5.tétel

Oldatok, oldhatóság. Az oldatok tömyénységének megadása

Oldat:

Az oldatok oldószerből és oldott anyagból állnak. Akémiai folyamatok nagy része oldatokban játszódnak le, ezért ezek nagyon fontosak a gyakorlat számára. Az oldat folyékony oldószeből és oldandó anyagból készül. Az oldandó anyag lehet szilárd, cseppfolyós és gáz. Ha két folyadék korlátlanul elegyedik egymással, akkor elegyről beszélünk.
Az oldatokat telítettség szempontjából három csoportba sorolhatjuk:

• telítetlen oldat: ha az oldott komponens koncentrációja kisebb, mint az adott körülményekhez (oldószer, hőmérséklet, nyomás) tartozó oldhatósága;
• telített oldat: ha az oldott komponens koncentrációja megegyezik az adott körülményekhez (oldószer, hőmérséklet, nyomás) tartozó oldhatóságával;
• túltelített az oldat, ha az oldott komponens koncentrációja nagyobb, mint az adott körülményekhez (oldószer, hőmérséklet, nyomás) tartozó oldhatósága. Ilyen rendszer akkor jön létre, ha adott hőmérsékleten egy telített oldat elkezd hűlni és benne a kristálygóc-képződés különféle gátlások miatt nem indul meg.

Az anyagok oldhatósága függ az oldószer, illetve az oldandó anyag minőségétől és a hőmérséklettől.
Az oldódás folyamatának időtartama az érintkezési felület nagyságától is függ, de ez nem befolyásolja az oldhatóságot.

Oldat = Oldószer + Oldott anyag

Az oldódás:

Különböző anyagok az adott oldószerben (a leggyakrabban használt oldószer a víz) jól oldódnak, kevéssé oldódnak, illetve egyáltalán nem oldódnak. Ha mindkét anyag folyadék, akkor az oldódás helyett gyakrabban elegyedésről beszélünk.
Általános szabály, hogy a hasonló a hasonlóban oldódik jól. Ez azt jelenti, hogy apoláris oldószerek inkább apoláris anyagokat oldanak, míg poláris oldószerek (víz) poláris molekulákat és ionkristályokat.
A szerves vegyületek közül azok oldódnak vízben amelyek képesek a vízmolekulákkal hidrogénkötést létesíteni. Ennek egyik feltétele, hogy oxigénatom tartalmazzon. (pl: répacukor, etil_alkohol). Néhány apoláris molekulákból álló anyag is oldódik kis mértékben a vízben (pl: oxigén, nitrogén). Ebben az esetben a vízmolekulák polarizáló hatást fejtenek ki az apoláris anyagra, ami elősegíti az oldódást. Ezek oldatai nem vezetik az elektromos áramot, mert nincs bennük szabadon mozgó töltéshordozó.

Ionkristályok oldása vízben:

Az ionkristályok oldása vízben úgy történik, hogy a dipólus vízmolekulák körülveszik az ionokat ellentétes töltésű térfelükkel, majd kiszabadítva azokat a kristályrácsból, oldatba viszik őket. Ez a folyamat a hidratáció. A hidratáció mindig exoterm folyamat, azaz hőfelszabadulással jár.
Az ionkristályok oldata elektrolitoldat, azaz szabadon mozgó ionok vannak benne, ezért ezek az oldatok vezetik az elektromos áramot. Az ionkristályok vízben való oldását, hidratált ionokra való bomlását elektrolitos disszociációnak nevezzük.
A hidratált ionok jelölése az ion képlete után zárójelbe tett (aq) jellel történik. Például Na+(aq), Ag+(aq), stb. hidratált ionokat jelölnek

HCl + H₂O ↔ H₃O⁺ + Cl^-

A hidrogénion kémiai kötést alakít ki egy vízmolekulával így oxóniomion keletkezik. A HCl vízben való oldódása során keletkezett sósav az áramot vezeti.
Az anyagok oldhatósága általában a hőmérséklet emelésével nő (pl: NaCl vízben való oldhatósága), de vannak olyanok is amelyek oldhatósága a hőmérséklet emelkedésével nem változik, vagy csökken (pl: CaSO4 oldhatósága vízben).
Gázok oldhatósága a hőmérséklet emelkedésével csökken, (pl: nyári melegben a vízben oldott oxigén mennyisége)

Az oldódást a legtöbb esetben energiaváltozás kiséri. Az energiaváltozást mint az oldat felmelegedését vagy lehülését észleljük. Pl.: Az ionvegyületek oldását kisérő energiaváltozás a hidratációs energia és a rácsenergia viszonyától függ. Az anyagok oldását kísérő energiaváltozást az oldáshő jellemzi.
NaCl, KNO3 oldása lehüléssel, H2SO4, NaOH és HCl felmelegedéssel jár. Egyes anyagoknak azt a tulajdonságát, hogy oldódásuk lehüléssel jár, s hogy az oldat alacsonyabb hőmérsékleten fagy meg, mint a tiszta oldószer, a gyakorlatban hűrőkeverékek előállítására használják (pl.: konyhasó és jég keveréke)

Az oldatok összetétele

A gyakorlati életben az oldatok összetételét tömeg és térfogat %-ban adják meg. A kémikusok számára legalkalmasabb a mol/dm3- ben kifejezett ún. koncentráció.

Tömeg %: Az oldott anyag és az oldat tömegviszonyát fejezi ki, például megadja, hogy 100 g oldatban hány g oldott anyag van.
Térfogat %: Alapján az oldat és az oldott anyag térfogatviszonyára következtethetünk, például, hogy 100 cm3 hány cm3 oldott anyag van.
Anyagmennyiség %: Kimutatja, hogy az oldat 100 molja hány mol oldott anyagot tartalmaz.
A koncentráció: Azt adja meg, hogy 1000 cm3 oldatban hány mol oldott anyag van. Mértékegysége: mol/dm3. Jele: [anyag] = c, vagyis ha az anyag képletét szögletes zárójelbe tesszük, akkor az a koncentrációját jelenti.
Az oldáshő (DHold): 1 mol anyag nagyon sok oldószerben való oldásakor felszabaduló vagy elnyelődő hőmennyiség.

Egy oldatot higíthatunk oldószer hozzáadásával vagy hígabb oldat hozzáadásával, töményíthetünk oldandó anyag hozzáadásáva vagy töményebb oldat hozzáadásáva vagy oldószer elpárologtatásával