Definicje chemiczne.doc

·  Roztwór  –  jednorodny, jednofazowy układ dwu- lub więcej składnikowy, w którym substancja rozpuszczona występuje w dyspersji (rozdrobnieniu) molekularnym

·  Mol – jest to liczebność materii występująca, gdy liczba cząstek (elementów) układu jest równa liczbie atomów zawartych w masie 12 g węgla 12C (równa liczbie Avogadro - 6,02·1023 elementów). 

Ponieważ ortodoksyjne traktowanie tej definicji w praktyce chemicznej napotyka czasem na spore trudności (nieznana, czasem zmienna ilość elementów ze względu np. na wiązania wodorowe) w codziennej działalności często za mol uważamy
 
– taką ilość substancji, wyrażoną w gramach, która jest równa liczbowo masie cząsteczkowej tej  substancji (związku, pierwiastka).  

·  Objętość molowa gazów - objętość jednego mola gazu (ilości cząsteczek równej liczbie Avogadro). W warunkach normalnych wynosi około 22,4 dm3

·  Masa atomowa – średnia masa atomowa danego pierwiastka; uwzględnia występujące naturalnie izotopy (ich masy i procentowy udział w pierwiastku). Suma mas atomowych wszystkich atomów tworzących cząsteczkę stanowi jej masę cząsteczkową. Jednostką masy atomowej (cząsteczkowej) jest 1 dalton, czyli masa 1/12 atomu izotopu węgla 12C. 

Ponieważ w naturalnym rozpowszechnieniu węgiel jako pierwiastek zawiera około 98,9% węgla izotopu 12C i około 1,1% izotopu 13C, masa atomowa naturalnego węgla wynosi 12,01.
Najczęściej masy atomowe dla podstawowych obliczeń chemicznych zaokrąglamy do 1 miejsca po przecinku.

·  Stężenie  –  ilość substancji rozpuszczonej w określonej ilości (najczęściej objętości) roztworu.

Stężenie procentowe - wyraża procentową zawartość substancji rozpuszczonej w stosunku do roztworu. W sposób uproszczony określa się ją jako ilość gramów substancji rozpuszczonej w 100 g roztworu.

Ze względów praktycznych stosuje się czasem określenie stężenia procentowego wagowo/objętościowego, jako stosunku masy substancji rozpuszczonej do objętości roztworu (ilość gramów substancji w 100 ml roztworu) lub stężenia objętościowo/objętościowego, czyli ilości mililitrów substancji rozpuszczonej w 100 ml roztworu. Dzięki dopuszczeniu do tej drobnej niekonsekwencji unikamy konieczności znajomości i zastosowania w obliczeniach gęstości roztworu bądź gęstości substancji rozpuszczanej, jeśli jest cieczą - a ponadto przygotowując roztwory o tak zdefiniowanych stężeniach możemy ciecze odmierzać (objętościowo) a nie odważać. Jest to z praktycznego punku widzenia bardzo duże ułatwienie w pracy.

PAMIĘTAJ !! 

Pod pojęciem stężenie procentowe zawsze rozumiemy stosunek masy substancji rozpuszczonej do masy roztworu, lub ogólniej – co pozwala nam stosować to pojęcie nie tylko do roztworów, lecz także do mieszanin, stopów, zawartości zanieczyszczeń itp. –  stosunek masy jednego składnika do masy całego rozpatrywanego układu. Jeżeli stosujemy stężenie procentowe w ujęciu innym niż klasyczne musimy podać odpowiednie wyjaśnienie np. stężenie procentowe objętościowo-objętościowe roztworu wynosi ...  W przypadku stężeń objętościowo-objętościowych czasami stosuje się skrót v/v 

Stężenie molowe – określa ilość moli substancji rozpuszczonej w 1 l roztworu. 
Obliczamy je dzieląc masę substancji rozpuszczonej, zawartej w 1 l roztworu, przez jej masę cząsteczkową 
Najczęściej spotykany sposób wyrażenia stężenia. Ponieważ w każdym molu jest taka sama ilość cząsteczek (liczba Avogadro), substancje reagują ze sobą w takich proporcjach (jeśli ich ilości wyrazimy w molach) w jakich występują cząsteczki reagujących związków w zapisie stechiometrycznym reakcji, np.:

2 NaHCO3  ——>  Na2CO3  +  H2O  +  CO2

Z zapisu reakcji wynika, że z każdych dwóch cząsteczek kwaśnego węglanu sodu powstaje (pod wpływem ogrzewania) cząsteczka węglanu sodu, cząsteczka wody i cząsteczka ditlenku węgla. Oznacza to równocześnie, że z dwóch moli kwaśnego węglanu sodu (168 g) powstanie 1 mol węglanu sodu (106 g), jeden mol wody (18 g) i jeden mol ditlenku węgla (44 g; 22,4 l w warunkach normalnych).

Ułamek molowy – określa, jaką część sumarycznej ilości moli stanowiących dany układ (roztwór, mieszaninę) stanowi ilość moli określanej substancji.

Jeżeli sporządzimy mieszaninę gazową złożoną z 1 mola gazu A, 3 moli gazu B i 2 moli gazu C, to sumaryczna ilość moli gazów tworzących tę mieszaninę wyniesie 1 + 3 + 2 = 6 (N = 6). Ułamek molowy gazu A wynosi nA = 1/6; dla gazu B nB = 3/6 = 0,5;  zaś dla gazu C nC = 2/6 = 1/3.
Warto zauważyć (i zapamiętać), że suma stężeń  wszystkich składników, wyrażonych ułamkami molowymi daje zawsze wartość 1.

