DISOLUZIOAK eta BATXILERGOAN DBHn Ana López Ansorena Carmen Cabrejas Delgado Begoña Madariaga Gallo Alfonso Ezquerro Solana 2006ko martxoaren 30a

AURKIBIDEA DBH mailan: Disoluzioak………………….…... 4 Disoluzio motak……………….… 6 Disoluzio prozesua………………. 7 Kontzentrazioa………………….. 12 Adibideak………………….……. 14 Jarr.->

BATXILERGOAN: Fenomeno fisikoak eta kimikoak…. …20 Nahasketa motak…………………….....22 Disoluzioak………………………….…24 Kontzentrazioa…………………….…...28 Kontzentrazio-ariketak…………….…...33 Disoluzioen diluzioa……………….…..37 Laborategia………………………….….41 Propietate koligatiboak………………...43 Bibliografia………………………………..50

DBH MAILA DISOLUZIOAK:  Eguneroko bizitzan sarri aurkitzen ditugu bi substantzia edo gehiagoren nahasteak, batzuk oso konplexuak. Bi motatako nahasteak bereizi ohi ditugu: Heterogeneoak:         Itxura ez da uniformea, osagaiak begiratze hutsez erraz bereiz baitaitezke.  Propietateak ere desberdinak dira, nahastearen alde batean edo bestean.  Homogeneoak:   Itxura uniformea dute, nahastearen osagaiak ez dira begiratze hutsez bereizten. Propietateak berberak dira edozein puntutan.

Disolbatzen den substantzia solutua da, kantitate txikienean dagoena. DISOLUZIOA: Nahaste berezia da, osagaiak begiratze hutsez ezin bereiz baitaitezke eta konposizio uniformea baitu, beraz: Disoluzioa nahaste homogeneoa da. Osagaiak: Disolbatzen den substantzia solutua da, kantitate txikienean dagoena. Solutua disolbatzen duen substantzia disolbatzailea da, kantitate handienean dagoena.

Osagaien egoeraren arabera, bederatzi motatako disoluzioak ditugu:

DISOLUZIO PROZESUA ZER GERTATZEN DA URARI GATZA GEHITUZ GERO? NaCl Ura Disoluzioa

Likidoari kantitate txikia gehitzean, solidoaren partikulak sakabanatu egiten dira. Honako disoluzioa DILUITUA dela esaten dugu. Solutua gehitu ahala, gero eta zailago hedatzen dira partikulak. Solutuaren proportzioa handitzen da eta KONTZENTRATUA dela esaten dugu. Disoluzioak solutu gehiagorik onartzen ez duenean, hondoan geratzen dira partikulak disolbaturik gabe, eta prezipitatu bat sortzen dela eta DISOLUZIO ASEA dela esaten dugu.

Disoluzio ezberdinak ASEA KONTZENTRATUA DILUITUA

DISOLBAGARRITASUNA Substantzia baten disolbagarritasuna disolbatzaile batean eta tenperatura jakin batean, tenperatura horretan dagoen disolbatzailearen kantitate finko batean disolba daitekeen solutuaren kantitate maximoa da. Disolbagarritasunean eragina duten faktoreak: PRESIOA: gasek likidoetan duten disolbagarritasuna handiagotu egiten da presioarekin. TENPERATURA: Gasek likidoetan duten disolbagarritasuna txikiagotu egiten da tenperatura igotzearekin. Solidoek likidoetan duten disolbagarritasuna handiagotu egiten da tenperaturarekin.

DISOLBAGARRITASUN GRAFIKOA

KONTZENTRAZIOAren neurria: Disoluzioaren Kontzentrazioa disoluzioaren kantitate jakin batean disolbaturik dagoen solutuaren kantitatea da. KONTZENTRAZIOA ADIERAZTEKO MODUAK: Portzentajetan: Masaren portzentajea: disoluzioaren 100 gramotan disolbaturik dagoen solutuaren gramo-kantitatea da. Bolumenaren portzentajea: disoluzioaren 100 mL-tan zenbat mL disolbatu diren adierazten du:

Masa/bolumena Gramo/Litro: disoluzioaren bolumen unitateko (L) osagaiaren masa (g) adieraztea da:

