KURZUS: Mérnöki kémia

MODUL: II. modul

7. lecke: Folyadékok és oldatok tulajdonságai

A 7. lecke célja: a folyadékok és oldatok alapvető tulajdonságainak bemutatása. Oldatok koncentrációtípusai és számításuk.

Követelmények: a 7. leckéhez tartozó tananyag az (1) tankönyv 129-153. oldalán és az oktató által kiadott tananyagban található. Az önellenőrző kérdések segítségével ellenőrizze tudását.

A tananyag elsajátításának becsült időszükséglete: 1-1,5 óra.

A leckében előforduló kulcsfogalmak: folyadékok, oldatok.

A 7. leckéhez tartozó tananyag összefoglalása:

  • Folyadékok jellemzése: gőznyomás, párolgás, kondenzáció, forrás, telített gőz, kritikus nyomás és hőmérséklet fogalma. Felületi feszültség, viszkozitás, sűrűség fogalma.
  • Az oldatok típusai és tulajdonságai, oldódás, oldhatóság, telített oldat.
  • Koncentráció típusok és számításuk, ehhez szükséges az alábbi koncentrációtípusok definíciójának és számítási menetének ismerete:
    • tömegszázalék (m/m%),
    • térfogatszázalék (V/V%),
    • anyagmennyiség(mól)százalék (n/n%),
    • vegyes százalék (g oldott anyag/100 cm3 oldat),
    • molaritás=anyagmennyiség koncentráció (mol oldott anyag/1 dm3 oldat v. M),
    • tömeg koncentráció (g oldott anyag/1 dm3 oldat),
    • molalitás=Raoult-féle koncentráció (mol oldott anyag/1000 g oldószer),
    • móltört (mol oldott anyag/mol oldat).
Számítási példafeladatok a 7. leckéhez

1. Hány g nátrium-klorid és hány g víz van 100 g 5 m/m %-os oldatban?

Megoldás:

mivel oldott anyag tömege / oldat összes tömege × 100 % = m/m%,
ezért 5 % /100 % ×100 g = 0,05 × 100 g = 5 g oldott anyag van az oldatban, emellett pedig 100 g - 5g = 95 g víz található még.

2. Konyhasó oldat készítése során 5,5 g Na Cl-t oldottunk fel 5 liter vízben.
Mennyi az oldat koncentrációja (g/dm3) és molaritása (mol/dm3)? (Az oldódásból eredő térfogatváltozást elhanyagoljuk.)

Megoldás:

Koncentráció = 5,5 g sót / 5 dm3 víz = 1,1 g/dm3
MNaCl=58,5 g/mol, így nNaCl = m/M = 5,5 g / 58,5 g/mol = 0,09 mol
Molaritás = 0,09 mol / 5 dm3 = 0,018 mol/dm3

3. Hány g 5 m/m %-os oldatban van ugyanakkora tömegű oldott anyag, mint amennyi 25 g 10 m/m %-os oldatban van?

Megoldás:

Az 10 m/m%-os oldatban van m = 25 g × 0,1 = 2,5 g oldott anyag. (a magyarázatot lásd az 1. feladatnál)
Ez m = 2,5 g / 0,05 = 50 g 5 m/m%-os oldatban található meg.

4. Az 5 mol/dm3-es KOH oldat sűrűsége 1,216 g/cm3. Mennyi az oldat m/m%-os és mól%-os koncentrációja? (MKOH=56 g/mol, MH2O=18g/mol)

Megoldás:

Mivel az oldat konkrét térfogata vagy tömege nem szerepel a feladatban, azért egy számunkra tetszőleges mennyiséget veszünk a számítás alapjául, pl. legyen 1 dm3 = 1000cm3 KOH oldatunk.

Ennek tömege m = 1,216 g/cm3 × 1000 cm3 = 1216 g
Ebben az oldatban a kiindulási koncentráció alapján 5 mol oldott anyag van, amely
m = 5 mol × 56 g/mol = 280 g oldott anyagot jelent.
m/m% = oldott anyag tömege / oldat tömege ×100 = 280 g / 1216 g ×100 = 23,03 m/m%
Az oldatban 1216 g - 280 g = 936 g víz van. Ez n = 936 g / 18 g/mol = 52 mol víz.
n/n%=oldott anyag mójai/oldat összes mólja×100=5 mol/(5 mol + 52 mol) × 100 = 8,77 n/n%

5. Készítsünk 500 cm3 20 m/m%-os 1,11 g/cm3 sűrűségű foszforsavat (H3PO4). Rendelkezésünkre áll kereskedelmi tömény foszforsav, amely 60 m/m%-os és sűrűsége 1,43 g/cm3. MH3PO4=98 g/mol.

