úvod
Keď v litri vody rozpustíme lyžicu soli alebo cukru, zmení sa nielen chuť, ale aj teplota varu a tuhnutia. A čo je zvláštne: nezáleží na tom, čo sme rozpustili, ale koľko častíc sme rozpustili. Vlastnosti, ktoré závisia len od počtu rozpustených častíc, sa volajú koligatívne.
teória
Nižšie tuhnutie, vyšší var
Rozpustené častice „zaberajú miesto“ na hladine a v roztoku, molekulám vody sa horšie uniká do pary aj horšie skladá do kryštálu. Preto roztok:
- má nižší tlak pary ako čistá voda,
- vrie pri vyššej teplote,
- tuhne pri nižšej teplote.
Zmena je úmerná počtu častíc v 1 kg rozpúšťadla, molalite b (mol/kg):
ΔT = i · K · b
Pre vodu je kryoskopická konštanta K_k = 1,86 K · kg/mol a ebulioskopická K_e = 0,512 K · kg/mol. Číslo i (van ‘t Hoffov faktor) hovorí, na koľko častíc sa jedna jednotka rozpadne: glukóza 1, NaCl 2, CaCl₂ 3.
vyskúšaj si
Soľ na ceste a krvinka
V 1 kg vody rozpustíme látku. Vypočítaj, pri akej teplote roztok zamŕza.
0 / 0Prečo sa cesty v zime solia?
0 / 0Soľ na cestách funguje asi do −10 °C, pri silnejšom mraze sa sype chlorid vápenatý. Do chladiča auta sa leje zmes vody s etylénglykolom, ktorá zamŕza až okolo −35 °C. Morská voda zamŕza asi pri −2 °C.
teória
Osmóza
Polopriepustná membrána prepúšťa molekuly vody, ale nie väčšie rozpustené častice. Takou membránou je aj bunková membrána. Keď sú na oboch stranách roztoky s rôznou koncentráciou, voda prechádza do koncentrovanejšieho roztoku a riedi ho. Tento dej je osmóza.
Pre bunky je to životne dôležité:
- izotonický roztok má rovnako veľa častíc ako bunka, napríklad 0,9 % NaCl pre krvinky, bunka sa nemení,
- hypotonický roztok má menej častíc, voda vteká do bunky a krvinka môže prasknúť,
- hypertonický roztok má viac častíc, voda z bunky vyteká a bunka sa scvrkne.
Preto sa do žily podáva fyziologický roztok a nie čistá voda. Hypertonický roztok soli alebo cukru vyťahuje vodu z mikroorganizmov, a tak konzervuje údeniny, nakladanú zeleninu aj džem.
Zapamätaj si: rozpustené látky znižujú teplotu tuhnutia a zvyšujú teplotu varu vody. Záleží len na počte rozpustených častíc. Preto sa cesty solia. Pri osmóze prechádza voda cez membránu tam, kde je viac rozpustených látok. Červená krvinka v čistej vode napučí, v slanej vode sa scvrkne.
Osmotický tlak
Osmóze sa dá zabrániť tlakom na koncentrovanejší roztok. Tlak, ktorý ju práve zastaví, je osmotický tlak. Jacobus van ‘t Hoff zistil, že sa vypočíta ako tlak ideálneho plynu:
π = i · c · R · T
kde c je koncentrácia v mol/m³. Fyziologický roztok (0,154 mol/l NaCl, i = 2) má pri 37 °C osmotický tlak asi 790 kPa, takmer osem atmosfér. Aj malý rozdiel koncentrácií teda vytvorí veľký tlak, ktorým rastliny dvíhajú vodu a ktorý udržiava listy napnuté.
Prečo nie je i vždy celé číslo
Vo väčších koncentráciách sa ióny navzájom priťahujú a časť z nich sa správa ako jedna častica. Skutočný van ‘t Hoffov faktor NaCl je preto o niečo menší ako 2, v 0,1 mol/kg roztoku asi 1,9.
Zisťovanie molárnej hmotnosti
Koligatívne vlastnosti sa kedysi používali na určenie molárnej hmotnosti neznámej látky: rozpustí sa známa hmotnosť, zmeria sa ΔT a z neho vyjde b a M. Osmotický tlak je taký citlivý, že sa ním dodnes merajú molárne hmotnosti bielkovín a polymérov.
Reverzná osmóza
Keď na roztok zatlačíme väčším tlakom, ako je osmotický, voda poteká opačne, z roztoku do čistej vody. Reverznou osmózou sa odsoľuje morská voda a čistí voda v domácich filtroch. Pri morskej vode treba tlak 50 až 80 barov.
rozšírenie Ryby v mori a v rieke
Morské ryby žijú v hypertonickom prostredí a voda z nich neustále uniká. Preto pijú morskú vodu a nadbytočnú soľ vylučujú žiabrami. Sladkovodné ryby sú v opačnej situácii: voda do nich preniká, nepijú a vylučujú veľa zriedeného moču. Lososy a úhory, ktoré putujú medzi riekou a morom, musia celý systém prepnúť.
teória
Časté chyby
- „Cukor a soľ znížia teplotu tuhnutia rovnako, keď ich odvážime rovnako veľa.“ Rozhoduje počet častíc, nie hmotnosť. Soľ má menšiu molárnu hmotnosť a rozpadá sa na dva ióny.
- „Pri osmóze prechádza soľ do čistej vody.“ Prechádza voda do roztoku.
- „Krvinka v slanej vode napučí.“ V hypertonickom roztoku sa scvrkne, napučí v čistej vode.
- „Molalita a molarita sú to isté.“ Molalita je na 1 kg rozpúšťadla, molarita na 1 liter roztoku.
Celú kapitolu si over v teste v lekcii Precvičovanie.