Најважније из лекције
Смеше: Састоје се од две или више чистих супстанци произвољног односа маса. Хомогене смеше имају исти састав у свим деловима (раствори, ваздух, легуре попут месинга), док код хетерогених састојке разликујемо оком или микроскопом (песак, дим).
Раствори: Састоје се од растварача и растворене супстанце. Растворљивост одређује максималну масу супстанце у \(100\text{ g}\) растварача на datoj температури (формира засићен раствор). За већину чврстих супстанци растворљивост расте са температуром, док код гасова опада.
Масени удео: \(\omega = \frac{m_s}{m}\). Додавањем растварача раствор се разблажује (\(\omega\) опада, \(m_s\) остаје константно).
Ваздух и вода: Ваздух је претежно смеша азота (\(\sim 78\%\)) и кисеоника (\(\sim 21\%\)). Природне воде су смеше са раствореним минералима и гасовима; вода има аномалију густине са максимумом на \(4\ ^\circ\text{C}\).
Раздвајање смеша: Заснива се на разлици у физичким особинама састојака: магнетизам (гвожђе), филтрирање (нерастворне честице у течности), дестилација (разлика у тачкама кључања) и кристализација/упаравање (издвајање растворка из течности).
Раствори: Састоје се од растварача и растворене супстанце. Растворљивост одређује максималну масу супстанце у \(100\text{ g}\) растварача на datoj температури (формира засићен раствор). За већину чврстих супстанци растворљивост расте са температуром, док код гасова опада.
Масени удео: \(\omega = \frac{m_s}{m}\). Додавањем растварача раствор се разблажује (\(\omega\) опада, \(m_s\) остаје константно).
Ваздух и вода: Ваздух је претежно смеша азота (\(\sim 78\%\)) и кисеоника (\(\sim 21\%\)). Природне воде су смеше са раствореним минералима и гасовима; вода има аномалију густине са максимумом на \(4\ ^\circ\text{C}\).
Раздвајање смеша: Заснива се на разлици у физичким особинама састојака: магнетизам (гвожђе), филтрирање (нерастворне честице у течности), дестилација (разлика у тачкама кључања) и кристализација/упаравање (издвајање растворка из течности).
Смеше су мешавине две или више чистих супстанци произвољног састава, при чему састојци задржавају своја физичка и хемијска својства.
Хомогене смеше (грч. homos – истородан) јесу смеше код којих се састојци не могу разликовати голим оком нити под микроскопом. Имају једнак састав и својства у свим својим деловима.
Примери хомогених смеша: ваздух, вода са чесме, изворска вода, бистри сокови, бензин, јестиво уље, легуре као што су бронза (бакар и калај) и месинг (бакар и цинак).
Хетерогене смеше (грч. heteros – разнородан) јесу смеше код којих се састојци могу разликовати голим оком или микроскопом. Имају различит састав и својства у различитим деловима.
Примери хетерогених смеша: песак и вода, чађави дим, зачини, газирана вода, пепео, супа с резанцима, земљиште.
Својства смеше (попут боје, густине или температуре кључања) зависе од врсте и количинског односа састојака који је чине.
Разврстај следеће примере на чисте супстанце, хомогене смеше и хетерогене смеше: кисеоник, морска вода, чађ у ваздуху, месинг, дестилована вода.
Чисте супстанце: кисеоник, дестилована вода.
Хомогене смеше: морска вода, месинг.
Хетерогене смеше: чађ у ваздуху.
Хомогене смеше: морска вода, месинг.
Хетерогене смеше: чађ у ваздуху.
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 накит).
Растварач је супстанца која је истог агрегатног стања као настали раствор. Уколико су све компоненте истог агрегатног стања, растварач је она супстанца које има највише.
Растворена супстанца је супстанца која се раствара у растварачу.
Раствори у којима је растварач вода називају се водени раствори.
Одреди растварач и растворену супстанцу у следећим растворима:
а) Раствор настао мешањем \(15\text{ g}\) кухињске соли и \(100\text{ g}\) дестиловане воде.
