Čtení k této části

Petrucci: Kapitola 13 (oddíly 1 – 6)

Úvod

Roztoky jsou homogenní směsi více než jedné látky. Slovo homogenní znamená, že směs je jednou fází, jejíž vlastnosti budou stejné bez ohledu na to, kde je vzorek odebrán.

To, že směs více než jedné složky je roztokem, můžeme většinou potvrdit pouhým pohledem na naši směs. Pokud můžeme směs prohlédnout (Clear), pak se s největší pravděpodobností jedná o jednu fázi, což znamená roztok. Pokud je směs neprůhledná, pak jsou v ní pravděpodobně dvě nebo více fází, které se navzájem nemíchají, a proto rozptylují světlo, takže je zakalená. Jablečná šťáva je tedy roztok, zatímco mléko obsahuje vodu, kapičky oleje a trochu mléčné sušiny, které jsou v suspenzi, ale nerozpouštějí se navzájem. Lépe to poznáme, když necháme nehomogenizované mléko chvíli odstát. Smetana (oleje) vystoupí nahoru a dole zůstane průsvitnější tekutina (většinou voda s trochou suspendovaných pevných látek, tzv. máslové mléko). Další fyzikální úpravou (např. odstředěním) můžeme složky mléka ještě více oddělit. Je zřejmé, že směs, kterou jsme viděli jako „mléko“, nebyla roztokem, i když v ní mohly být některé složky, které jím byly (např. více druhů olejů se navzájem rozpustilo, aby se olej stal součástí krému.

Při pozorování kapalných směsí v laboratoři je proto důležité uvádět barvu (červená, modrá, růžová…), ale také průhlednost (čirý, neprůhledný, zakalený, mléčný…) popisovaného vzorku kapaliny. Jablečná šťáva je tedy čirý a žlutý roztok, zatímco mléko je neprůhledná, bílá směs. Pozorování průhlednosti nám umožňuje s jistotou říci, že jablečná šťáva je jednofázová, a proto je roztokem, zatímco mléko není jednofázové, a proto není roztokem.

Roztoky mohou být pevné, kapalné nebo plynné (pro chemiky jsou nejzajímavější kapalné roztoky).

Plynná fáze

Roztoky plynné fáze snadno vznikají z jakékoli směsi plynů, protože molekuly plynu tak zřídka vzájemně interagují. Pokud směs plynů ve skutečnosti nereaguje, pak roztok plynné fáze téměř jistě vznikne (alespoň při pokojové teplotě a tlaku)

Kapalná fáze

V kapalné fázi jsou si molekuly natolik blízko, že mezimolekulární síly nabývají na významu. V této fázi vznikne roztok mezi (řekněme) dvěma druhy A a B pouze tehdy, pokud jsou mezimolekulární síly A—A, B—B a A–B přibližně stejné.

Například hexan a heptan jsou dvě nepolární kapaliny. Mezimolekulární síly v každé z těchto čistých kapalin jsou především disperzní síly, způsobené dočasnými dipóly. Jedná se o poměrně slabé síly. Mezimolekulární síly, které by existovaly mezi hexanem a heptanem, by však měly také především disperzní charakter. Proto vznikne kapalný roztok. Říká se, že obě kapaliny jsou navzájem zcela mísitelné.

Pokud jsou síly jedné z molekul pro svůj druh mnohem větší než pro druhou, roztok nemusí vzniknout. Vezměme si například vodu a hexan. Voda je polární molekula a navíc se váže s jinými molekulami vody vodíkovými vazbami. To jsou dvě silnější (a nejsilnější) z mezimolekulárních sil (ve srovnání s disperzními silami). Naproti tomu hexan se nemůže zapojit do žádného z těchto dvou typů interakcí, a proto se s vodou nemísí. O těchto dvou kapalinách se říká, že jsou navzájem nemísitelné.

Tvrdá fáze (krystaly)

V pevné fázi jsou nejen velmi dobře definovány mezimolekulární síly, ale krystaly pevné látky tvoří pevné uspořádání atomů, jejichž rozestupy jsou zcela pravidelné. Aby se druhý typ molekuly vešel, musí mít podobnou velikost a tvar jako hostitelské molekuly (nebo atomy).

