Előrejelzés
Miért repedhet meg egy érett cseresznye tartós eső után?
Válaszolj a kérdésre, majd ellenőrizd a válaszod, és olvasd el a magyarázatot. Ebben a gyakorló nézetben a válaszokat nem mentjük.
A téma lényege
A részecskék hőmozgása, a koncentrációkülönbség és a féligáteresztő hártya szerepe diffúzióban, ozmózisban és dialízisben.
A jegyzet a Diffúzió, ozmózis és membrántranszport vizsgán szükséges fogalmait, összefüggéseit, egyenleteit és számítási lépéseit rendezi egyetlen áttekinthető tanulólapba.
Amit biztosan tudnod kell
- Homogén rendszerben nincs látható fázishatár, heterogén rendszerben legalább két fázis különül el. Az oldat oldószerből és oldott anyagból áll; a diszperz rendszer részecskemérete alapján lehet valódi oldat, kolloid vagy durva diszperz rendszer.
- Az oldódás során a részecskék közötti eredeti kölcsönhatások részben felszakadnak, majd szolvatációs kölcsönhatások alakulnak ki. Vizes közegben ezt hidratációnak nevezzük.
- A hasonló a hasonlóban elv kvalitatív irányelv: poláris és ionos anyagok többnyire poláris, apoláris anyagok apoláris oldószerben oldódnak jól. A rácsenergia és a szolvatáció energiája is számít.
- Telítetlen oldat még képes oldott anyagot felvenni; telített oldatban adott hőmérsékleten dinamikus egyensúly van az oldódás és kristályosodás között. A túltelített oldat metastabil.
- Az oldhatóság a telített oldat összetételét adja meg meghatározott hőmérsékleten. Szilárd anyagoknál gyakran nő, gázoknál általában csökken a hőmérséklettel; a gázok oldhatóságát a nyomás növeli.
- Elválasztáskor azt a fizikai tulajdonságot kell megnevezni, amelyben a komponensek eltérnek: szűrés — részecskeméret és oldhatatlanság; desztilláció — illékonyság; extrakció — megoszlás; kromatográfia — eltérő kölcsönhatás a két fázissal.
Kulcsfogalmak
- komponens és fázis
- diszperz rendszer
- kolloid, szol, gél
- ozmózis
- oldhatóság
- elválasztási művelet
A kulcsgondolat: a részecskék rendezetlen mozgásából rendezett nettó változás születhet
Gázokban és folyadékokban a részecskék állandó hőmozgást végeznek. Ha kezdetben valahol nagyobb a koncentráció, onnan időegység alatt több részecske indul minden irányba, mint a kisebb koncentrációjú térből. Ezért a nettó részecskeáramlás a nagyobb koncentrációjú hely felől a kisebb felé mutat, amíg egyenletesebb eloszlás nem alakul ki.
Diffúzió és ozmózis nem ugyanaz
| Folyamat | Mi mozog nettó irányban? | Kell membrán? | Mi hajtja? |
|---|---|---|---|
| Diffúzió | Az adott részecskefajta | Nem feltétlenül | Koncentrációkülönbség és hőmozgás |
| Ozmózis | Az oldószer, többnyire víz | Igen, féligáteresztő hártya | Az oldószer két oldali eltérő állapota az át nem jutó oldott anyag miatt |
Iskolai közelítésben a víz a hígabb oldat felől a töményebb oldat felé áramlik nettó irányban, ha az oldott anyag a membránon nem jut át.
Az oldódás a diffúzióra épül
Oldódáskor az oldódó anyag részecskéi elválnak egymástól, az oldószer részecskéi pedig körülveszik őket. Vízben ezt hidratációnak nevezzük. A hidratált részecskék ezután diffúzióval oszlanak el az oldatban.
A keverés gyorsíthatja az egyenletes eloszlást, de a részecskék keverés nélkül is mozognak. Az oldódás mértékét nem a diffúzió sebessége, hanem az adott körülmények közötti oldhatóság határozza meg.
Dialízis: szelektív diffúzió membránon keresztül
A dialízismembrán bizonyos kis részecskéket és vizet átenged, nagyobb részecskéket, például fehérjéket és sejteket visszatart. A diffundáló anyag nettó irányát a membrán két oldala közötti koncentrációkülönbség adja. Az átjutás nemcsak a csupasz részecske méretétől, hanem a hidratált mérettől és a membrán tulajdonságaitól is függ.
Komponens, fázis és részecskeméret
A komponens az anyagi minőségek száma, a fázis az azonos intenzív tulajdonságú, határfelülettel elkülönülő tartomány. A sóoldat kétkomponensű, de egyfázisú. Olaj és víz kétkomponensű, kétfázisú. A homogén oldat részecskéi molekula- vagy ionméretűek; a kolloid részecskék köztes, a durva diszperz rendszerek részecskéi nagyobb méretűek.
Köd: folyadék gázban; füst: szilárd gázban; hab: gáz folyadékban; emulzió: folyadék folyadékban; szuszpenzió: szilárd folyadékban. A besorolásnál előbb a diszpergált részt, majd a közeget azonosítsd.