ADIBIDEAK. Edari alkoholdunek duten alkohol proportzioa adierazteko, bolumen portzentaia erabiltzen da. Graduazio alkoholikoak 100 mL edaritan dagoen alkohol kantitatea (mL-tan) adierazten du. Hau da, “ginebra” delako edariak 40º edukitzeak 100 mL “ginebra” horietan 40 mL alkohol daudela adierazten du. Sagardo botila horren etiketan agertzen den informazioa eta gradu alkoholikoaren definizioa kontuan harturik, ikusten dugu pertsona batek bi basokada sagardo (250 mL bakoitzak) edanez gero, hartutako alkoholaren bolumena zein den.

2.- Ur gaziaren disoluzioek aplikazio asko dituzte medikuntzan, eta botika moduan saltzen dira. Aplikazio horietako bat sudurreko kongestioa hobetzeko erabiltzen den suero fisiologikoa da. Botilan ikusten denez, gatz arrunta % 0,9ko kontzentrazio-koa (masa) da. Horrek esan nahi du 0,9 gramo gatz edukiko duela 100 g-ko.

3. - Osasun kontuekin jarraituko dugu 3.- Osasun kontuekin jarraituko dugu. Eztul handia duzunez, sendagilearenera joan zara, eta honek irudiko jarabetik egunero eta 10 egunetan 5 mL-ko hiru koilarakada hartzeko esan dizu. Hori eginez gero, jakin dezakezu zenbat amoxizilina hartzen duzun. 10 egun x 3 goilarakada x 5 mL = 150 mL jarabe. 150 mL jarabe x 5 g amoxizilina/ 100 mL jarabe = = 7,5 g amoxizilina

ALKOHOLA ODOLEAN Edari alkoholikoak kontsumituz gero, odolean dagoen alkohol kontzentrazioa 1,5 g/L-koa baino handiagoa denean, toxikapen alkoholikoa dagoela esaten da. Alkohol maila hori duen pertsona zorabiatuta agertzen da, oreka-arazo larriak ditu, hau da, erabat mozkorturik dago. Ibilgailuen gidariek 0,5 g/L baino kontzentrazio altuagoa dutenean, gidatzea debekatuta dute.

Gazte batzuk asko edanez gero, KOMA etilikoan jartzen dira eta horrek izutzen gaitu. Koma etilikora ailegatzeko odolean egon behar den kontzentrazioak 5 g alkohol/L-koa izan behar du. Adibidea: Ikusiko dugu zenbat kantitate alkohol hartu beharko duten koma etiliko batean sartzeko, % 40 alkohol graduazioko gin edariak harturik: 5 L odol daukagu gorputzean, honek esan nahi du odolean 25 gr alkohol egon behar dela, eta alkoholaren dentsitatea 0,8 g/L-koa denez, 31,25 ml alkohol hartu behar da. Hau da, botilatik 31,25 x100/40 = 78,125 mL gin.

Fenomeno fisikoak eta kimikoak BATXILERGO MAILA  DISOLUZIOAK  Fenomeno fisikoak eta kimikoak Unibertsoaren edozein aldetan etengabe gertatzen ari dira aldaketak edo transformazioak: gertaera horiei fenomenoak deritzegu. Aldaketa hauek bi multzotan sailkatu ohi dira: fenomeno fisikoak eta fenomeno kimikoak.

·        Fenomeno fisikoak substantzien izaera aldatu gabe gertatzen diren materiaren aldaketak edo transformazioak dira. Fenomeno fisikoen artean nahasteak aipa ditzakegu: alkoholaren eta uraren arteko nahasketa, kasu.

·        Fenomeno kimikoak ere materiaren aldaketak edo transformazioak dira, baina substantzien izaera aldatu egiten dute bestelako substantzia berri bat bihurtuz. Fenomeno kimikoei erreakzio kimiko izena ere eman ohi zaie, eta gehienetan bigarren izen hau erabiltzen da. Adibide gisa alkoholaren errekuntza.

