Најважније из лекције
Смеше: Састав је произвољан; супстанце задржавају својства. Деле се на хомогене (исти састав у свим деловима, нпр. ваздух, легуре, раствори) и хетерогене (различит састав, нпр. песак и вода, дим).
Раствори и растворљивост: Раствор = растварач + растворена супстанца. Према количини супстанце, раствори су незасићени, засићени и презасићени. Важи правило: „Слично се у сличном раствара” (поларне супстанце у поларним растварачима попут воде, неполарне у неполарним попут бензина).
Масени удео: \(\omega = \frac{m_s}{m}\). Додавањем воде (разблаживање) удео \(\omega\) опада, док маса супстанце \(m_s\) остаје константна.
Ваздух и вода: Ваздух је хомогена смеша (\(78\%\ \text{N}_2, 21\%\ \text{O}_2\)). Вода показује температурну аномалију (најгушћа на \(4\ ^\circ\text{C}\), лед плута).
Раздвајање смеша: Магнет (магнетизам), цеђење/филтрирање (величина честица), упаравање/дестилација (разлика у тачкама кључања), кристализација (промена растворљивости са температуром).
Раствори и растворљивост: Раствор = растварач + растворена супстанца. Према количини супстанце, раствори су незасићени, засићени и презасићени. Важи правило: „Слично се у сличном раствара” (поларне супстанце у поларним растварачима попут воде, неполарне у неполарним попут бензина).
Масени удео: \(\omega = \frac{m_s}{m}\). Додавањем воде (разблаживање) удео \(\omega\) опада, док маса супстанце \(m_s\) остаје константна.
Ваздух и вода: Ваздух је хомогена смеша (\(78\%\ \text{N}_2, 21\%\ \text{O}_2\)). Вода показује температурну аномалију (најгушћа на \(4\ ^\circ\text{C}\), лед плута).
Раздвајање смеша: Магнет (магнетизам), цеђење/филтрирање (величина честица), упаравање/дестилација (разлика у тачкама кључања), кристализација (промена растворљивости са температуром).
Смеше су мешавине двеју или више чистих супстанци. Њихов састав је произвољан, а супстанце у смеши задржавају своја физичка и хемијска својства.
Хомогене смеше (истородне) јесу смеше које имају исти састав и својства у свим својим деловима. Састојци се не могу разликовати голим оком нити под микроскопом.
Примери хомогених смеша: ваздух, вода из чесме, изворска вода, бистри сокови, бензин, сунцокретово уље, легуре (месинг, бронза).
Хетерогене смеше (разнородне) јесу смеше које имају различит састав и својства у различитим деловима. Састојци се могу разликовати голим оком или под микроскопом.
Примери хетерогених смеша: песак и вода, чађави дим, земљиште, газирана вода, супа с резанцима, смеша гвожђа и сумпора.
Разврстај следеће супстанце на чисте супстанце, хомогене смеше и хетерогене смеше: кисеоник, морска вода, дим, дестилована вода, супа са кнедлама, месинг.
- Чисте супстанце: кисеоник (елемент), дестилована вода (једињење).
- Хомогене смеше: морска вода, месинг.
- Хетерогене смеше: дим, супа са кнедлама.
Раствори су хомогене смеше које се састоје од растварача и једне или више растворених супстанци. Могу бити у течном или чврстом агрегатном стању (нпр. злато за израду накита).
Одређивање растварача:
- Растварач је супстанца која је истог агрегатног стања као и настали раствор.
- Ако су све супстанце истог агрегатног стања, растварач је она супстанца које има највише.
Водени раствори су раствори у којима је растварач вода. То су најчешћи и најважнији раствори у природи и свакодневном животу.
У раствору насталом мешањем \(20\text{ g}\) кухињске соли и \(100\text{ g}\) воде, вода је растварач (јер је раствор течан као и вода), а кухињска со је растворена супстанца.
У раствору који садржи \(70\text{ g}\) воде и \(30\text{ g}\) алкохола, вода је растварач јер је има више.