 Stężenie molalne – praktycznie znajduje zastosowanie wyłącznie przy obliczeniach związanych z prawem Raoulta. Zdefiniowane, jako ilość moli substancji rozpuszczonej w 1 kg rozpuszczalnika.

·  Gęstość –  wartość stosunku masy substancji do jej objętości. Masa 1 cm3 substancji (1 ml cieczy).

Nie należy mylić gęstości z lepkością. To co w potocznej mowie nazywamy gęstością (np. gęsty miód) w chemii i fizyce nosi nazwę lepkości (miód określimy jako ciecz o dużej lepkości).

W praktyce można przyjąć, że woda i wodne roztwory o niedużym stężeniu (do 5%) w temperaturze pokojowej mają gęstość równą 1 g/cm3, zatem istnieje liczbowa zgodność między masą w gramach a objętością w mililitrach. Dla wodnych roztworów o większych stężeniach, oraz dla bardzo wielu rozpuszczalników organicznych gęstość różni się znacznie od 1 (np. etanol ~0,8 g/ml; tetrachlorek węgla ~1,6 g/ml) i w przypadku tych roztworów i rozpuszczalników musimy przeliczać objętości na masę i odwrotnie uwzględniając gęstość cieczy.

·  Szybkość reakcji– stosunek zmiany stężenia produktów bądź substratów do czasu, w którym nastąpiła.

Rozpatrzmy równanie reakcji                      aA + bB ——>  X

Ponieważ szybkość reakcji chemicznej jest proporcjonalna do stężenia substratów (równanie 1, poniżej), a w czasie reakcji stężenie to jest zmienne (ubywa substratów) – a więc i szybkość reakcji zmienia się z każdą chwilą. Tak więc możemy mówić o średniej szybkości reakcji w pewnym przedziale czasowym Dt:    V=Dc/Dt.   Jeżeli chcemy wyznaczyć rzeczywistą chwilową szybkość reakcji musimy wykorzystać rachunek różniczkowy i wyrazić szybkość reakcji jako różniczkę (równanie 2):

a  i  b   to współczynniki stechiometryczne równania reakcji, której szybkość wyznaczamy.

Ze względu na zmienność szybkości reakcji w czasie, parametrem charakteryzującym przebieg reakcji jest tzw. stała szybkości reakcji k. Jej wartość jest równa szybkości reakcji w hipotetycznym momencie, kiedy wszystkie substraty występują w stężeniu 1 mol/dm3. Współczynnik k występuje w równaniu zależności chwilowej szybkości reakcji od stężenia substratów.

V = k[A]a[B]b

·  Stała równowagi reakcji  (dotyczy reakcji odwracalnych w stanie równowagi) – stosunek iloczynu stężeń produktów do iloczynu stężeń substratów. 

dla reakcji odwracalnej opisanej równaniem:

stała równowagi reakcji dla reakcji biegnącej od lewej do prawej wynosi:

Dla reakcji odwrotnej (czytanej od prawej do lewej) wartością stałej reakcji będzie odwrotność stałej zapisanej powyżej.

·  Stała dysocjacji (stała równowagi odwracalnej reakcji dysocjacji) – stosunek iloczynu stężeń jonów (produktów) do stężenia cząsteczek niezdysocjowanych (substratów) w stanie równowagi roztworu słabego elektrolitu. 

zaś dla reakcji dysocjacji fosforanu wapnia

Stała dysocjacji  nie zależy od stężenia substratów, zależy natomiast od temperatury reakcji.

·  Stopień dysocjacji a  –  stosunek ilości cząsteczek zdysocjowanych do całkowitej ilości cząsteczek rozpuszczonych w danym roztworze (dla roztworu słabego elektrolitu). 
Wartość podajemy w procentach (np. 13% cząsteczek uległo dysocjacji) lub w ułamku dziesiętnym np. a = 0,13
Stopień dysocjacji zależy zarówno od temperatury, jak i od stężenia elektrolitu. Wzrost temperatury zwiększa stopień dysocjacji, wzrost stężenia  cofa proces dysocjacji.

·  Iloczyn jonowy wody – iloczyn stężenia jonów wodorowych (H+, a dokładniej H3O+) i wodorotlenowych (OH-) w wodzie i roztworach wodnych. 

Wartość iloczynu jonowego wody jest pochodną stopnia dysocjacji wody, która dysocjuje na równoważne ilości jonu hydroniowego  H3O+ i hydroksylowego OH-.  
W temperaturze 25°C stężenie każdego z tych jonów wynosi 10-7mol/l, zatem iloczyn jonowy wody w tych warunkach jest równy 10-14.
Iloczyn jonowy wody można wyprowadzić z równania na stałą dysocjacji wody. Ponieważ woda dysocjuje na jony hydroniowe H3O+ i wodorotlenowe, jej stała dysocjacji wynosi:

Ponieważ stopień dysocjacji wody jest niezmiernie mały (około 0,000 000 2%), można  przyjąć, że stężenie wody występujące w tym wzorze w mianowniku jest stałe, a więc i stała K pomnożona przez stałe stężenie wody da nam wartość stałą - iloczyn jonowy wody.

·         Rozpuszczalność - ilość gramów danej substancji, która w danej temperaturze może rozpuścić się w 100 g rozpuszczalnika, dając roztwór nasycony

·  Iloczyn rozpuszczalności –iloczyn stężenia jonów (kationów i anionów) powstałych z dysocjacji słabo rozpuszczalnej soli. Wartość iloczynu rozpuszczalności jest w danej temperaturze wartością stałą. (patrz tabela)

dla soli dysocjującej wg równania:     ...