Tahkete ainete ja vedelike
lahustuvus üldjuhul suureneb t° tõusuga.
5 . L A H U S E D Kui nii lahusti kui lahustunud aine on vedelikud kasut. mõisteid segunevad ja
Lahus on kahest või enamast komponendist (lahustunud ained, lahusti) koosnev
mittesegunevad vedelikud
homogeenne süsteem.
Kui jõud osakeste vahel lahustunud aine sees on suuremad jõududest lahusti ja
Ainete agregaatolekute baasil saab eristada järgmisi lahuseid:
lahustunud aine osakeste vahel, siis lahustub vähesel määral ainet ja protsess on
endotermiline . Kui aga jõud lahusti ja lahustunud aine osakeste vahel on tugevamad,
gaas -
gaas (õhk)
siis lahustub ainet rohkem ja protsess on eksotermiline.
gaas-vedelik (
soodavesi - CO2 vees)
gaas-tahke (H2 pallaadiumis)
Soojushulka, mis eraldub või neeldub teatud koguse lahustatava aine (1 mol)
vedelik-vedelik (
etanool vees)
lahustumisel teatud koguses
lahustis nimetatakse lahustumissoojuseks.
tahke-vedelik (NaCl vees)
tahke-tahke (
valgevask Cu/Zn)
Tõelised
lahused - lahused, milles on lahustunud aine jaotunud molekulideks,
aatomiteks või ioonideks. Sellised lahused on termodünaamiliselt püsivad süsteemid
Lahustumisprotsess:
(dosake
Tahke kristalliline aine
ioonvõrega – läheb lahusesse ioonidena
Kolloidlahused - lahused, kus lahustunud aine osakesed on palju suuremad (dosake
molekulvõrega – läheb lahusesse molekulidena
~2-200 nm). Need osakesed on tekkinud paljude molekulide või aatomite liitumisel ja
aatomvõrega – sageli
mittelahustuvad nad on suhteliselt ebapüsivad.
Vedelik, gaas
Gaaside lahustuvus läheb lahusesse molekulidena
Gaaside lahustuvus väheneb t° tõusuga ja suureneb rõhu kasvuga. Gaaside lahustuvus
Molekulid võivad lahuses lahusti molekulide toimel kas osaliselt või täielikult ioonideks
vees väheneb, kui vesi sisaldab lahustunud soolasid.
jaguneda
Kui üks aine lahustub teises jaotuvad lahustunud aine osakesed (molekulid või
ioonid )
Henry seadus:
ühtlaselt kogu lahusti
mahus . Lahustumisel tekivad muutuva koostisega keemilised
ühendid - solvaadid (
vesilahuste korral nimet. hüdraadid).
Gaasi lahustuvus
vedelikus on proportsionaalses sõltuvuses gaasi osarõhuga lahuse
kohal.
Lahusti – mittevesilahuste korral aine, mida on lahuses rohkem ja/või mis ei muuda
oma agregaatolekut (vesilahuste korral alati vesi).
C=
k ⋅
p Mh 60% etanooli + 40%
atsetooni lahustiks etanool
98%-ne väävelhappelahus lahustiks vesi
kus
CM - gaasi molaarne kontsentratsioon lahuses, mol/dm3
Lahustuvus – aine omadus lahustuda mingis lahustis – puhta aine mass, mis lahustub
p - gaasi osarõhk lahuse kohal, atm
100
grammis lahustis antud temperatuuril ( 2 g/100 g – hästilahustuv)
(nn. Henry konstant)
Lahustunud aine sisalduse põhjal eristatakse:
Rõhu kiire vähenemine põhjustab osa gaasi eraldumist lahusest (CO
küllastumata lahus – lahus, milles antud ainet veel lahustub
2 eraldumine pudeli
avamisel, kessoontõbi
tuukritel )
küllastunud lahus – lahus, mis sisaldab antud temperatuuril ja rõhul maksimaalse
koguse lahustunud ainet (tasakaal)
Seadus ei kehti veega reageerivate ainete kohta (NH3, SO2, CO2). Näiteks NH3
reageerib osaliselt veega ja tema lahustuvus osutub oodatust kõrgemaks.
ü l eküllastunud lahus – aeglasel jahutamisel saadud ebapüsiv süsteem, mis sisaldab
lahustunud ainet üle lahustuvusega määratud koguse. Vähesel mõjutamisel
(loksutamine, tahke aine kristallikese lisamine) liigne
ainehulk eraldub
NH3 + H2O D
NH4OH Lahustunud aine eraldumist lahusest nimetatakse kristallisatsiooniks (sademe
SO
tekkeks)
2 + H2O D H2SO3
Sarnane lahustub sarnases! Ioonvõrega ja polaarsed ühendid polaarsetes
lahustites (
soolad , alused,
happed vees), mittepolaarsed ühendid mittepolaarsetes
lahustites (orgaanika orgaanikas – benseenis, süsiniktetrakloriidis CCl4)
5.1
5.2
KKY3031 Üldine keemia
A.