Obvyklé Pevné „roztoky“ tohoto typu najdeme mimo jiné v drahých kamenech a ve slitinách kovů.

Složení roztoků:

Molarita

Existuje několik běžných metod pro udávání složení roztoků, se kterými máme co do činění. Konkrétní metoda, kterou použijeme, závisí do značné míry na tom, k jakému účelu ji použijeme. Ve většině relativně zředěných roztoků, kde potřebujeme rychlé a snadné výpočty, které vztahují počet molů v roztoku k objemu, používáme molaritu. Koncentraci v molaritě lze vypočítat jako:

\

kde n = počet molů rozpuštěné látky a V = objem roztoku. To nám dává koncentraci v jednotkách :
M ≡ mol × litr-1 nebo mol × l-1.

Dávejte si pozor na rovnice. Studenti často zaměňují symboly proměnných používané v rovnicích se symboly jednotek používanými při výpočtech. To je například tento příklad. V rovnici zde není písmeno M jako proměnná. Velké písmenoM se jinde používá jako proměnná pro vyjádření molární hmotnosti, takže v této rovnici by nemělo být použito pro vyjádření koncentrace. Proměnná C se používá k vyjádření koncentrace v libovolných jednotkách a zde CM znamená koncentraci v molárních jednotkách. Symbol pro jednotky koncentrace nazývané molarita je kurzívou psané velké písmeno M , které používáme jako zkratku pro plně vypsané jednotky molů rozpuštěné látky na litr roztoku (nebo jen mol/l),

Příklad:

V 1,45 l kapalného rozpouštědla se rozpustí 0,243 molu suché práškové sloučeniny. Jaká je molární koncentrace roztoku?

K řešení můžeme použít výše uvedenou rovnici s jednou výhradou. Objem v rovnici má být litr roztoku, ale objem uvedený v tomto příkladu je litr rozpouštědla. Nemůžeme prostě použít jeden objem místo druhého jako obecné pravidlo. V tomto případě však přidáváme malé množství sloučeniny do velkého objemu kapaliny, takže i když se objem kapaliny musel změnit, nezměnil se příliš. Pokud přijmeme předpoklad, že změna je zanedbatelná, tj. objem roztoku se rovná objemu rozpouštědla, pak můžeme pokračovat.

\

\

Mohli bychom alternativně (což skutečně preferuji) jednoduše přijít na to, jak to udělat pomocí rozměrové analýzy. Protože víme, že konečné jednotky koncentrace, které chceme, jsou moly na litr, jednoduše vydělíme počet molů rozpuštěné látky objemem roztoku v litrech a presto! stejná odpověď bez rovnice k zapamatování.

Jedinou nevýhodou použití molarity je, že objem rozpouštědla nemusí být nutně objemem roztoku, a proto musíme změřit množství rozpuštěné látky před smícháním, ale změřit objem roztoku po smíchání a pak vypočítat. Molární koncentrace jsou velmi užitečné pro experimenty, při kterých provádíme objemová měření. Názorným příkladem experimentu, kde je molarita nejvhodnější jednotkou, jsou titrace. Při titraci měříme objem přidaného roztoku z byrety a můžeme rychle vypočítat počet molů, které jsme přidali.

\

Na závěr opakuji: místo memorování těchto rovnic použijte rozměrovou analýzu a zjistěte, jak na to. Jakmile pochopíte skutečná čísla, která musíte použít pro n a pro V, rovnice už nepotřebujete.

Molality

V některých případech není snadné změřit objemy roztoků po smíchání nebo to možná prostě není důležité. V takových případech nemusí být molarita užitečnou sadou jednotek, kterou lze použít. Alternativní sadou jednotek pro koncentraci je molalita. Molalita není objemová jednotka a nebyla by užitečná v situacích, kdy potřebujeme měřit objemy kapalných roztoků. Je však velmi užitečná v situacích, kdy jednoduše potřebujeme vytvořit roztoky o známých koncentracích. Jednotkami molality jsou moly rozpuštěné látky na kilogram rozpouštědla. Pro molalitu používáme zkratku kurzívou psané malé písmeno m. Tato sada jednotek znamená, že můžeme rychle gravimetricky změřit rozpuštěnou látku i rozpouštědlo, smíchat je dohromady a získat roztok se snadno vypočtenou koncentrací v jednotkách molality.

