RDu3RbwQlFwbx

Zdjęcie przedstawia blat stołu laboratoryjnego, na którym w równych odległościach od siebie stoją zlewki wypełnione niebieskim roztworem. Każda z siedmiu zlewek przykryta jest bibułą, pod którą na patyczku zwisa zanurzona w roztworze nitka z małym kryształem zawieszonym na końcu. Zlewki mają na boku naklejone etykiety z nazwiskami.

1. Czy w tej samej ilości wody rozpuszcza się taka sama ilość każdej substancji?

W takiej samej objętości wody rozpuszczają się różne masy różnych substancji.

2. Czy ilość substancji rozpuszczanej zależy od temperatury rozpuszczalnika?

Wpływ temperatury na proces rozpuszczania gazów w wodzie – na przykładzie dwutlenku węgla

Doświadczenie 3

Problem badawczy

Jaki wpływ na rozpuszczanie gazu w wodzie ma temperatura?

Hipoteza

Wybierz jedną z przedstawionych hipotez, a następnie zweryfikuj ją.

Im wyższa temperatura wody, tym mniej gazu się w niej rozpuści (ilość gazu rozpuszczonego w wodzie maleje wraz ze wzrostem temperatury).
Im wyższa temperatura wody, tym więcej gazu się w niej rozpuści (ilość gazu rozpuszczonego w wodzie rośnie wraz ze wzrostem temperatury).

Co będzie potrzebne

• zlewki,

• woda o temperaturze pokojowej,

• wrzątek,

• woda gazowana schłodzona w lodówce,

• woda gazowana o temperaturze pokojowej.

Instrukcja

1. Do trzech zlewek o identycznej objętości wlej jednakową objętość schłodzonej w lodówce wody gazowanej (kilkadziesiąt cmIndeks górny 3³).

2. Do każdej z nich dodaj taką samą objętość „zwykłej” wody o różnej temperaturze:

   1. do pierwszej zlewki – wodę schłodzoną w lodówce,

   2. do drugiej zlewki – wodę o temperaturze pokojowej,

   3. do trzeciej zlewki – wodę o temperaturze około 100°C (wrzątek).

3. Obserwuj pojawianie się pęcherzyków gazu w zlewkach. Porównaj ilość pęcherzyków.

Podsumowanie

R1ePnYXnjjGP31

Na stole laboratoryjnym znajdują się 3 zlewki o jednakowej objętości oraz butelka wody mineralnej. Do pierwszej wlewana jest schłodzona woda, do drugiej woda o temperaturze pokojowej, a do trzeciej woda gazowana. W zlewce 2 i 3 wydzielają się pęcherzyki gazu. W 3 jest ich najwięcej.

Na stole laboratoryjnym znajdują się 3 zlewki o jednakowej objętości oraz butelka wody mineralnej. Do pierwszej wlewana jest schłodzona woda, do drugiej woda o temperaturze pokojowej, a do trzeciej woda gazowana. W zlewce 2 i 3 wydzielają się pęcherzyki gazu. W 3 jest ich najwięcej.

Film dostępny na portalu epodreczniki.pl

Na stole laboratoryjnym znajdują się 3 zlewki o jednakowej objętości oraz butelka wody mineralnej. Do pierwszej wlewana jest schłodzona woda, do drugiej woda o temperaturze pokojowej, a do trzeciej woda gazowana. W zlewce 2 i 3 wydzielają się pęcherzyki gazu. W 3 jest ich najwięcej.

Po dodaniu gorącej wody do wody mineralnej wzrasta jej temperatura i wydzielają się z niej pęcherzyki gazu. Im wyższa była temperatura dodanej wody, tym więcej wydzielało się gazu. Wraz ze wzrostem temperatury maleje ilość gazu rozpuszczonego w wodzie.

Ilość substancji, która może ulec rozpuszczeniu w wodzie, zależy od temperatury. W przypadku gazów ilość ta maleje wraz ze wzrostem temperatury, natomiast dla ciał stałych wielkość ta na ogół rośnie.

3. Roztwór nasycony i nienasycony

Jeśli w roztworze wodnym znajduje się maksymalna ilość substancji rozpuszczonej, a kolejna dodana porcja substancji nie ulegnie już rozpuszczeniu, to mamy do czynienia z roztworem nasyconymroztwór nasyconyroztworem nasyconym. Każdy inny roztwór, który nie osiągnął stanu nasycenia, określa się mianem roztworu nienasyconegoroztwór nienasyconyroztworu nienasyconego.

