Roztwory i stężenia

Roztwory i stężenia

1. Roztwór — podstawowe pojęcia

Roztwór to jednorodna mieszanina co najmniej dwóch substancji:

• Rozpuszczalnik — substancja w nadmiarze (najczęściej woda)
• Substancja rozpuszczona — substancja w niedomiarze

Podział roztworów:
| Typ | Opis | Przykład |
|-----|------|---------|
| Nienasycony | zawiera mniej substancji niż max | niedosłodzona herbata |
| Nasycony | zawiera max ilość substancji w danej temp. | roztwór z osadem na dnie |
| Przesycony | zawiera więcej niż max (niestabilny) | krystalizacja |

2. Rozpuszczalność

Rozpuszczalność — maksymalna masa substancji, która rozpuszcza się w 100 g rozpuszczalnika w danej temperaturze.

Zasady:

• Większość substancji rozpuszcza się lepiej w wyższej temperaturze (wyjątek: gazy, Ca(OH)₂)
• „Podobne rozpuszcza się w podobnym" — substancje polarne w polarnych, niepolarne w niepolarnych

Krzywe rozpuszczalności — wykresy przedstawiające zależność rozpuszczalności od temperatury. Pozwalają określić, ile substancji można rozpuścić lub ile wykrystalizuje przy zmianie temperatury.

3. Stężenie procentowe (masowe)

Stężenie procentowe (Cp) — stosunek masy substancji rozpuszczonej do masy roztworu, wyrażony w procentach:

Cp = (mₛ / mᵣ) × 100%

gdzie:

• mₛ — masa substancji rozpuszczonej [g]
• mᵣ — masa roztworu [g] = mₛ + m_rozpuszczalnika

Gęstość roztworu: mᵣ = d · V (d w g/cm³, V w cm³)

Przykład: Rozpuszczono 20 g NaCl w 180 g wody. Oblicz Cp.
mᵣ = 20 + 180 = 200 g
Cp = (20/200) × 100% = 10%

4. Stężenie molowe (molarność)

Stężenie molowe (Cₘ) — liczba moli substancji rozpuszczonej w 1 dm³ roztworu:

Cₘ = n / V [mol/dm³ = M]

gdzie:

• n — ilość moli substancji rozpuszczonej
• V — objętość roztworu [dm³]

Przykład: Ile gramów NaOH potrzeba do przygotowania 500 cm³ roztworu o Cₘ = 0,5 mol/dm³?
n = Cₘ · V = 0,5 · 0,5 = 0,25 mol
m = n · M = 0,25 · 40 = 10 g NaOH

5. Przeliczanie stężeń

Cp → Cₘ:
Cₘ = (Cp · d · 10) / M

Cₘ → Cp:
Cp = (Cₘ · M) / (d · 10)

gdzie d — gęstość [g/cm³], M — masa molowa [g/mol]

6. Rozcieńczanie roztworów

Przy rozcieńczaniu (dodawaniu rozpuszczalnika) masa substancji nie zmienia się:

m₁ · Cp₁ = m₂ · Cp₂ (dla stężeń procentowych)
C₁ · V₁ = C₂ · V₂ (dla stężeń molowych)

Przykład: Ile wody dodać do 200 g roztworu 30% HCl, aby otrzymać roztwór 10%?
200 · 0,30 = (200 + m_wody) · 0,10
60 = 20 + 0,10 · m_wody
m_wody = 400 g

7. Mieszanie roztworów (reguła krzyża)

Mieszamy roztwory o stężeniach C₁ i C₂ (C₁ > C₂), aby uzyskać stężenie C:

m₁/m₂ = (C − C₂)/(C₁ − C)

Przykład: Zmieszaj roztwory 40% i 10%, aby uzyskać roztwór 20%.
m₁/m₂ = (20−10)/(40−20) = 10/20 = 1/2
Stosunek mas: 1 : 2 (na 100 g roztworu 40% potrzeba 200 g roztworu 10%)

8. Najczęstsze błędy

• Mylenie masy roztworu z masą rozpuszczalnika (mᵣ = mₛ + m_rozpuszczalnika).
• Używanie objętości w cm³ zamiast dm³ w stężeniu molowym.
• Zapominanie o przeliczeniu jednostek gęstości.
• Błąd w rozcieńczaniu: dodawanie objętości zamiast mas.