\

Zde je Cm proměnná představující koncentraci v molalitě (malé písmeno m) n je mol rozpuštěné látky, jak tomu bylo v definici molarity, a proměnná m je hmotnost rozpouštědla (v kg).

Všimněte si, že písmeno m je zde použito dvěma způsoby. Jako proměnná m představuje hmotnost rozpouštědla v kg, ale jako jednotka je m symbolem pro molalitu. Jednotkou spojenou s proměnnou koncentrace Cm je m, což je zkratka představující mol rozpouštědla na kilogram rozpouštědla (nebo jen mol/kg).

Příklad:

Jaká je molární koncentrace roztoku, který vznikne přidáním 0 molů roztoku.213 g kyseliny šťavelové (COOH)2 k 1200 g vody?

Potřebujeme rovnici:

\

Potřebujeme počet molů, n, rozpuštěné látky, kyseliny šťavelové. K převodu g na moly kyseliny šťavelové můžeme použít molární hmotnost kyseliny šťavelové.

\

Nyní můžeme vypočítat koncentraci roztoku

\

Molární podíl

Stupnice jako molarita a molalita jsou užitečné pouze v případě relativně zředěných roztoků, kde je jeden z druhů jasně nejhojnější (označovaný jako rozpouštědlo) a druhý je v relativně malém poměru (rozpuštěná látka). Většina koncentračního rozsahu roztoků není pomocí tohoto typu teminologie přístupná. co když máme roztok složený ze stejného počtu molů A a B? Který z nich je rozpuštěnou látkou? Který je rozpouštědlo?

Mírou, která funguje pro jakýkoli koncentrační rozsah a nepotřebuje rozlišovat rozpouštědlo/rozpouštědlo, je molární zlomek $\chi$, pokud diskutujeme o roztocích, které se tvoří v širokém rozsahu koncentrací. Pro tuto koncentrační veličinu používáme řecké písmeno chi ( $\chi$, nikoli velké X), které je ekvivalentem našeho písmene C. Často však nerozlišujeme

Molový zlomek složky (i) ve směsi více složek (I je počet složek) je definován jako

\

kde $\chi_i$ je molový zlomek složky i, ni je počet molů složky i a $n_T\;=\;\sum_i^I n_i$ je celkový počet molů v roztoku. Molový zlomek každé složky $\chi_i$ může nabývat hodnot od 0 do 1, kde 0 znamená, že v roztoku není žádná složka i, a 1 znamená, že roztok je ze 100 % tvořen složkou i. Součet všech molových zlomků se musí vždy rovnat jedné, $\sum_i^I \chi_i\;=\;1$ .

Zpět na začátek

Rovnováha kapalina-pára

V ideálním roztoku dvou složek A a B jsou mezimolekulární síly mezi molekulami A—A, B—B a A—B shodné. Ve skutečnosti se nám to nikdy nepodaří, ale můžeme najít řešení, kde se síly velmi blíží rovnosti. Příkladem směsi, která tvoří téměř ideální roztoky, je hexan a heptan. Tyto dva uhlovodíky s „přímým řetězcem“ mají podobnou molekulovou hmotnost (mají šest, resp. sedm atomů uhlíku). Oba jsou nepolární, a proto mohou interagovat pouze pomocí mezimolekulárních sil disperzního typu.

Považujte směs hexanu (A) a heptanu (B). Protože obě tyto kapaliny jsou těkavé, očekáváme, že i roztok bude mít tlak par. Páry budou tvořeny směsí obou plynů. Celkový tlak této směsi je podle Daltonova zákona následující:

P*Soln = pA + pB {součet parciálních tlaků}

Pro ideální roztoky můžeme určit složku parciálního tlaku v páře v rovnováze s roztokem jako funkci molárního zlomku kapaliny v roztoku. Jedná se o Raoultův zákon:

pA = xAP*A a pB = xBP*B

Při dosazení do první rovnice dostaneme,

P*Soln = xAP*A + xBP*B nebo
P*Soln = xAP*A + (1-xA)P*B
= P*B + xA(P*A – P*B )

Z tohoto vztahu, vidíme, že tlak par roztoku A a B je lineární funkcí molárního zlomku A (nebo B), kde P*B je intercepce a P*A – P*B je sklon.

