnie rozdrobniony grafit, siarkę i farby mineralne.

3. Rozpraszanie w łuku Volty. Pomiędzy dwiema elektrodami z tego samego metalu zanurzonymi w roztworze jest wytwarzany łuk Volty. W wysokiej temperaturze łuku metal elektrod przechodzi najpierw w parę, a więc w atomowy stan rozdrobnienia. Para taka kondensuje się na cząstki o rozdrobnieniu koloidalnym. Tą metodą otrzymuje się, np. wodne roztwory koloidalne złota, miedzi lub platyny.

4. Metoda ultradźwiękowa. Pod wpływem działania ultradźwięków wiele ciał stałych i cieczy, ulega koloidalnemu rozdrobnieniu. W taki sposób otrzymano wiele emulsji i hydrozoli.

Najważniejsze metody kondensacyjne:

1. Metoda polegająca na hydrolizie soli. Hydrolizę roztworów soli przeprowadza się zwykle na gorąco, np.

Na₂SiO₃ + 2H₂O = H₂SiO₃ (koloid) + 2NaOH

1. Metoda polegająca na reakcji wymiany, np.

2HCl + NA₂SiO₃ = H₂SiO₃ (koloid) + 2NaCl

1. Metoda polegająca na reakcji utleniania-redukcji, np.

2AuCl₃ + 6NaOH + 3HCOH = Au (koloid) + 6NaCl + 3HCOOH + 3H₂O

1. Metoda zmiany rozpuszczalnika, np. jeśli do roztworu właściwego siarki w alkoholu dodamy wodę to wytrąca się koloidalny osad siarki.

2. Metody kondensacji i polimeryzacji, prowadzą często do otrzymania koloidów cząsteczkowych.

2. Sposoby rozdzielania mieszanin.

Składniki mieszanin można od siebie rozdzielić. W zależności od rodzaju mieszanin i ich składników można stosować różne metody rozdzielania substancji. Wśród nich należy wymienić między innymi:

• Sączenie (filtracja) – pozwala na oddzielenie ciał stałych od cieczy. Mieszaninę przepuszcza się przez sączek (wykonany np. z bibuły), w wyniku czego na sączku pozostają substancje stałe, a ciecz przechodzi do zbiornika znajdującego się na sączku.

• Odparowywanie – ma zastosowanie przede wszystkim do rozdzielania mieszanin jednorodnych np. wody z cukrem. Ciecz ulega odparowaniu, a w naczyniu pozostaje substancja stała.

• Krystalizacja – również ma zastosowanie do rozdzielania mieszanin jednorodnych. Polega na wytrąceniu z roztworu przesyconego² substancji stałej na skutek obniżenia temperatury.

• Dekantacja – polega na zlewaniu cieczy znad osadu, który pod wpływem sił grawitacji opadł na dno

• Destylacja- Jest metodą rozdzielania ciekłych mieszanin. Polega na wykorzystaniu różnic w temperaturach wrzenia poszczególnych składników

• Sedymentacja – pozwala na rozdzielenie ciał stałych od cieczy. Pod wpływem różnicy gęstości cięższe cząstki ciała stałego opadają na dno zbiornika.

• Denaturacja - jest procesem pozwalającym na oddzielenie gazu od cieczy. Zachodzi, gdy z roztworu pod wpływem zmiany temperatury wydziela się gaz

• chromatografia- wykorzystuje różnicę w szybkości poruszania się składników mieszaniny

• adsorpcja – polega nawy korzystaniu podłoża, które pochłania jeden ze składników mieszaniny

• ekstrakcja – polega na rozdzielaniu mieszaniny wykorzystaniu różnic w rozpuszczalności substancji

• metoda mechaniczna - to rozdzielanie mieszanin "silnie niejednorodnych". Proces polega na wyjmowaniu np. za pomocą pincety dużych kawałków jednaj substancji, np. kulek ołowianych z piasku. Zalicza się do tego typu również: przesiewanie, rozdzielanie magnesem itp.

• rozdzielanie przy użyciu rozdzielacza - w celu rozdzielenia mieszaniny cieczy wlewa się je do rozdzielacza, czyli rurki z kranikiem w dolnej części i tak długo spuszcza się jedną ciecz, aż ta, która znajdowała się wyżej, dojdzie do kranika i wtedy należy ów kranik zakręcić i otworzyć po zmianie naczynia pod rozdzielaczem.

3. Bibliografia

• www.chemix.artnet.pl – sposoby rozdzielania mieszanin

• www.ściąga.pl – sposoby rozdzielania mieszanin

• www.bryk.pl – sposoby rozdzielania mieszanin

• Tadeusz Penkala „podstawy chemii ogólnej” Warszawa 1982 Państwowe Wydawnictwo Naukowe

• K.M. Pazdro „Podstawy chemii” wydanie drugie; Wydawnictwo Edukacyjne Warszawa 1992

---

1. Właściwościami makroskopowymi nazywamy te właściwości, które można zdefiniować nie posługując się w ogóle pojęciem drobiny (atomu, cząsteczki, jonu)↩

2. Roztwór przesycony – roztwór, którego stężenie jest większe od stężenia roztworu nasyconego w danej temperaturze, np. miód↩