Nahasketa-motak Gure inguruko substantzia asko nahasketak dira. Nahasketa homogeneoen eta heterogeneoen arteko bereizketa egiteko, nahasketa eratzen duten partikulen tamaina izan behar da kontuan.    Nahasketa homogeneoak: partikulen tamaina 0’001 m-koa baino txikiagoa da. Partikulak ez dira jalkitzen eta iragazki guztiak pasatzen dituzte. Nahasketa homogeneoen artean, disoluzioak dira aipagarrienak. Nahasketa heterogeneoak: partikulen tamaina 0’001 m-koa baino handiagoa da. Osagaien agregazio-egoeraren eta partikulen tamainaren arabera, mota batzuei izen berezia eman ohi zaie: koloidea, suspentsioa, emultsioa...

Nahasketa baten osagaien banaketa   Nahasketa-mota desberdinetan metodo desberdinak erabiltzen dira osagaiak banatzeko. Metodo hauek guztiak osagaien propietate fisiko desberdinetan oinarritzen dira. Disoluzioen kasuan hurrengo metodoak aipa ditzakegu: kristalizazioa, distilazioa, kromatografia...   Nahasketa baten osagaien banaketa.

Disoluzioak Maila molekularrean bi substantzia edo substantzia gehiago homogeneoki nahastean, nahasketari disoluzioa deritzo. Adibide gisa, ozpina, itsasoko ura, airea... Eguneroko bizitzan eta laborategian sarritan erabiltzen dira disoluzioak, arrazoi hauengatik: substantzien kantitate oso txikiak erabili ahal izateko, erreakzio abiadura handiagotzeko... Disoluzio baten bi osagaiak disolbatzailea eta solutua dira. Disoluzio akuosoen kasuan, urari disolbatzailea deritzogu eta beste osagaiari solutua. Urak disolbatzaile gisa duen garrantzia eta jokaera ikusiko dugu hiru kasuotan:

·        Solutua ionikoa denean: Uraren molekula polarrek solutu ionikoaren molekulekin talka egitean, NaCl-arekin, adibidez, bataren eta bestearen molekulen aurkako karga elektrikoak ukipenean jartzen ditu. Ur molekulek NaCl-arenak bonbardatzean hautsi egiten dute kristala Cl- eta Na+ ioietan. Aldi berean, eratutako ioiak ur molekulez inguraturik geratzen dira. Honen dipoloak era desberdinetara norabidetzen dira inguratzen duten ioien arabera, Cl- ioia eta Na+ ioia. Konposatu ionikoaren disoziazio bat gertatu dela esaten da. Konposatu ionikoak katioietan (ioi positiboak) eta anioietan (ioi negatiboak) disoziatzen dira uretan. NaCl(aq)  Na+ + Cl-

Behatu nola ur molekulen norabidea aldatu egiten den ioi Cl- bati edo ioi Na+ bati hurbiltzen zaionean:

Solutu kobalente apolarra denean: ez da uretan disolbatzen, baina bai disolbatzaile apolarretan. “Antzekoak antzekoa disolbatzen du”. Honela bentzenoa ez da uretan disolbatzen baina bai karbono tetraklorurotan, Cl4Cl. Solutu kobalente polarra denean: urak haren polarizazioa erraztu egiten du, honela bere disoluzioa posible izanik. Adibidez, alkohola uretan oso ondo disolbatzen den konposatu polarra da.

Kontzentrazioa disoluzioetan     Disoluzioetan osagaien proportzioa aldakorra da. Disoluzio bateko osagaien proportzioa osagai horien kontzentrazioa da. Kontzentrazioa zein den jakinez, disoluzio-kantitate batean dauden osagaien kantitate zehatzak kalkulatu ahal ditugu. DBH-ko kurtsoetan erabilitako kontzentrazio-motak jakinda, oraingoan kontzentrazioa adierazteko era berriak ikusiko ditugu, besteak beste:

Molaritatea edo kontzentrazio molarra (M): disoluzio litro bakoitzeko dagoen solutuaren kantitatea moletan adierazita. Bere unitatea mol/L edo mol . litro-1 da. Adibidez, 0’5 M-eko (0’5 molar) disoluzioa izango da disoluzio litro bakoitzeko 0’5 mol solutu duena. Molaritatea kalkulatzeko nahikoa da solutu mol kopuruaren (ns) eta disoluzio bolumenaren (VD) arteko zatidura egitea. Solutuaren mol kopurua (ns) solutuaren masaren (ms) eta solutuaren masa molarrarraren (Ms) arteko zatidura da, biak gramotan neurtuta.   Beraz, kontzentrazio molarra edo molaritatea (M) izango da:

Molalitatea edo kontzentrazio molala (m): Disolbatzaile kilogramo bakoitzeko dagoen solutuaren kantitatea moletan adierazita. Bere unitatea mol/kg edo mol . kg-1. Esate baterako, 2 mol . kg-1 = 2 molal = 2 m-eko disoluzioa izango da disolbatzaile kilogramo bakoitzeko 2 mol solutu duena. Molalitatea kalkulatzeko nahikoa da solutu mol kopuruaren (ns) eta disolbatzaile masaren (md) arteko zatidura egitea.

Frakzio molarra ( ): osagai baten (solutu edo disolbatzaile) frakzio molarra, osagai horren mol-kopuruaren (n) eta mol-kopuru totalaren (ns + nd) arteko zatidura da.   Disoluzio baten osagai guztien frakzio molarren batura 1 baliokoa da.

Normalitatea (N): disoluzioaren litro bakoitzeko dagoen solutuaren gramo-baliokideen kopurua da. Bere unitatea g-bk /L edo g-bk . L-1     Esate baterako, 1 N-eko ( 1 normal) disoluzioa izango da disoluzio litro bakoitzeko 1 gramo-baliokide solutu duena. Gramo-baliokideen kopurua kalkulatzeko unean garbi eduki behar da zein motatako erreakzioa den. Azido-base erreakzio batean baliokideen kopurua praktikoki kalkulatzeko, mol-kopuruak, substantzia disoziatzen deneko hidroxilo (OH-) edota hidronio (H30+) ioien kopuruaz (n), eta erredox erreakzioetan, elkartrukatzen diren elektroi kopuruaz (n) biderkatzen dira.

Kontzentrazio-ariketak  Hurrengo ariketetan emango diren pausoak disoluzioen ariketak ebazterakoan kontuan hartzekoak dira.   1. adibidea: Azido klorhidrikoaren (HCl) disoluzio akuoso bat dugu, %10 masa-portzentajekoa. Dentsitatea 1056 kg . m-3-koa dela kontuan izanik, hurrengoak kalkula ditzakegu: a) molaritatea; b) molalitatea; c) solutuaren frakzio molarra; d) normalitatea. -Datuak: % 10eko masa-portzentajea; dentsitatea = 1056 kg . m-3 Lehen pausoa dentsitatea g . L-1 unitatetan adieraztea eta disoluzioaren litro baten masa kalkulatzea da:

hau da, disoluzioaren litro bakoitzeko disoluzioaren masa 1056 g-koa da ( datu honek ez du disoluzioaren kontzentrazioa adierazten ). Masa-portzentajearen kontzeptua erabiliz solutuaren eta disolbatzailearen masa kalkula daitezke :   1056 g disoluzio – 105’6 g HCl = 950’4 g ur (disolbatzaile) Beste aldetik masa molarrak eta disolbatzailearen eta solutuaren mol-kopuruak hauexek dira, hurrenez hurren:

Ms(HCl) = 36’5 g . mol-1  Md(H20) = 18 g . mol-1   Datu hauetatik abiatuta, eskatutakoa determina daiteke: a) b)    c) Frakzio molarrak:   nt = ns + nd = 2’9 + 52’8 = 55’7 mol

d) Eta bukatzeko, solutuaren gramo-baliokideen kopurua eta normalitatea hauexek dira:  