Páry, které se shromažďují nad roztokem, budou mít složení, které nemusí být stejné jako složení kapaliny. Těkavější složka se snáze odpařuje, a proto bude mít v parní fázi vyšší molární podíl než v kapalné fázi.
Můžeme psát

Molový zlomek A v parní fázi = yA

Molový zlomek B v parní fázi = yB

Tyto hodnoty můžeme vypočítat z koncentrací roztoku pomocí Daultonova zákona takto.

Křivku složení par lze vykreslit podle následujícího obrázku. Jsou to vlastně dva grafy, jeden (přímka) je tlak par roztoku v závislosti na složení kapaliny xA a druhý, (zakřivená přímka) je tentýž tlak par roztoku, ale vynesený jako funkce složení par yA. Lze si ji představit tak, že táhne přímku kapaliny doprava (směrem k těkavější kapalině A). Vodorovné spojovací čáry spojují obě křivky tak, že pro jakýkoli daný tlak par lze určit složení kapalinyxA a odpovídající složení par yA, jak naznačují šipky na obrázcích.

Obvykle neprovádíme experimenty za konstantní teploty, jak se zdálo být naznačeno na předchozích dvou obrázcích a v příslušné diskusi. K tomu by bylo zapotřebí složitých zařízení pro měření tlaku, uzavřených pevných nádob a zařízení pro měření konstantní teploty. Mnohem jednodušeji můžeme provádět měření teploty při pevném tlaku (řekněme jeden bar) jako funkci molárního zlomku. Získali bychom tak graf teploty varu roztoku v závislosti na molárním zlomku roztoku. K tomu můžeme přidat graf složení par. Tuto křivku lze vypočítat pomocí podobných pojmů, jaké byly popsány výše pro případ konstantní teploty. Výsledná křivka (viz níže) je posunuta směrem k vyšší složce tlaku par, stejně jako tomu bylo ve výše uvedeném diagramu.

V tomto případě, protože již víme, že tlak par není lineární funkcí teploty (viz Clausiova-Clapeyronova rovnice), neočekáváme přímkový graf bodu varu jako funkce složení. Pro ideální roztok je však zakřivení přímky jen nepatrné.

Prozkoumejme přímku varu podrobněji. Výše uvedený graf „T v závislosti na molárním zlomku A“ má tři oblasti.

1. Nad křivkami je jedna fáze. Při jakékoli teplotě a podmínce molárního zlomku jsou všechny složky v plynné fázi.
2. Pod křivkou je jediná fáze. Při jakékoli teplotě a podmínce molárního zlomku pod křivkami jsou všechny složky v kapalné fázi.
3. Každá teplotní/složková situace mezi těmito dvěma přímkami znamená, že jsou dvě fáze ve vzájemné rovnováze. Jednou je plynná fáze s molárními podíly složek yi. Druhou je kapalná fáze s molárními podíly složek xi.

Pro libovolné experimentální uspořádání, které má bod teploty/složení, který leží mezi oběma fázemi, můžeme vypočítat relativní množství (celkový počet molů) obou fází pomocí relativních délek úseček spojnice na obou stranách bodu. Níže uvedený diagram je zvětšeninou oblasti spojnice na předchozím obrázku; modrá čára představuje složení kapalného roztoku, zelená čára složení par. Svislou osou je teplota a vodorovnou osou je molární zlomek složky A ve dvousložkové směsi A a B. Svislá fialová čára představuje celkový molární zlomek systému (kapalné i parní fáze). Svislá poloha spojnice představuje teplotu soustavy.

Podle pravidla páky (které bylo poprvé vyvinuto pro skutečné páky, ale funguje i zde) se délka úsečky krát počet molů úsečky pro jednu stranu rovná délce krát počet molů druhé strany.

n1 × L1 = n2 × L2

Tím, že to trochu přeskládáme, můžeme určit poměr molů kapaliny n1 k molům par n2 pomocí délek L1 a L2 takto:

\

To dává smysl, když se podíváme na graf. Pokud je L1 kratší než L2 (jak je znázorněno na obrázku), pak je celkové složení soustavy bližší složení kapalné fáze než složení plynné fáze. To znamená, že většina molů materiálu je v kapalné fázi.