Megoldás:

a sűrűség=tömeg/térfogat összefüggés felhasználásával a V=500cm3 oldat tömege:
m = 1,11 g/cm3 × 500 cm3 = 555 g, összesen ilyen tömegű oldatot kell készítenünk.
Ennek mennyi a foszforsav-tartalma? 20 m/m%, azaz:
555 g × 0,2 = 111 g, ennyi foszforsavra, mint oldott anyagra van szükségünk és ezt a kereskedelmi foszforsav-oldatból kell fedeznünk. Így arra vagyunk kíváncsiak, hogy a számunkra szükséges 111g foszforsav milyen mennyiségű kereskedelmi foszforsav-oldatban található meg:
Ha 111 g 60 m/m% oldott anyagnak felel meg, akkor az oldat tömege 111 g × 100 % / 60 % = 185 g.
Ennek térfogata a sűrűség felhasználásával: V = 185 g / 1,43 g/cm3 = 129,37 cm3
Tehát nekünk 129,37 cm3 kereskedelmi 60 m/m%-os foszforsavat kell felhigítanunk 500 cm3-re, hogy a 20 m/m%-os összetételt kapjuk.

Önellenőrző kérdések a 7. leckéhez
1. A folyadékok felületi feszültsége...
a folyadékban való oldódást kísérő hőfelszabadulás.
a folyadék felületének egységnyi megnöveléséhez szükséges energia.
folyadék felületén történő párolgással ellentétes irányba hat.
a folyadékok felületén kialakuló réteg.
2. A folyadékok dinamikai viszkozitása...
a belső súrlódási együttható, mértékegysége kg m-1 s-1.
a belső súrlódási együttható, mértékegysége m2 s-1.
a folyadék felületének egységnyi megnöveléséhez szükséges energia.
a folyadék belsejében felszabaduló hőmennyiség.
3. Mi a gőznyomás?
Az egyensúlyban nem lévő folyadék feletti telített gőz nyomása adott hőmérsékleten.
Az egyensúlyban lévő folyadék feletti telített gőz nyomása adott hőmérsékleten.
A zárt edényben, hőmérsékletváltozás hatására a folyadékok felett kialakuló nyomás.
A víz forrásakor 100°C-on kialakuló gőzfázis nyomása.
4. A tömegszázalék koncentrációegység...
az oldott anyag móljainak száma az oldat összes móljainak számához viszonyítva.
az oldott anyag móljainak száma 1000 cm3 oldatban.
az oldott grammban kifejezett mennyisége 1000 g oldószerben.
az oldott anyag grammban kifejezett mennyisége 100 g oldatban.
5. Célunk 35 tömeg%-os nátrium-szulfát (Na2SO4) oldat készítése. Hány gramm víz és hány gramm só szükséges 500g oldat készítéséhez?
150 g só 350 g víz
350 g só és 150g víz
175 g só és 325 g víz
325 g só és 175 g víz
6. Hány cm3 2 mol/dm3 koncentrációjú CuSO4 oldat készíthető 110 g sóból? (MCuSO4=159,5 g/mol)
319 cm3
725 cm3
412 cm3
345 cm3
7. 500 cm3 0,2 mol/dm3 koncentrációjú kénsavoldat (H2SO4) készítéséhez hány cm3 98 m/m%-os, 1,84 g/cm3 sűrűségű tömény kénsavoldat szükséges? (MH2SO4=98 g/mol)
2,7 cm3
5,4 cm3
6,9 cm3
11 cm3
8. Hány cm3 65 m/m%-os, 1,4 g/cm3 sűrűségű salétromsavoldat (HNO3) szükséges 200 cm3 0,1 mol/dm3-es oldat készítéséhez? (MHNO3=63 g/mol)
1,4 cm3
2,4 cm3
0,6 cm3
3,7 cm3