Trikkel , 2001
Lahuste kontsentratsioon naine [mol] mol
Cm = ,
NB! murru
nimetajas lahusti,
Lahustunud aine hulka kindlas lahuse või lahusti koguses (sageli mahus) nimetatakse
mlahusti [kg] kg s.t vee mass kilogrammides.
lahuse kontsentratsiooniks. Kasutatavamad kontsentratsiooni väljendusviisid on
järgmised:
4.
Moolimurd (CX)
1. Protsentkontsentratsioon (C%)
Moolimurd näitab lahustunud aine moolide arvu suhet lahusti ja kõikide lahustunud
Protsentkontsentratsioon näitab lahustunud aine massi sajas massiosas lahuses
ainete moolide arvu summasse. Kui lahus koosneb
lahustist ja vaid ühest lahustunud
ainest, siis
lahustunud aine mass[g]*100% maine*100%
n
C% = = , %
aine
C
lahuse mass[g] m
X =
lahus
naine + nlahusti
Lahuse massi ja mahu seob lahuse tihedus:
Mitut lahustunud ainet sisaldava lahuse korral tuleb murru nimetajas liita nende kõikide
moolide arvud.
mlahus [g] g
dlahus = ,
naine1
Vlahus [cm3] cm3
CX1 =
naine1 + naine2 + ... + nlahusti
Ja lahustunud aine massi leidmiseks saab
nendest tuletada:
5. ppm (
parts per million)
C% C%
maine = Vlahus * dlahus * = mlahus *
ppm näitab lahustunud aine massiosade arvu miljonis (106) massiosas lahuses.
100% 100%
Kasutatakse väga väikeste sisalduste esitamiseks näiteks keskkonnakeemias. Kuna
ppm-
ides väljendatavate lahuste kontsentratsioonid on väga madalad (seega on nende
2. Molaarne kontsentratsioon (C
lahuste tihedus d ≈ 1.00 g/cm3), siis võib kehtivaks lugeda ka seosed
M)
Molaarne kontsentratsioon näitab lahustunud aine moolide arvu ühes kuupdetsimeetris
1 g 1 mg 1 mg 1 µg
(ühes liitris) lahuses
1 ppm = = = =
106 g 1 kg 1 l 1 ml
naine [mol] mol
C
Veelgi madalamate kontsentratsioonide korral kasutatakse ka ppb (
parts per billion )
M = ,
V
(biljon e. miljard - 109)
lahus [dm3] dm3
maine [g] V0gaas [L]
Näited: naine = naine = , mol
250 grammis vees
lahustati 10.5 grammi naatriumkloriidi. Saadi lahus tihedusega
Maine [g/mol] 22.4 [L/mol]
1.027 g/cm3. Leida saadud lahuse protsentkontsentratsioon,
molaarsus ,
molaalsus , ja
moolimurd.
Avaldame ka nendest valemitest lahustunud aine massi:
maine = Vlahus * CM * Maine
Antud: mNaCl = 10.5 g Lahuse mass
3. Molaalne kontsentratsioon (C
m
m)
lahusti = 250 g mlahus = maine(NaCl) + mlahusti(H2O) =
MNaCl = 58.5 g/mol
Molaalne kontsentratsioon näitab lahustunud aine moolide arvu 1 kilogrammis lahustis
dlahus = 1.027 g/cm3 = 10.5 + 250 = 260.5 g
---------------------------
C%, CM, Cm, CX = ?
5.3
5.4
KKY3031 Üldine keemia
A.Trikkel, 2001
Raoult'i seadus (
Francois Marie Raoult, 1830-1901):
m
⋅
NaCl
100% 10.5 g 100%
Lahusti aurude osarõhk lahuse kohal on võrdne lahusti moolimurru ja puhta lahusti
C% = = = 4.03%
aururõhu korrutisega:
mlahus 260.5 g
plahusti = CX lahusti * p°lahusti
mNaCl 10.5 g
n
Võrrand näitab, et
mittelenduv lahustunud aine vähendab lahusti tendentsi üle minna
NaCl = = = 0.179 mol
M
aurufaasi – mida rohkem on lahuses lahustunud ainet, seda väiksem on lahusti
NaCl 58.5 g/mol
moolimurd
Kui lahuse mõlemad komponendid on
lenduvad (
näit. vesi + etanool), siis lahuse
mlahus 260.5 g
aururõhk on summa mõlema komponendi aururõhkudest:
Vlahus = = = 254 cm3 = 0.254 L
dlahus 1.027 g/cm3
pA = CX A * p°A
pB = CX B * p°B
nNaCl 0.179 mol
C
ja üldine aururõhk lahuse kohal
M = = = 0.705 mol/L
Vlahus 0.254 L
Püldine = pA + pB
nNaCl 0.179 mol
kus
Cm = = = 0.716 mol/kg H2O
p°A - puhta aine A aururõhk antud temperatuuril
mH2O 0.250 kg
p°B - puhta aine B aururõhk antud temperatuuril
CX A - aine A moolimurd lahuses
C
m
X B - aine B moolimurd lahuses
H2O 250 g
p
n
A - aine A aurude osarõhk lahuse kohal
H2O = = = 13.9 mol
pB - aine B aurude osarõhk lahuse kohal
MH2O 18.0 g/mol
Sellel seadusel põhineb nn. fraktsioneeriv
destilleerimine -
protseduur vedelike
eraldamiseks lahustest, mis põhineb nende erinevatel keemistemperatuuridel (
erineval nNaCl 0.179
lenduvusel).