Příklad: Uzavřená soustava obsahující dvě těkavé mísitelné kapaliny A a B se nechá dosáhnout rovnováhy. Celkový počet molů soustavy je 1,32 molu. V rovnovážném stavu se 0,36 molu nachází v plynné fázi. Jaký je poměr délek úseček L1 a L2 ve vazbovém diagramu podle obrázku výše?

mole kapaliny (n1) = celkový počet molů (nT)-mole páry (n2)

n1 = 1. Jaký je poměr délek úseček L1 a L2 ve vazbovém diagramu?32 mol – 0,36 mol = 0,96 mol.

\

\

Takže poměr délek obou úseček bude 2,66.

. Neboli L2 je 2,66krát delší než L1.

Zpět na začátek

Destilace

Pokud bychom shromáždili všechny páry nad kapalinou při bodu varu a poté je zkondenzovali, získali bychom kapalinu, která by měla vyšší obsah těkavější složky než výchozí látka. Pokud bychom pak tuto kapalinu znovu povařili, opět bychom zvýšili obsah těkavější složky ve výsledném destilátu. Opakovanými kroky varu, kondenzace a opětovného varu můžeme nakonec obě složky zcela oddělit. To by však vyžadovalo nekonečný počet kroků.

Zpět na začátek

Azeotropy

Složitější situaci máme v případě dvou kapalin A a B, které se zcela smíchají, ale síly mezimolekulárních sil se u nich výrazně liší. Existují dvě možnosti:

1. Průměr mezimolekulárních sil v roztoku je silnější než v jednotlivých kapalinách
2. Průměr mezimolekulárních sil v roztoku je slabší než v jednotlivých kapalinách.

Protože mezimolekulární síly, které drží kapalinu pohromadě, určují tlak par (a tedy bod varu kapaliny), můžeme předpovědět, že v prvním případě (1) by měl být očekávaný bod varu roztoku vyšší než bod varu jedné z obou čistých kapalin, zatímco v druhém případě (2) bude roztok vřít při nižší teplotě, než je bod varu jedné z obou čistých kapalin.

Uvažujme roztok benzenu a ethanolu. Benzen a ethanol jsou plně mísitelné, ale mezimolekulární síly v roztoku jsou menší než v jednotlivých kapalinách. Protože síly držící molekuly jsou menší, energie (teplota) potřebná k porušení těchto sil je menší. Proto očekáváme, že na křivce bodu varu bude minimum (viz obrázek níže). při minimálním bodu varu roztoku (molární zlomek ethanolu = 0,46) také zjistíme, že složení par je totožné se složením kapaliny. Taková směs se nazývá azeotropní směs a konkrétní bod na křivce bodu varu se nazývá azeotrop.

Maximum varu azeotropu nastává, když jsou mezimolekulární síly směsi silnější než jednotlivých kapalin. Výsledkem je směs s vyšším bodem varu (nižším tlakem par) než jednotlivé kapaliny. V tomto případě mají páry v rovnováze s kapalinou složení vzdálené od složení azeotropní směsi směrem k čisté kapalině.

Zpět na začátek

Rovnováha pevných látek a kapalin

Pokud roztok dostatečně ochladíte, zmrzne. Umožníme, aby mrznutí probíhalo dostatečně pomalu, a pevná látka, která vykrystalizuje, bude čistá. Teplota, při které roztok začne tuhnout, závisí na složení roztoku. Vezměme si například směs kyseliny octové a vody. Čistá voda mrzne při 0 °C a čistá kyselina octová mrzne při +16,6 °C. Pro účely následujícího obrázku chci objasnit rozdíl mezi slovem stav a slovem fáze.

• Stav je jeden ze tří stavů, pevný, kapalný nebo plynný. Nerozlišuje se, o jaký materiál v tomto stavu jde.

• Fáze představuje stav, kde je uvedeno složení materiálu v tomto stavu.