У раствору који садржи \(70\text{ g}\) воде и \(30\text{ g}\) алкохола, вода је растварач јер је има више.
Одреди шта је растварач, а шта растворена супстанца у раствору припремљеном од \(150\text{ g}\) медицинског алкохола (етанола) и \(50\text{ g}\) воде.
Пошто су обе супстанце течности, растварач је супстанца које има више - етанол (\(150\text{ g}\)), а растворена супстанца је вода (\(50\text{ g}\)).
Растварање је физички процес мешања честица растворене супстанце и растварача при којем не настају нове супстанце.
Растворљивост је број грама растворене супстанце који може максимално да се раствори у одређеној маси растварача (најчешће у \(100\text{ g}\) воде) на одређеној температури.
| Врста раствора | Дефиниција и карактеристике |
|---|---|
| Незасићен раствор | Садржи мање растворене супстанце него што одговара њеној растворљивости на датој температури (може се растворити још супстанце). |
| Засићен раствор | Садржи максималну количину растворене супстанце која одговара њеној растворљивости на тој температури. Раствор изнад нераствореног талога је увек засићен. |
| Презасићен раствор | Садржи више растворене супстанце него засићен раствор на истој температури. Нестабилан је; протресањем или додавањем кристалића долази до кристализације вишка супстанце. |
Утицај температуре на растворљивост:
- За већину чврстих супстанци, растворљивост расте са порастом температуре.
- За гасовите супстанце, растворљивост у води опада са порастом температуре (нпр. из топлог газираног сока брже излазе мехурићи \(\text{CO}_2\)).
Правило растварања: „Слично се у сличном раствара”
- Поларни растварачи (као што је вода) добро растварају поларна и јонска једињења (соли, шећер, киселине).
- Неполарни растварачи (нпр. бензин) добро растварају неполарне супстанце (уља, масти, јод). Неполарне супстанце се слабије растварају у води.
Растворљивост натријум-хлорида на \(20\ ^\circ\text{C}\) износи \(36\text{ g}\) у \(100\text{ g}\) воде. Колико је грама соли потребно за припремање засићеног раствора у \(250\text{ g}\) воде на тој температури?
Постављамо пропорцију:
\[ 36\text{ g NaCl} : 100\text{ g H}_2\text{O} = x : 250\text{ g H}_2\text{O} \]
\[ x \cdot 100 = 36 \cdot 250 \]
\[ x = \frac{9000}{100} = 90\text{ g NaCl} \]
Одговор: Потребно је \(90\text{ g}\) натријум-хлорида.
Квалитативни састав означава које супстанце чине смешу, док квантитативни састав исказује њихов бројни (количински или масени) однос.
Масени удео супстанце (\(\omega\)) у смеши је однос масе те супстанце (\(m_s\)) и укупне масе смеше (\(m\)).
\[ \omega = \frac{m_s}{m} \quad \text{односно} \quad \omega(\%) = \frac{m_s}{m} \cdot 100\% \]
\(m_s\) – маса растворене супстанце; \(m\) – маса смеше или раствора (\(m = m_s + m_{\text{растварача}}\))
Масени удео изражен у процентима показује колико се грама дате супстанце налази у \(100\text{ g}\) смеше (раствора).
Разблаживање раствора: Додавањем растварача (воде) у раствор, укупна маса раствора се повећава, маса растворене супстанце остаје иста, а масени удео супстанце се смањује.
Израчунај масени удео кухињске соли у раствору који се добија растварањем \(25\text{ g}\) соли у \(225\text{ g}\) воде.
1. Израчунавамо масу раствора:
\[ m = m_s + m(\text{H}_2\text{O}) = 25\text{ g} + 225\text{ g} = 250\text{ g} \]
2. Израчунавамо масени удео:
\[ \omega = \frac{m_s}{m} = \frac{25\text{ g}}{250\text{ g}} = 0{,}10 \implies \omega(\%) = 10\% \]
Одговор: Масени удео соли у раствору износи \(10\%\).