б) Раствор настао мешањем \(70\text{ g}\) етанола и \(30\text{ g}\) воде.
а) Раствор настао мешањем \(15\text{ g}\) кухињске соли и \(100\text{ g}\) дестиловане воде.
б) Раствор настао мешањем \(70\text{ g}\) етанола и \(30\text{ g}\) воде.
а) Дестилована вода је течна као и раствор, па је она растварач, а кухињска со је растворена супстанца.
б) И етанол и вода су течности; пошто етанола има више (\(70\text{ g} > 30\text{ g}\)), етанол је растварач, а вода је растворена супстанца.
б) И етанол и вода су течности; пошто етанола има више (\(70\text{ g} > 30\text{ g}\)), етанол је растварач, а вода је растворена супстанца.
Растварање је физички процес у коме честице растварача окружују честице растворене супстанце и равномерно их распоређују. Супстанце притом не мењају своју хемијску природу.
Растворљивост је максималан број грама растворене супстанце који се може растворити у одређеној маси растварача (најчешће у \(100\text{ g}\) воде) на одређеној температури.
| Врста раствора | Опис |
|---|---|
| Засићен раствор | Садржи максималну количину растворене супстанце која одговара њеној растворљивости на датој температури. Раствор изнад нераствореног талога је увек засићен. |
| Незасићен раствор | Садржи мање растворене супстанце него засићен раствор на истој температури; у њему се може растворити још супстанце. |
| Презасићен раствор | Садржи више растворене супстанце него што одговара растворљивости на тој температури. Веома је нестабилан и лако прелази у засићен уз издвајање кристала (кристализација). |
Утицај температуре на растворљивост:
- Код већине чврстих и течних супстанци, порастом температуре растворљивост расте.
- Код гасовитих супстанци (нпр. \(\text{CO}_2\)), порастом температуре растворљивост опада.
Правило поларности: „Слично се у сличном раствара”. Поларне и јонске супстанце добро се растварају у поларним растварачима (нпр. со и шећер у води), док се неполарне супстанце растварају у неполарним растварачима (нпр. масти у бензину).
Ако је растворљивост натријум-хлорида (\(\text{NaCl}\)) на \(20\ ^\circ\text{C}\) једнака \(36\text{ g}\) у \(100\text{ g}\) воде, колико је грама соли потребно за припремање засићеног раствора у \(250\text{ g}\) воде на истој температури?
Постављамо пропорцију:
\[ 36\text{ g } \text{NaCl} : 100\text{ g } \text{H}_2\text{O} = x : 250\text{ g } \text{H}_2\text{O} \]
\[ 100 \cdot x = 36 \cdot 250 \]
\[ x = \frac{9000}{100} = 90\text{ g } \text{NaCl} \]
Потребно је \(90\text{ g}\) натријум-хлорида.
Масени удео (\(\omega\)) супстанце у смеши представља однос масе те супстанце (\(m_s\)) и укупне масе смеше (\(m\)).
\[ \omega = \frac{m_s}{m} \quad \text{или} \quad \omega(\%) = \frac{m_s}{m} \cdot 100\% \]
\(m_s\) – маса супстанце; \(m\) – укупна маса смеше или раствора (\(m = m_{\text{супстанце}} + m_{\text{растварача}}\)).
Масени удео нема мерну јединицу. Његова вредност је у распону од 0 до 1 (односно од \(0\%\) до \(100\%\)). Масени удео изражен у процентима показује колико се грама дате супстанце налази у \(100\text{ g}\) смеше.
Разблаживање: Додавањем растварача (воде) у раствор маса растворене супстанце остаје непромењена, укупна маса раствора се повећава, а масени удео супстанце се смањује.
Израчунај масени удео кухињске соли у раствору добијеном растварањем \(20\text{ g}\) соли у \(180\text{ g}\) воде.