CX = = = 0.0127
nNaCl + nH
benseen (80.1°C) – tolueen (110.6°C)
2O 0.179 + 13.9
etanool (78.3°C) – vesi (100.0°C)
Saadud lahuse protsentkontsentratsioon on 4.03%, molaarsus 0.705 mol/dm3,
molaalsus 0.716 mol/kg H
Destilleerimisel (isegi mitmekordsel) täielikku lahutamist komponentideks ei saavutata!
2O, moolimurd 0.0127
5.3. Lahjad elektrolüütide lahused 5.2. Lahjade mitteelektrolüütide lahuste omadusi Elektrolüüdid - ained, mille
vesilahused ja/või mis vedelas olekus juhivad elektrivoolu
Mitteelektrolüüdid - ained, millede vesilahused ei juhi elektrivoolu.
Elektrolüütide lahustumisel vees jagunevad molekulid vastasnimeliselt laetud
osakesteks – ioonideks. Ka ioonvõrega ained lähevad lahusesse ioonidena. Kuna
Mitteelektrolüütide lahustumisel molekulid ioonideks ei jagune. Seega puuduvad
lahuses on liikuvad laenguga osakesed, juhivad sellised lahused elektrivoolu (
elektrivool lahuses liikuvad laenguga osakesed ja sellised lahused ei juhi elektrivoolu (suhkur,
- laetud osakeste suunatud liikumine).
alkoholid ).
Seda ioonideks jagunemise protsessi nimetatakse elektrolüütiliseks
Lahuse aururõhk. dissotsiatsiooniks.
Dissotsiatsiooni ulatust iseloomustab
dissotsiatsiooniaste (α) - ioonideks
Eksperimendid näitavad, et kui lahustunud aine on mittelenduv (
näit. suhkur), siis on
lagunenud (e. ioniseerunud) molekulide (valemühikute) arvu suhe üldisesse lahuses
lahuses oleva lahusti aururõhk alati väiksem puhta lahusti aururõhust.
olevate molekulide (valemühikute) arvusse
5.5
5.6
KKY3031 Üldine keemia
A.Trikkel, 2001
ioniseerunud molekulide arv
Kui väävelhape on tugev elektrolüüt, siis vesiniksulfaatioon dissotsieerub edasi juba
α =
väga vähesel määral. Viimane seaduspära on iseloomulik kõikidele mitmealuselistele
kogu molekulide arv lahuses
hapetele.
Näiteks 0.05 M fosforhape (H3PO4) kui kolmealuseline
hape on esimeses järgus
Sageli väljendatakse dissotsiatsiooniastet ka protsentides (α ⋅ 100%)
dissotsieerunud 32% (α = 0.32), teises järgus vaid 0.2% ja kolmandat järku praktiliselt ei
–
eksisteerigi. Seega on fosforhappe vesilahuses suhteliselt palju
H2PO4 ioone, vähesel
määral HPO 2–
3–
4
ioone ning peaaegu puuduvad PO4
ioonid .
Elektrolüütide klassifikatsioon –
1. Tekkivate osakeste arvu järgi:
H3PO4 D H+ + H2PO4
H
–
2–
2PO4 D H+ + HPO4
-
binaarsed tekib kaks iooni:
NaCl → Na+ + Cl–
HPO 2–
3–
4
D H+ + PO4
MgSO
2–
4 → Mg2+ + SO4
- ternaarsed tekib kolm iooni:
5.4. Lahuste kolligatiivsed omadused Na
2–
2SO4 → 2 Na+ + SO4
MgCl
Kolligatiivsed omadused – omadused, mis sõltuvad lahustunud aine osakeste (ioonide,
2 → Mg2+ + 2 Cl–
molekulide) arvust lahuses, aga mitte antud aine iseloomust. Kui tähistada valemijärgne
osakeste arv ν, siis:
2. Dissotsiatsiooni
ulatuse järgi:
1 mol suhkrut lahuses 1 mol suhkru molekule (ν = 1)
tugevad elektrolüüdid - lahuses peaaegu täielikult ioonideks jagunenud (α ≈ 1)
1 mol NaCl lahuses 2 mol ioone:
enamus soolasid
NaCl → Na+ + Cl– (ν = 2)
mitmed happed: HCl, HBr, HI, HClO4,
HNO3 , H2SO4
leelis - ja leelismuldmetallide hüdroksiidid:
1 mol Na
NaOH , KOH, Ca(OH)
2SO4 lahuses 3 mol ioone:
2
Na
2–
2SO4 → 2 Na+ + SO4
(ν = 3)
nõrgad elektrolüüdid - lahuses vähesel määral ioonideks
jagunenud (α
Kõik kommentaarid