Výše uvedený fázový diagram zobrazuje čtyři různě barevně odlišené oblasti.

• Žlutá oblast je jednofázový kapalný roztok.
• Modrá oblast představuje jednofázovou, ale dvoufázovou oblast, kde se mísí pevný led a pevné krystaly kyseliny octové (může to být pevný roztok, ale nemusí, předpokládejme, že ne).
• Červená oblast představuje dvoustavovou rovnováhu mezi čistým pevným ledem a roztokem, kde složení roztoku pro libovolnou teplotu představuje poloha přímky, která odděluje červenou a žlutou oblast.
• Fialová oblast představuje dvoustavovou rovnováhu mezi čistou pevnou kyselinou octovou a roztokem, jehož složení (pro libovolnou teplotu) představuje poloha přímky oddělující fialovou a žlutou oblast.

Průsečík mezi červenožlutou hranicí a fialovožlutou hranicí představuje eutektický bod. Ten představuje nejnižší složení bodu tání pro tento roztok. Pro kyselinu octovou, vodu je tento bod při teplotě -26,7 ºC. Pod touto teplotou je každá směs ledu a kyseliny octové v pevném stavu.

Tento diagram lze použít k vysvětlení několika druhů jevů.

Předpokládejme, že kapalný roztok s molárním zlomkem kyseliny octové = 0,1 je pomalu ochlazován, počínaje pokojovou teplotou. K jakým fázovým přechodům dojde v průběhu ochlazování. Sledujte svislou čáru (označenou hvězdičkou) v bodě x = 0,1.

• První fázová změna nastane při teplotě odpovídající bodu, kde svislá čára přechází do červené oblasti. Při této teplotě začne z roztoku krystalizovat led. Tím se z roztoku odstraní voda, čímž se zvýší koncentrace kyseliny octové. Proto se teplota tuhnutí snižuje. Tento proces pokračuje se snižováním teploty tak, že složení roztoku sleduje červenožlutou hranici až k eutektickému bodu.
• Pod eutektickým bodem krystalizuje led i pevná kyselina octová.

Těchto vlastností využíváme v každodenní praxi, například do chladičů automobilů dáváme směs ethylenglykolu a vody. Správným poměrem těchto dvou sloučenin lze získat roztok, který zamrzá při teplotách až -50 ºC. I když mrzne, děje se tak pomalu, přičemž se snižuje bod tuhnutí a vytváří se spíše kašovitá směs než jediná pevná fáze. Proto i při extrémně nízkých teplotách, jaké panují například v severní Kanadě, bude směs „chladicí kapaliny“ chladiče protékat motorem a nebude ho ucpávat.

Podívejte se znovu na diagram. Provedeme-li pokus při teplotě 10 °C (pod bodem tání čisté kyseliny octové), kdy začneme s čistou vodou a pomalu přidáváme krystalky kyseliny octové, můžeme sledovat průběh po modré přerušované čáře.

Nejprve se kyselina octová rozpustí ve vodě. S rostoucím podílem kyseliny octové dosáhneme bodu, kde přerušovaná čára přechází do fialové oblasti. Za fialovo-žlutou hranicí bychom viděli krystalky kyseliny octové sedící na dně kádinky. Roztok by byl nasycený (v rovnováze) a bez ohledu na to, kolik pevné kyseliny octové do kádinky přidáme, nedojde k dalšímu čistému nárůstu množství, které se rozpustí. Pokud však zvýšíme teplotu na pokojovou teplotu, uvidíme, že se zbytek kyseliny octové rozpustí, protože přejdeme zpět do žluté oblasti na fázovém diagramu. Proto můžeme diagram použít k určení rozpustnosti (rovnovážné koncentrace) kyseliny octové ve vodě pro jakoukoli konkrétní teplotu.

Všechny fázové diagramy tohoto druhu mají stejné vlastnosti. Čisté kapaliny mají charakteristické body tání a eutektický bod představuje nejnižší složení bodu tání roztoku. Vždy existují stejné čtyři oblasti a vždy můžeme pomocí těchto diagramů vysvětlit procesy tuhnutí/rozpouštění.