Z uwagi na zależność między ilością substancji rozpuszczonej od temperatury roztwór, który jest nasycony w temperaturze niższej, nie będzie już nim w temperaturze wyższej, w której najczęściej może rozpuścić się więcej substancji.

R1Vu169JJ8XUs1

Ilustracja przedstawia schemat rozpuszczania się substancji i wytrącania jej w zależności od temperatury roztworu. W górnej części planszy znajdują się rysunki trzech kolb stożkowych napełnionych do takiej samej wysokości cieczą. Kolba środkowa reprezentuje roztwór nasycony i tak też jest podpisana. Kolba z lewej strony reprezentuje roztwór nasycony z którego po obniżeniu temperatury wytrącił się nadmiar rozpuszczonej substancji. Podpis głosi: w niższej temperaturze w wodzie można rozpuścić mniejszą ilość substancji, a jej nadmiar wydzieli się z roztworu w postaci kryształków. Kolba z lewej strony reprezentuje roztwór nienasycony. Podpis poniżej głosi: W wyższej temperaturze w wodzie może rozpuścić się więcej substancji, niż w temperaturze niższej, dlatego roztwór, który jest nasycony w temperaturze niższej nie będzie już nim w temperaturze wyższej. Pomiędzy rysunkami kolb, a podpisami pod nimi znajdują się dwie grube poziome strzałki wiodące od środka planszy w kierunkach zewnętrznych, w lewo i prawo. Strzałka wiodąca w lewo stopniowo przechodzi z koloru czerwonego na początku w niebieski na końcu, co symbolizuje coraz niższą temperaturę. Strzałka wiodąca w prawo stopniowo przechodzi z koloru czerwonego na początku w żółty na końcu, co symbolizuje coraz wyższą temperaturę.

Chemicy posługują się także określeniami roztworów odnoszącymi się do ilości rozpuszczonej w nich substancji. Wyróżniają na tej podstawie:

• roztwór stężonyroztwór stężonyroztwór stężony, w którym ilość substancji rozpuszczonej jest identyczna jak w roztworze nasyconym lub niewiele mniejsza;

• roztwór rozcieńczonyroztwór rozcieńczonyroztwór rozcieńczony, czyli roztwór, który zawiera co najmniej kilkakrotnie mniej substancji niż roztwór stężony.

RqN4b2OdCQ7Zl1

Schemat szeregujący rodzaje roztworów. W górnej części planszy rozpoczyna go szary prostokąt z napisem Roztwór właściwy i definicją: mieszanina jednorodna składająca się z rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej. Od tego pola odchodzą dwie strzałki ukośnie w dół. Lewa prowadzi do szarego prostokąta z napisem Roztwór nasycony i definicją: zawiera maksymalną ilość substancji, jaka może się rozpuścić w danej masie rozpuszczalnika. Prawa strzałka prowadzi do szarego prostokąta z napisem Roztwór nienasycony i definicją: nie zawiera maksymalnej ilości substancji, jaka może się rozpuścić w danej ilości rozpuszczalnika. Od obu prostokątów odchodzą w dół strzałki zbiegające się w jednym miejscu: szarym prostokącie z napisem Roztwór stężony. Od prawego prostokąta odchodzi jeszcze jedna, dodatkowa strzałka skierowana pionowo w dół, prowadząca do szarego prostokąta z napisem Roztwór rozcieńczony.

Każdy roztwór nasycony jest roztworem stężonym, ale nie każdy roztwór stężony jest nasyconym.
Każdy roztwór rozcieńczony jest jednocześnie nienasyconym, ale roztworem nienasyconym może być zarówno roztwór rozcieńczony, jak i stężony.

R1ayYyztHUmE71

Ilustracja w sposób graficzny porównuje pojęcia dotyczące roztworów i zależności między nimi. Składa się z dwóch pionowo ustawionych prostokątów pomiędzy którymi znajduje się gruba pionowa strzałka z grotem skierowanym w górę. Strzałka jest zielona i ma na sobie biały napis Wzrost ilości substancji w roztworze. Prostokąt z lewej strony ma barwę pomarańczową, która na samej górze przechodzi w czerwoną. Na tle części pomarańczowej, mniej więcej w jednej trzeciej wysokości prostokąta licząc od dołu znajduje się biały napis Roztwór nienasycony, natomiast na tle części czerwonej, tuż pod górną krawędzią znajduje się napis Roztwór nasycony. Prostokąt z prawej strony strzałki jest w większości ciemnoniebieski, natomiast w dolnej części jego barwa płynnie przechodzi w jasnoniebieską. Na dole, na tle w części jasnoniebieskiej, w pobliżu krawędzi znajduje się biały napis Roztwór rozcieńczony. U góry, w połowie wysokości części ciemnoniebieskiej i mniej więcej w jednej trzeciej wysokości prostokąta licząc od góry znajduje się biały napis Roztwór stężony.