Kolloidok és ozmózis
A makromolekulás kolloid nagy molekulákból, az asszociációs kolloid sok kisebb részecske rendezett társulásából áll. A szol folyékonyabb, a gél térhálósabb állapot; átalakulásuk hétköznapi példa lehet a zselésedés. Zsigmondy Richárd az ultramikroszkóppal és membránszűréssel alapvetően járult hozzá a kolloidkémia fejlődéséhez.
Ozmózis során a féligáteresztő hártyán az oldószer nettó áramlása a hígabb oldat felől a töményebb felé történik, amíg az egyensúlyt a nyomáskülönbség nem ellensúlyozza.
Oldódás és elválasztás
Oldódáskor a részecskék közti régi kölcsönhatások részben felbomlanak, és új oldottanyag–oldószer kölcsönhatások alakulnak ki. A „hasonló hasonlót old” hasznos irányelv, nem kivétel nélküli törvény. Ionok vízben hidratálódnak. Az oldódás lehet exoterm vagy endoterm; ezt az összes energetikai változás eredője dönti el.
Az oldhatóság adott hőmérsékleten a telített oldat összetételét határozza meg. Szilárd anyagoknál gyakran nő a hőmérséklettel, gázoknál általában csökken. Elválasztáskor különbséget használunk: szemcseméretet szűrésnél, forráspontot desztillációnál, megoszlást extrakciónál, adszorpciót kromatográfiánál.
Tömegszázalék
w% = m(oldott anyag) / m(oldat) · 100%
Anyagmennyiség-koncentráció
c = n(oldott anyag) / V(oldat)
Hígítás anyagmegmaradással
c1 · V1 = c2 · V2
Csak akkor használható közvetlenül, ha az oldott anyag mennyisége nem változik reakcióval.
Ozmózis két, féligáteresztő hártyával elválasztott oldat között
Ábra szöveges leírása
| Oldal | Oldottanyag-koncentráció | Víz nettó változása |
|---|---|---|
| Bal | kisebb | víz távozik |
| Jobb | nagyobb | víz érkezik |
Alkalmazási feladat
Egy tasak fala átengedi a vizet és a kis sóionokat, de a keményítőmolekulákat nem. A tasakban keményítő- és sóoldat, kívül tiszta víz van. Melyik állítás a legpontosabb a kezdeti időszakra?
Válaszolj a kérdésre, majd ellenőrizd a válaszod, és olvasd el a magyarázatot. Ebben a gyakorló nézetben a válaszokat nem mentjük.
Felidéző gyakorlás
Melyik állítás hibás?
Válaszolj a kérdésre, majd ellenőrizd a válaszod, és olvasd el a magyarázatot. Ebben a gyakorló nézetben a válaszokat nem mentjük.
Nyisd le, ha a részletes követelményszöveget szeretnéd ellenőrizni. A tanuláshoz először a fenti összefoglalót használd.
1.4.2 — Többkomponensű anyagi rendszerek
Csoportosítás
- Fogalmak: homogén rendszer, heterogén és kolloid rendszer
Diszperz rendszerek
- Fogalmak: a diszperz rendszerek fajtái a komponensek halmazállapota szerint (köd, füst, hab, emulzió, szuszpenzió)
- Elvárt művelet: Értelmezzen egyszerű kísérleteket. Sorolja be a kísérletek során képződő diszperz rendszereket a megfelelő típusba.
Kolloid rendszerek
- Fogalmak: a vizes alapú kolloidok fajtái (asszociációs és makromolekulás kolloid), a vizes alapú kolloidok csoportosítása a részecskék között fellépő kölcsönhatás alapján: szolok és gélek, ozmózis
- Elvárt művelet: Értse az ozmózis jelenségét. Soroljon példákat kolloid rendszerekre a hétköznapi életből. Tudja, hogy Zsigmondy Richárd magyar származású Nobel-díjas; ismertesse munkásságának jelentőségét (kolloidkémia megalapítója, ultramikroszkóp, membrán- és ultraszűrő).
Oldatok
- Fogalmak: elegy, oldat, oldószer és oldott anyag, oldhatóság fogalma, telített oldat fogalma, az oldhatóság hőmérsékletfüggése, gázok oldhatóságának hőmérsékletfüggése, anyagok exoterm és endoterm oldódása
- Elvárt művelet: Értelmezze az oldhatóság kapcsolatát az anyagi minőséggel, az ionkristályok oldódásának mechanizmusát, az exoterm és az endoterm oldódás tapasztalatait. Alkalmazza a „hasonló hasonlót old” elvet. Elemezze az oldhatósági grafikonokat, használjon oldhatósági táblázatokat.
Egyéb
- Elvárt művelet: Alkalmazza az anyagszerkezetről tanultakat a mindennapi jelenségek, információk értelmezésében.
Gyors önellenőrzés
- Idézd fel a kulcsfogalmakat a jegyzet visszaolvasása nélkül.
- Oldd meg újra a két választási helyzetet, és indokold a hibás válaszokat is.
- Alkalmazd a gondolatmenetet egy új anyagra, adatsorra vagy kísérleti leírásra.