Završni rad

Otopine

KEMIJA

Otopina je tekuća ili čvrsta faza koja se sastoji od dvije ili više tvari. Jedna tvar se naziva otapalo a ostale tvari otopljene tvari. Otapalo obično čini tvar koja se u otopini nalazi u većoj količini od ostalih tvari. U nekim slučajevima otapalo može biti i smjesa tvari. Kod tekuće otopine otapalo je neka tekućina kao voda, alkohol, eter, kloroform i dr. Otopljena tvar može biti plin (otopina ugljik-dioksida u vodi), tekućina (smjesa alkohola i vode) ili čvrsta tvar (otopina šećera u vodi). Kao primjer čvrste otopine mogu se navesti mnoge legure (mjed, zlato za nakit). Posebno mjesto među otopinama zauzimaju vodene otopine.

VODA KAO OTAPALO

Voda je sigurno najpoznatije otapalo u kojem se može otapati veliki broj različitih tvari, anorganskih i organskih, polarnih i slabo polarnih tvari. U vodenim otopinama odvija se većina kemijskih reakcija u laboratoriju te svi biološki procesi u živim stanicama. Kod mnogih reakcija voda je i sudionik reakcije, reaktant ili produkt reakcije.

Voda se odlikuje karakterističnim i za život na zemlji važnim svojstvima. Zbog velike razlike u elektronegativnosti između kisika i vodika molekula vode je izrazito polarnog karaktera. Zbog vrlo malih dimenzija, jezgra vodika može se relativno jako približiti elektronegativnom kisiku druge molekule i tako nastaje intermolekulska veza koja je, premda slaba u odnosu na kovalentnu vezu, mnogo jača od uobičajenih privlačnih sila između polarnih molekula. To je veza koju nazivamo vodikovom vezom.

Vodikova veza ima veliki utjecaj na svojstva vode. Voda ima izrazito visoko talište i vrelište i visoku permitivnost medija, a s tim u vezi i veliku moć otapanja različitih soli. Toplina taljenja i isparavanja su kod vode izvanredno velike upravo zbog toga što je velika energija potrebna za rastavljanje molekula vode vezanih vodikovom vezom. Vode oceana za vrućeg dana apsorbiraju mnogo topline no zagrijavaju se samo neznatno. Po noći se toplina otpušta no temperatura vode se vrlo malo mijenja. Veliki dio topline se sunca troši se na isparavanje vode. Dio topline dobivene u metaboličkim procesima u tijelu također se troši u procesu isparavanja.

Metanol i etanol topljivi su u vodi u svim omjerima. Porastom broja C-atoma smanjuje se topljivost jer ulazak dugolančanih molekula u strukturu vode zahtjeva kidanje velikog broja vodikovih veza.

2 od 5

Voda kao jako polarno otapalo dobro otapa veliki broj ionskih spojeva. Pri otapanju ionskog kristala potrebno je nadvladati jake privlačne sile među ionima. Polarne molekule vode privlače ione na površini kristala i omogućuju im da napuste kristalnu rešetku. Ioni u otopini okruženi su molekulama vode –hidratizirani su. Hidratacija iona važna je za topljivost spoja jer energija koja se oslobađa hidratacijom omogućuje izlazak iona iz kristalne rešetke, tj. „energija hidratacije“ potrebna je da bi se savladala „energija rešetke“.

TOPLJIVOST TVARI

Dok se plinovi i mnoge tekućine međusobno miješaju u svim omjerima,, topljivost čvrstih tvari u tekućini je ograničena. Čvrsta tvar otapa se samo tako dugo dok otopina ne postane zasićena. U tom momentu dolazi do izjednačenja brzina otapanja i taloženja tvari, što znači da je zasićena otopina u ravnoteži s neotopljenom tvari. Sadržaj tvari u takvoj zasićenoj otopini odgovara topljivosti te tvari pri danoj temperaturi.