4. Rozpuszczalność

Żadna substancja nie może zostać rozpuszczona w wodzie w nieograniczonej ilości. Są substancje, które rozpuszczają się w niej tylko w niewielkim stopniu (np. w ilości $\text{1,5 · }{\text{10}}^{\text{-25}}$g w 100 g wody). Istnieją też dobrze rozpuszczalne substancje, których ilość w roztworze może przekraczać czterokrotnie masę wody.

Miarą zdolności substancji do rozpuszczania się w wodzie jest rozpuszczalnośćrozpuszczalnośćrozpuszczalność. Określa ona maksymalną ilość substancji jaka może rozpuścić się w ustalonej masie lub objętości rozpuszczalnika w danej temperaturze i pod stałym ciśnieniem. W tablicach fizycznych i chemicznych rozpuszczalność jest najczęściej wyrażana jako liczba gramów substancji, którą można rozpuścić w 100 g wody w danej temperaturze i pod stałym ciśnieniem. Dane te zostały wyznaczone doświadczalnie.

5. Krzywe rozpuszczalności

Na podstawie danych liczbowych przedstawiających zależność rozpuszczalności substancji od temperatury sporządza się wykres nazywany krzywą rozpuszczalności.

R368hmsQoOjyS

Ilustracja przedstawia wykres porównawczy krzywych rozpuszczalności przykładowych substancji stałych w wodzie. Oś pozioma to temperatura roztworu wyznaczona w stopniach Celsjusza od zera do setki, oś pionowa to rozpuszczalność w gramach substancji na 100 gramów wody od zera do pięciuset. Pole wykresu podzielone jest na kolumny co dziesięć stopni Celsjusza. Na wykresie przedstawiono krzywe rozpuszczalności ośmiu substancji. Widać z nich, że rozpuszczalność każdej substancji zwiększa się wraz ze wzrostem temperatury, ale z różną prędkością i najczęściej też z innym poziomem wyjściowym przy temperaturze zera stopni. Najmniejszą dynamikę przyrostu ma sól kamienna, czyli chlorek sodu oraz chlorek potasu. Nieco większą ma siarczan miedzi i jodek potasu, który jednak odznacza się znacznie wyższą rozpuszczalnością ogólną od wszystkich wymienionych do tej pory. Następny jest azotan sodu, którego rozpuszczalność w niskiej temperaturze sytuuje się pomiędzy jodkiem potasu, a wcześniej wymienionymi substancjami, a w wysokiej zbliża się do rozpuszczalności jodku potasu. Octan sodu początkowo zwiększa rozpuszczalność powoli, aby w zakresie od czterdziestu do sześćdziesięciu stopni gwałtownie przyspieszyć i ponownie zwolnić. Azotan potasu w najniższej temperaturze ma najniższą rozpuszczalność spośród wszystkich umieszczonych na wykresie, ale rośnie ona najszybciej, bo przy temperaturze stu stopni Celsjusza aż osiemnastokrotnie, zajmując ostatecznie drugie miejsce na wykresie. Najwyższą rozpuszczalność w każdej temperaturze, zdecydowanie wyższą od wszystkich pozostałych substancji ma cukier spożywczy, czyli sacharoza. Wynosi ona od około stu osiemdziesięciu do około czterystu dziewięćdziesięciu gramów na sto gramów wody.

Krzywa rozpuszczalności pozwala określić, jak zmienia się rozpuszczalność danej substancji w zależności od temperatury. Dostarcza też informacji, czy jest to zmiana znaczna, czy niewielka. Z wykresu można też odczytać ilość substancji, jaka może maksymalnie rozpuścić się w 100 g wody.

Ciekawostka

Oczyszczanie substancji – krystalizacja
Otrzymywane w laboratorium związki chemiczne zazwyczaj nie są czyste i zawierają niewielkie ilości innych substancji nazywanych zanieczyszczeniami. Aby otrzymać czystą substancję, jako metodę oczyszczania stosuje się m.in. krystalizację. Polega ona na tym, że w odpowiednio dobranym rozpuszczalniku, w temperaturze jego wrzenia, rozpuszcza się zanieczyszczoną substancję, w wyniku czego otrzymuje się jej nasycony roztwór.