V organické chemii často používáme vlastnosti roztoků, abychom zjistili, zda jsme správně vyčlenili požadovanou sloučeninu. Například při syntézních pokusech, které provádíte v laboratoři, testujete čistotu vytvořených krystalů měřením jejich teploty tání. Pokud vaše krystaly tají při správné, přesně definované teplotě, pak se vaše krystaly pravděpodobně blíží čistotě. Pokud naopak tají ve velkém rozmezí teplot nebo hluboko pod správnou teplotou tání, můžete si být jisti, že vaše krystaly nejsou příliš čisté.

Zpět na začátek

Rozpustnost

Někdy se stává, že složky, které se mísí za účelem vytvoření roztoků, mají velmi rozdílné teploty tání. Vezměme si například smíchání vody a soli, jako je KCl. Sůl taje při velmi vysoké teplotě (770 ºC). Jediná část fázového diagramu, která nás zajímá, je část zobrazená na obrázku výše. Jsou zde patrné stejné čtyři oblasti, jakých jsme si všimli ve fázovém diagramu vody a kyseliny octové. V tomto případě však sledujeme pouze relativně nízké koncentrace KCl ve vodě.

Sledujme (zleva doprava) vodorovnou čáru představující pokojovou teplotu. Když přidáme sůl do naší vody, sůl se nejprve rozpustí. Sůl se bude rozpouštět tak dlouho, dokud bude její koncentrace ve žlutém pásmu. Nakonec se sůl již nerozpouští, pouze se usazuje na dně kádinky. Koncentrace roztoku, která existuje v rovnováze s pevnou solí, je znázorněna průsečíkem vodorovné čáry s fialovo-žlutou hraniční čárou. Jedná se o rozpustnost soli v molárním zlomku. Obvykle měříme rozpustnost v molech rozpuštěné látky na litr roztoku. Zde určený molární zlomek můžeme snadno převést na běžnější jednotky, například na molaritu. Snadno zjistíme, že se zvyšující se teplotou roztoku roste i rozpustnost.

Vidíme také, že s přidáváním soli do vody se stejně jako v předchozím případě snižuje teplota tání vody. Proto přidávání soli do ledu na chodnících a silnicích snižuje bod tání a led (snad) taje. V mnoha částech Kanady, například v Saskatchewanu, je teplota v zimě často hluboko pod bodem, kdy je sůl k něčemu dobrá (~-20 ºC), a proto se tam používá jen zřídka.

Zpět na začátek

Henryho zákon

Běžná zkušenost nám říká, že i plyny se rozpouštějí v kapalinách. Například ryby mohou žít pod vodou tak, že pomocí žaber oddělují z vody rozpuštěný kyslík. Pokud voda stagnuje a obsah rozpuštěného kyslíku se sníží v důsledku nedostatečného provzdušňování (míchání se vzduchem), mnoho druhů ryb v ní nemůže žít. Jiné druhy si vyvinuly speciální mechanismy, jak se s nízkým obsahem kyslíku vyrovnat… Ale to už je jiný příběh.

Vliv plynu rozpuštěného v tekutině pozorujeme také vždy, když otevřeme sycený nápoj. V nápoji je rozpuštěn oxid uhličitý a zatímco je plechovka (nebo láhev) zavřená, tlak plynu nad kapalinou je v rovnováze s roztokem rozpuštěného plynu. To je samozřejmě tlak par CO2 v roztoku. Po otevření plechovky se CO2, jehož tlak par je vyšší než běžný okolní tlak, uvolní do atmosféry a kapalina začne bublat, protože rozpuštěný CO2 se začne vyvíjet zpět do plynné fáze. Pokud plechovkou před otevřením zatřeseme, tlak CO2nad kapalinou se znatelně zvýší, proč?“

Z tohoto souboru pozorování vidíme, že množství rozpuštěného plynu v kapalině závisí na dvou věcech. První je parciální tlak plynu nad kapalinou. Druhou je rychlost rozpouštění/rozpouštění plynu.

Budeme se zabývat pouze první možností a předpokládat, že uplynula dostatečná doba k dosažení rovnováhy.

Henryho zákon matematicky vyjadřuje to, co jsme viděli experimentálně,

\

.