1. Рачунамо укупну масу раствора:
\[ m = m_s + m(\text{H}_2\text{O}) = 20\text{ g} + 180\text{ g} = 200\text{ g} \]
2. Рачунамо масени удео:
\[ \omega = \frac{m_s}{m} = \frac{20\text{ g}}{200\text{ g}} = 0{,}10 \quad \text{тј.} \quad 10\% \]
Ваздух је природна хомогена гасовита смеша. У сувом ваздуху приближно се налази:
- Азот (\(\text{N}_2\)): око \(78\%\) запремински (око \(75\%\) масено)
- Кисеоник (\(\text{O}_2\)): око \(21\%\) запремински (око \(23\%\) масено)
- Племенити гасови (аргон, криптон, ксенон), угљеник(IV)-оксид (\(\text{CO}_2\)) и водена пара.
Загађивачи ваздуха су честице чађи, прашине, оксиди сумпора (\(\text{SO}_2\)) и азота (\(\text{NO}_x\)), као и вишак \(\text{CO}_2\). Они изазивају појаву смога, киселих киша и глобалног загревања.
Природне воде (речна, морска, минерална вода, кишница) јесу смеше јер у себи садрже растворене соли и гасове (\(\text{O}_2\), \(\text{CO}_2\)).
Хемијски чиста вода не садржи растворене материје. У пракси се таквом сматра дестилована вода (добијена дестилацијом) и редестилована вода.
Вода за пиће мора бити бистра, без боје, мириса и патогених микроорганизама, али садржи корисне растворене минерале који јој дају укус.
Аномалија воде: Вода достиже највећу густину на температури од \(4\ ^\circ\text{C}\) (\(1\ \text{g/cm}^3\)). Због тога лед (\(0\ ^\circ\text{C}\)) има мању густину од течне воде и плива по површини, чиме омогућава опстанак живог света на дну водених басена током зиме.
Зашто се при загревању хладне чесменске воде на зидовима чаше уочавају мехурићи много пре него што вода прокључа?
Мехурићи настају јер су у води растворени гасови (првенствено кисеоник и азот). Како се температура воде повећава, растворљивост гасова у њој опада, па се вишак гаса издваја у облику мехурића.
Раздвајање састојака смеша заснива се на разлици у њиховим физичким својствима (растворљивост, тачка кључања, величина честица, магнетна својства, густина).
| Поступак | Врста смеше | Физичко својство / Принцип | Пример примене |
|---|---|---|---|
| Деловање магнетом | Хетерогене смеше чврстих супстанци | Магнетна својства једног од састојака | Одвајање гвоздених опиљака од сумпора или песка |
| Просејавање | Хетерогене смеше чврстих супстанци | Разлика у величини честица (користи се сито) | Одвајање крупнијег шљунка од финог песка |
| Филтрирање (цеђење) | Хетерогене смеше чврсто-течно | Разлика у растворљивости и величини честица | Одвајање креде или песка из воде помоћу филтер-папира |
| Упаравање / Кристализација | Хомогене смеше (чврста супстанца растворена у течности) | Издвајање чврсте растворене супстанце испаравањем растварача | Добијање кристала морске соли или плавог камена из раствора |
| Дестилација | Хомогене смеше две или више течности (или чврсто-течно) | Разлика у тачкама кључања (укључује испаравање и кондензацију) | Раздвајање смеше етанола и воде; добијање дестиловане воде |
Предложи редослед поступака за потпуно раздвајање састојака из смеше коју чине: гвоздени опиљци, кухињска со и песак.
1. Деловањем магнета издвајају се гвоздени опиљци.
2. У преосталу смешу соли и песка додаје се вода како би се со растворила (песак остаје нерастворен).
3. Поступком филтрирања на филтер-папиру се одваја нерастворни песак.
4. Преостали бистри раствор соли у води се упарава (кристализација), при чему вода испари, а на дну посуде остају кристали кухињске соли.
2. У преосталу смешу соли и песка додаје се вода како би се со растворила (песак остаје нерастворен).
3. Поступком филтрирања на филтер-папиру се одваја нерастворни песак.
4. Преостали бистри раствор соли у води се упарава (кристализација), при чему вода испари, а на дну посуде остају кристали кухињске соли.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Колико је грама шећера и грама воде потребно за припремање \(300\text{ g}\) раствора шећера у коме је масени удео растворене супстанце \(5\%\)?