Następnie pozostawia się mieszaninę w spokoju przez pewien czas. W trakcie powolnego ochładzania mieszaniny substancja wydziela się z roztworu w postaci kryształów, a zanieczyszczenia pozostają w roztworze.

Warunkiem koniecznym do przeprowadzenia krystalizacji jest dobranie takiego rozpuszczalnika, w którym dana substancja będzie rozpuszczała się bardzo dobrze na gorąco, a słabo – w niższej temperaturze, a ponadto rozpuszczalnik ten – niezależnie od temperatury – będzie bardzo dobrze rozpuszczał zanieczyszczenia.

R19QeEYijkFjn1

Ilustracja przedstawia rysunek kolby z kulistym dnem stojącej na trójnożnym stojaku metalowym. W kolbie znajduje się niewielka ilość żółtawego roztworu, a na dnie wydzielone żółtawe grudki, czyli kryształki wytrąconej substancji.

Podsumowanie

• W takiej samej objętości wody rozpuszczają się różne ilości rozmaitych substancji.

• Ilość substancji stałej rozpuszczonej w wodzie zależy od temperatury i najczęściej rośnie wraz z jej wzrostem.

• Wraz ze wzrostem temperatury maleje ilość rozpuszczonego w wodzie gazu.

• Roztwór, który w danej temperaturze zawiera maksymalną ilość substancji rozpuszczonej, a kolejna dodana porcja substancji nie ulega rozpuszczeniu, nazywamy roztworem nasyconym.

• Roztwór, który w danej temperaturze nie zawiera maksymalnej ilości substancji

  rozpuszczonej i w którym możliwe jest rozpuszczenie dodatkowej porcji substancji, to roztwór nienasycony.

• Roztwór rozcieńczony zawiera co najmniej kilkakrotnie mniej substancji niż roztwór stężony.

• W roztworze stężonym ilość substancji rozpuszczonej jest taka sama jak w roztworze nasyconym lub niewiele mniejsza.

• Maksymalna ilość substancji, jaka może rozpuścić się w ustalonej masie lub objętości rozpuszczalnika w danej temperaturze i pod stałym ciśnieniem, nazywa się rozpuszczalnością. Może być wyrażana jako liczba gramów substancji, jaką można rozpuścić w 100 g rozpuszczalnika w danej temperaturze i pod stałym ciśnieniem.

• Wykres przedstawiający zależność rozpuszczalności danej substancji od temperatury nazywa się krzywą rozpuszczalności.

Słowniczek

Zadania

R1IDXXQtlsE16

Ilustracja przedstawia wykres porównawczy krzywych rozpuszczalności przykładowych substancji stałych w wodzie. Oś pozioma to temperatura roztworu wyznaczona w stopniach Celsjusza od zera do setki, oś pionowa to rozpuszczalność w gramach substancji na 100 gramów wody od zera do pięciuset. Pole wykresu podzielone jest na kolumny co dziesięć stopni Celsjusza. Na wykresie przedstawiono krzywe rozpuszczalności ośmiu substancji. Widać z nich, że rozpuszczalność każdej substancji zwiększa się wraz ze wzrostem temperatury, ale z różną prędkością i najczęściej też z innym poziomem wyjściowym przy temperaturze zera stopni. Najmniejszą dynamikę przyrostu ma sól kamienna, czyli chlorek sodu oraz chlorek potasu. Nieco większą ma siarczan miedzi i jodek potasu, który jednak odznacza się znacznie wyższą rozpuszczalnością ogólną od wszystkich wymienionych do tej pory. Następny jest azotan sodu, którego rozpuszczalność w niskiej temperaturze sytuuje się pomiędzy jodkiem potasu, a wcześniej wymienionymi substancjami, a w wysokiej zbliża się do rozpuszczalności jodku potasu. Octan sodu początkowo zwiększa rozpuszczalność powoli, aby w zakresie od czterdziestu do sześćdziesięciu stopni gwałtownie przyspieszyć i ponownie zwolnić. Azotan potasu w najniższej temperaturze ma najniższą rozpuszczalność spośród wszystkich umieszczonych na wykresie, ale rośnie ona najszybciej, bo przy temperaturze stu stopni Celsjusza aż osiemnastokrotnie, zajmując ostatecznie drugie miejsce na wykresie. Najwyższą rozpuszczalność w każdej temperaturze, zdecydowanie wyższą od wszystkich pozostałych substancji ma cukier spożywczy, czyli sacharoza. Wynosi ona od około stu osiemdziesięciu do około czterystu dziewięćdziesięciu gramów na sto gramów wody.