Ваздух је природна хомогена смеша гасова. Састоји се од азота (\(\approx 78\%\) запремински / \(75\%\) масени), кисеоника (\(\approx 21\%\) запремински / \(23\%\) масени), племенитих гасова (аргон, криптон, ксенон), угљен-диоксида (\(\text{CO}_2\)) и водене паре.
Загађујуће супстанце у ваздуху: оксиди сумпора и азота, чађ, прашина и вишак \(\text{CO}_2\). Изазивају киселе кише и глобално загревање. Због честица чађи и смога ваздух може постати хетерогена смеша.
Природне воде су смеше воде и различитих растворених минерала и гасова (кисеоник, \(\text{CO}_2\)):
- Кишница: атмосферска вода са малом количином растворених супстанци.
- Минерална вода: вода богата раствореним јонским једињењима (минералима) и \(\text{CO}_2\).
- Вода за пиће: бистра, пречишћена вода без штетних бактерија и токсина, карактеристичног укуса захваљујући раствореним минералима (\(\text{Ca}^{2+}, \text{Mg}^{2+}, \text{Na}^+\)).
- Хемијски чиста вода: дестилована и редестилована вода из које су поступком дестилације уклоњене све растворене материје.
Аномалија воде: Вода има највећу густину на \(4\ ^\circ\text{C}\) (\(1\ \frac{\text{g}}{\text{cm}^3}\)). Због тога лед има мању густину од течне воде и плива, што омогућава опстанак живог света на дну залеђених водених површина.
Зашто дестилована вода није погодна за сталну употребу као вода за пиће?
Дестилована вода је хемијски чиста вода и не садржи минералне супстанце (соли калцијума, магнезијума и натријума) које су неопходне људском организму за правилно функционисање и које води за пиће дају карактеристичан укус.
Састојци смеше раздвајају се на основу разлика у њиховим физичким својствима (величина честица, густина, магнетна својства, тачка кључања, растворљивост).
| Поступак | Врста смеше и принцип | Пример примене |
|---|---|---|
| Раздвајање магнетом | Хетерогена смеша где један састојак има магнетна својства. | Одвајање гвоздених опиљака из смеше са сумпором или песком. |
| Седиментација и декантовање | Хетерогена смеша чврсте и течне фазе. Након таложења (седиментације), течност се пажљиво одлива (декантовање). | Грубо одвајање песка или муља из воде. |
| Цеђење (филтрирање) | Хетерогена смеша чврсто-течно. Смеша се пропушта кроз филтер-хартију. Честице чврсте супстанце остају као талог, а бистра течност која прође је филтрат. | Потпуно одвајање песка или креде из воде; филтери за воду. |
| Упаравање (испаравање) | Хомогена смеша чврсте супстанце растворене у течности. Загревањем течност испари, а чврста супстанца остаје. | Добијање кухињске соли из морске воде. |
| Дестилација | Хомогена смеша течности различитих температура кључања. Састоји се од испаравања лакше испарљиве течности и њене кондензације у хладњаку у дестилат. | Раздвајање смеше етанола и воде; добијање дестиловане воде. |
| Кристализација | Хомогени засићени раствор чврсте супстанце. Хлађењем топлог засићеног раствора издвајају се правилни кристали. | Издвајање чистог плавог камена из воденог раствора. |
Који поступак бираш за одвајање плавог камена од воде ако желиш да сачуваш и плави камен и воду?
Дестилацију, јер се при дестилацији водена пара хлади и кондензује у дестилат (вода се сакупља), док плави камен остаје у дестилационом балону. (Упаравањем би вода неповратно отишла у ваздух).
Задаци за вежбање
Задатак 1 (Лаки ниво): Израчунај масу кухињске соли и масу воде потребне за припремање \(300\text{ g}\) раствора у којем је масени удео соли \(5\%\).