Disoluzioen diluzioa   Kimikako laborategi bateko eguneroko lanean, kontzentrazio desberdineko, baina osagai berdineko disoluzioak behar izaten dira. Esperimentalki egiaztatu izan denez, disoluzio kontzentratuak erabilera-baldintza egokietan denbora luzeagoan mantentzen direnez, logikoa dirudi disoluzio kontzentratua edukitzea, eta bertatik, beste disoluzio diluituagoak prestatzea. Prozesu horri diluzioa deritzo. Prozesu honetan disoluzio kontzentratuaren bolumen bati disolbatzailea (ura, gehienetan) botatzen zaio disoluzio diluituagoaren bolumena lortu arte. Kontuan harturik bai disoluzio kontzentratuan bai disoluzio diluituagoan solutuaren kantitatea berdina izan behar dela. Ikusi dugunez disoluzioak diluitu egin daitezke; horretarako nahikoa da disolbatzailea (ura) botatzea. Horrela, erraz lortuko ditugu kontzentrazio oso txikia duten disoluzioak.

2. adibidea: Sodio klorurotan (NaCl) 2 M den ur-disoluzio bat dugu 2. adibidea: Sodio klorurotan (NaCl) 2 M den ur-disoluzio bat dugu. Kalkulatu zein izango den disoluzio horretatik hartu behar den bolumena, 0’1 M den disoluzio akuoso baten 50 mL-ko disoluzioa prestatu ahal izateko. - Datuak: hasierako molaritatea = 2 M; bukaerako molaritatea = 0’1 M; bukaerako bolumena = 50 mL = 0’05 L Prestatu nahi dugun disoluzio diluituagoaren solutuaren mol-kopurua hasierako disoluzio kontzentratuaren bolumen batean aurkitzen da, eta bolumen hori kalkulatu behar dugu, jakinik dela eta n = M . V adierazpideak disoluzio batean presente dagoen mol-kopurua adierazten du. Bertatik abiatuta, disoluzio kontzentratuaren beharrezko bolumena kalkula daiteke:   Beraz, disoluzio diluituagoa prestatzeko 2M den disoluziotik 2’5 mL hartu beharko dira, eta uraz diluitu 50 mL-ko disoluzio-bolumena lortu arte.

Diluzioekin jarraituz, arruntena da saltzen diren botila komertzialez baliaturik edozein kontzentraziozko disoluzioak prestatzea. Horretarako kontuan hartu behar dira horien etiketetan agertzen diren datuak: masa-portzentajea (aberastasuna) eta disoluzioaren dentsitatea.

3. adibidea: Azido sulfurikozko botila komertzialean zera agertzen da: % 96 masa-portzentajea, 1840 kg . m-3-ko dentsitatea. Prestatu 0’5 M den 100 mL-ko disoluzioa   Datuak: disoluzioaren hasierako kontzentrazioa: % 96 disoluzioaren hasierako dentsitatea: 1840 kg . m-3 = 1’84 g . mL-1 disoluzioaren bukaerako bolumena: 100 mL = 0’1 L disoluzioaren bukaerako kontzentrazioa = 0’5 M solutuaren (azido sulfuriko) masa molarra: 98 g . mol-1 Lehenengo eta behin prestatu nahi dugun disoluzioan dagoen solutuaren masa hasierako botila komertzialaren bolumen batetik hartu behar dugu, eta bolumen hori zein den jakiteko kalkuluak egin behar ditugu. Horretarako bihurketa-faktoreen erabilera aukeratu dugu: Beraz, disoluzio diluituagoa prestatzeko botila komertzialetik 5’55 mL hartu behar ditugu, eta uraz diluitu 100 mL-ko disoluzio-bolumena lortu arte.

Laborategian horrela prestatuko genuke: 10 mL-ko pipeta graduatu baten bitartez disoluzio komertzialetik 5’55 mL xurgatuko dira (kontuz ibili enraseaz), eta aldez aurretik 100 mL-ko matraze aforatu lehor eta garbi batean zegoen ur apur bati botako zaizkio. Gero ur distilatua botako diogu erdiraino gutxi gorabehera eta matrazeari eragingo diogu guztiz disolbatu arte. Azkenik, berriro ura botako diogu matrazea enraseraino betez.  

Kontuan hartu behar da azido sulfurikoa uretan disolbatzean bero handia askatzen dela, beraz azido kontzentratua pixkanaka-pixkanaka eta irabiatuz urari bota behar zaio, eta ez alderantziz. Komenigarria da prozesu hori ke-erauzgailuan egitea.