Масени удео од \(5\%\) значи да се у \(100\text{ g}\) раствора налази \(5\text{ g}\) шећера.
\[ m_s = \omega \cdot m = 0{,}05 \cdot 300\text{ g} = 15\text{ g шећера} \]
Маса воде добија се као разлика укупне масе раствора и масе растворене супстанце:
\[ m(\text{H}_2\text{O}) = m - m_s = 300\text{ g} - 15\text{ g} = 285\text{ g воде} \]
Одговор: Потребно је \(15\text{ g}\) шећера и \(285\text{ g}\) воде.
Задатак 2 (средњи): У \(250\text{ g}\) раствора водоник-пероксида са масеним уделом од \(12\%\) додато је \(150\text{ g}\) дестиловане воде. Колики је масени удео водоник-пероксида у новонасталом раствору?
1. Израчунавамо масу раствореног водоник-пероксида у полазном раствору:
\[ m_s = 0{,}12 \cdot 250\text{ g} = 30\text{ g} \]
2. Додавањем воде маса растворене супстанце остаје иста (\(30\text{ g}\)), а укупна маса новог раствора износи:
\[ m_{\text{нови}} = 250\text{ g} + 150\text{ g} = 400\text{ g} \]
3. Масени удео у новонасталом раствору:
\[ \omega_2 = \frac{m_s}{m_{\text{нови}}} = \frac{30\text{ g}}{400\text{ g}} = 0{,}075 \quad \text{тј.} \quad 7{,}5\% \]
Одговор: Масени удео водоник-пероксида у разблаженом раствору износи \(7{,}5\%\).
Задатак 3 (средњи): 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. На \(60\ ^\circ\text{C}\), маса засићеног раствора добијеног са \(100\text{ g}\) воде износи:
\[ 100\text{ g воде} + 41\text{ g соли} = 141\text{ g раствора} \]
2. Одређујемо количину соли и воде у \(282\text{ g}\) засићеног раствора на \(60\ ^\circ\text{C}\):
\[ 141\text{ g раствора садржи } 41\text{ g соли} \implies 282\text{ g раствора садржи } 2 \cdot 41\text{ g} = 82\text{ g соли} \]
Маса воде у том раствору је:
\[ m(\text{H}_2\text{O}) = 282\text{ g} - 82\text{ g} = 200\text{ g воде} \]
3. На \(20\ ^\circ\text{C}\), у \(100\text{ g}\) воде може бити растворено максимално \(20\text{ g}\) соли. Према томе, у \(200\text{ g}\) воде на \(20\ ^\circ\text{C}\) остаје растворено:
\[ 2 \cdot 20\text{ g} = 40\text{ g соли} \]
4. Маса супстанце која се издваја кристализацијом је разлика растворене масе на вишој и нижој температури:
\[ m_{\text{кристали}} = 82\text{ g} - 40\text{ g} = 42\text{ g} \]
Одговор: Искристалисаће се \(42\text{ g}\) плавог камена.
Задатак 4 (тежак): Дата је хомогена смеша течности А (тачка кључања \(78\ ^\circ\text{C}\), меша се са водом) и воде, у којој је додатно растворена чврста супстанца Б (растворна у тој смеши, разлаже се на температурама изнад \(120\ ^\circ\text{C}\)). Опиши кораке и назови поступке помоћу којих се све три чисте компоненте могу појединачно изоловати.
Смеша се загрева у дестилационој апаратури до приближно \(78\ ^\circ\text{C}\). Течност А прва кључа, њена пара се у хладњаку кондензује и сакупља у прихватни суд.
Након што је сва течност А издвојена, температура се подиже на \(100\ ^\circ\text{C}\). Вода испарава, кондензује се и сакупља у други чист суд као дестилована вода.
Након што сва вода испари, у дестилационом балону заостаје чврста супстанца Б. Пошто се балон загрева до \(100\ ^\circ\text{C}\), што је испод температуре њеног разлагања (\(120\ ^\circ\text{C}\)), чврста супстанца Б остаје хемијски непромењена и чиста.