1. Маса соли (\(m_s\)):
\[ \omega = \frac{m_s}{m} \implies m_s = \omega \cdot m = 0{,}05 \cdot 300\text{ g} = 15\text{ g} \]2. Маса воде (\(m_{\text{H}_2\text{O}}\)):
\[ m_{\text{H}_2\text{O}} = m - m_s = 300\text{ g} - 15\text{ g} = 285\text{ g} \] Одговор: Потребно је \(15\text{ g}\) кухињске соли и \(285\text{ g}\) воде.
Задатак 2 (Средњи ниво): У \(180\text{ g}\) воденог раствора шећера масеног удела \(10\%\) додато је још \(20\text{ g}\) воде. Колики је масени удео шећера у новонасталом раствору?
1. Израчунавамо масу раствореног шећера у полазном раствору:
\[ m_s = \omega_1 \cdot m_1 = 0{,}10 \cdot 180\text{ g} = 18\text{ g} \]2. Додавањем воде маса раствореног шећера остаје иста (\(18\text{ g}\)), а нова маса раствора износи:
\[ m_2 = 180\text{ g} + 20\text{ g} = 200\text{ g} \]3. Нови масени удео износи:
\[ \omega_2 = \frac{m_s}{m_2} = \frac{18\text{ g}}{200\text{ g}} = 0{,}09 \implies \omega_2(\%) = 9\% \] Одговор: Масени удео шећера у новом раствору је \(9\%\).
Задатак 3 (Средњи/Напредни ниво): Растворљивост плавог камена на \(60\ ^\circ\text{C}\) износи \(41\text{ g}\) у \(100\text{ g}\) воде, а на \(20\ ^\circ\text{C}\) износи \(20\text{ g}\) у \(100\text{ g}\) воде. Колико ће се грама плавог камена искристалисати ако се \(282\text{ g}\) засићеног раствора ове соли охлади са \(60\ ^\circ\text{C}\) на \(20\ ^\circ\text{C}\)?
1. Маса засићеног раствора на \(60\ ^\circ\text{C}\) на \(100\text{ g}\) воде је \(100\text{ g} + 41\text{ g} = 141\text{ g}\).
2. Одређујемо састав \(282\text{ g}\) тог раствора преко пропорције:
\[ 41\text{ g соли} : 141\text{ g раствора} = m_s : 282\text{ g раствора} \implies m_s = \frac{41 \cdot 282}{141} = 82\text{ g соли} \] \[ m(\text{H}_2\text{O}) = 282\text{ g} - 82\text{ g} = 200\text{ g воде} \]3. На \(20\ ^\circ\text{C}\), у \(200\text{ g}\) воде може максимално остати растворено:
\[ 20\text{ g соли} : 100\text{ g воде} = x : 200\text{ g воде} \implies x = 40\text{ g соли} \]4. Маса кристалисане супстанце је разлика:
\[ m_{\text{кристала}} = 82\text{ g} - 40\text{ g} = 42\text{ g} \] Одговор: Искристалисаће се \(42\text{ g}\) плавог камена.
Задатак 4 (Напредни ниво): Предложи редослед поступака за потпуно раздвајање чврсте трокомпонентне смеше која садржи: гвоздене опиљке, кухињску со и песак. За сваки корак наведи одвојени састојак и физичко својство на којем се поступак темељи.
- Одвајање магнетом: Приношењем магнета издвајају се гвоздени опиљци захваљујући својим магнетним својствима. Остаје смеша песка и соли.
- Додавање воде и растварање: У преосталу смешу се додаје вода. Со се раствара јер је растворна у води, док је песак нерастворан. Настаје хетерогена смеша.
- Цеђење (филтрирање): Смеша се филтрира кроз левак са филтер-хартијом. На филтер-хартији остаје песак као талог, а кроз њу пролази водени раствор соли као филтрат.
- Упаравање филтрата: Водени раствор соли се загрева до потпуног испаравања воде. У посуди остају чисти кристали кухињске соли.