Disoluzioen propietate koligatiboak   Solutua disolbatzailean disolbatzean, logikoa dirudi, sortzen den disoluzioaren propietateak bataren eta bestearen araberakoak izatea. Horrela gertatzen da, hain zuzen, kolorea, zaporea... eta gisa horretako propietateekin, solutuaren eta disolbatzailearen propietateen menpeko baitira. Dena den, badira bestelako propietateak —hala nola irakite-tenperatura, izozte-tenperatura, eta beste batzuk— solutuaren izaeraren menpeko ez, baina solutu-kantitatearen menpeko direnak. Disoluzioen kasuan, disoluzioko solutuaren partikula-kopuruaren arabera aldatzen diren propietateei, propietate koligatiboak deritzegu. Jarraian propietate batzuk eta horiei buruzko lege esperimentalak aztertuko ditugu. Lege horiek, solutu ez-ionikoa eta ez-hegazkorra duten disoluzio diluituetan soilik betetzen dira zehazki.

·        Irakite-tenperaturaren igoera Disoluzio baten irakite-tenperatura disolbatzaile puruari dagokiona baino altuagoa da. Irakite-tenperaturaren igoera, te, disoluzioaren molalitatearen, m, balioaren zuzenki proportzionala da.   Ke konstante ebuiloskopikoa da, eta konstante honen balioa disolbatzailearen izaeraren menpekoa da, baina ez solutuaren izaerarena. Uraren kasuan: Ke = 0’52 C . kg . mol-1      

  Izozte-tenperaturaren jaitsiera Disoluzio baten izozte-tenperatura disolbatzaile puruari dagokiona baino baxuagoa da. Izozte-tenperaturaren jaitsiera, tc, disoluzioaren molalitatearen, m, balioaren zuzenki proportzionala da.   Kc konstante krioskopikoa da, eta konstante honen balioa disolbatzailearen izaeraren menpekoa da, baina ez solutuaren izaerarena. Uraren kasuan: Kc = 1’86 C . kg . mol-1

IRAKITE ETA IZOZTE-PUNTUAK

4. adibidea: kalkula itzazu disoluzio baten izozte- eta irakite-tenperaturak, 450 g uretan, 150 g sakarosa, C12H22011, disolbaturik daudela jakinda. Datuak: sakarosaren masa molarra: 342 g . mol-1 sakarosaren masa: 150 g uraren masa: 450 g uraren konstante krioskopikoa: 1’86 C . kg . mol-1 uraren konstante ebuiloskopikoa: 0’52 C . kg . mol-1 uraren irakite- eta izozte- tenperaturak: 100 C eta 0 C Hasieran sakarosaren mol-kopurua, n, kalkulatuko dugu:  

Beraz, disoluzioaren molalitatea:   Bukatzeko igoera ebuiloskopikoa eta jaitsiera krioskopikoa kalkulatuko ditugu: non disoluzioaren irakite-tenperatura izango da: te = 100C + 0’51C = 100’51C non disoluzioaren-izozte tenperatura izango da: tc = 0C – 1’82C = - 1’82C .

Izozte-tenperaturaren jaitsieran oinarriturik, kotxeetako erra- diadoreetan izotz-aurkakoak erabiltzen dira; besteak beste, etilenglikolaren, CH20H-CH20H, disoluzio akuoso bat erabiltzen da.

BIBLIOGRAFIA NATUR ZIENTZIAK: Fisika-Kimika DBH 3. Erein, 1997 FISIKA ETA KIMIKA: DBH 3. Giltza FISIKA ETA KIMIKAren Lehen Oinarriak: BBB 2. Elhuyar-Elkar FISIKA ETA KIMIKA. BBB 2. Ibaizabal FISIKA ETA KIMIKA: Batx. 1. Anaya-Aritza FISIKA ETA KIMIKA: Batx. 1. Giltza KIMIKA: Batx. 2. Giltza FISIKA ETA KIMIKA Batx 1. Azkorri FISIKA ETA KIMIKAKO Ariketak 1, Elhuyar-Elkar