Topljivost tvari se prema tome može definirati kao maksimalna količina tvari koja se uz danu temperaturu može otopiti u određenoj količini otapala. Ona ovisi o strukturi i svojstvima tvari te o vanjskim faktorima kao što su temperatura i tlak (kod otapanja plina).

Slika 1. Topljivost različitih tvari u ovisnosti o temperaturi

3 od 5

SVOJSTVA OTOPINA

Fizikalna svojstva otopina općenito ovise o količini otopljene tvari a mogu u većoj ili manjoj mjeri ovisiti i o kemijskoj prirodi tvari u otopini. Postoji važna skupina svojstava koja su razmjerna količini čestica otopljene tvari u razrijeđenoj otopini a praktički neovisna o njihovoj prirodi. Takva svojstva nazivaju se koligativnim svojstvima. To su tlak pare, povišenje vrelišta, sniženje ledišta i osmotski tlak otopine. Za razliku od koligativnih svojstava, konstitutivna svojstva otopina ovise, osim o količini otopljene tvari, i o vrsti otopljenih čestica. To su npr. difuzija i napetost površine otopina.

OTOPINE ELEKTROLITA

Elektrolitima nazivamo tvari koje su u vodenoj otopini prisutne, djelomično ili potpuno, u obliku iona. To mogu biti tvari koje su ionske građe već u kristalnom stanju ili tvari čije molekule u reakciji s otapalom daju ione.

Elektroliti mogu biti jaki i slabi. Jaki elektroliti u vodenim otopinama potpuno disociraju na svoje ione. Tu spadaju tipični ionski spojevi, dakle većina soli, no i neki kovalentni spojevi kao što su HCl, HNO3 i H2SO4. Slabi ili potencijalni elektroliti u vodenim otopinama samo djelomično disociraju na ione koji su u ravnoteži s nedisociranim molekulama. Tu spadaju spojevi koji sadrže kovalentnu vezu s djelomičnim ionskim karakterom, kao što su slabe kiseline i baze. Od slabih kiselina mogu se spomenuti neke anorganske kiseline (boratna i karbonatna kiselina), karboksilne kiseline, fenoli i tioli, a od slabih baza amonijak i amini.

Mjerilo za jakost nekog elektrolita je njegova konstanta disocijacije. Što je vrijednost konstante veća to je elektrolit jači.

Jedna od glavnih karakteristika otopina elektrolita je njihova sposobnost da zbog prisutnosti slobodnih iona vode električnu struju. Električna provodnost nekog elektrolita ovisi o broju iona prisutnih u otopini te o privlačnim silama koje među njima vladaju. Zbog toga je ovisnost provodnosti o koncentraciji elektrolita u otopini dosta složena. Ona je razmjerna koncentraciji elektrolita samo u idealnom slučaju kad je elektrolit potpuno disociran i kad među ionima ne dolazi do međusobnih privlačenja.

4 od 5

DEFINICIJE

Difuzija – kada su dvije otopine različite koncentracije u neposrednom dodirunastoje izjednačiti koncentracije tako da se otapalo rasprostire (difundira) izrazrijeđenije otopine u koncentriraniju, a otopljena tvar u suprotnom pravcubrzina difuzije ovisi o: temperaturi, viskoznosti te masi difundirajućih čestica.

Osmoza – proces difuzije otapala kroz polupropusnu opnu iz otopine nižekoncentracije u otopinu više koncentracije.

Polupropusna opna ili membrana – opna koja odvaja dvije otopine različitekoncentracije, propušta samo otapalo ali ne i otopljenu tvar.

Pojava osmoze vrlo je važna za funkcioniranje životinjskih i biljnih stanica.

Plazmoliza – kada je stanica u otopini veće koncentracije nego što je u njoj samoj dolazi do njenog skvrčavanja, ako obratno stavimo stanice u vodu dolazi do širenja stanice i može doći do njenog pucanja.

Izotonička otopina – otopina istog osmotskog tlaka kao i otopina u stanicama.

Hipertonička otopina – otopina koncentriranija od stanične otopine.

Hipotonička otopina – otopina razblaženija od stanične otopine.

5 od 5