7.1. Pohárnyi vízben oldj fel kanálnyi konyhasót! A keletkező anyag kémiailag tiszta vagy keverék?
7 .2. Hogyan tudnád szétválasztani a két anyagot? Hogyan nevezzük ezt a műveletet? Milyen kísérleti eszközöket használtál a szétválasztáshoz? Rajzolj!A konyhasó oldásakor keletkező keveréket oldatnak nevezzük. Az alkotók közül a víz az oldószer, míg a konyhasó az oldott anyag. Az oldáskor a konyhasó szinte "eltűnik", határfelületet nem képez, egyfázisú.
A jeges vízben a jég és a víz kémiailag ugyanaz az anyag, mégsem teljesen "egységes". A jeges víz két, egymástól jól elkülönülő határfelülettel rendelkező anyagféleségből áll, kétfázisú.
7 .3. Mit jelent a fázis kifejezés?
Láttuk, hogy a jeges víz kétfázisú. Kémiailag a víz és a jég nem tér el egymástól, a két fázist ugyanaz az anyag alkotja: azt mondjuk a jeges vizet egyetlen komponens (összetevő) építi fel.
7 .4. Mit jelent a komponens kifejezés?
7 .5. Döntsük el az alábbi anyagokról hány komponensűek és hány fázisúak!
anyag komponens fázis anyag komponens fázis víz+étolaj jód víz+alkohol víz+homok víz+cukor cukor Összefoglalva: A kémiailag tiszta anyagok mindig egykomponensűek, de lehetnek egy- vagy többfázisúak. A keverékek mindig többkomponensűek, további osztályozásuk a határfelület láthatósága alapján történik. Ha a határfelület nem látható (pl. sóoldat) ún. homogén rendszerről, ha a határfelület látható (pl. vizes homok) ún. heterogén rendszerről beszélünk. A homogén rendszerekhez soroljuk az oldatokat és az elegyeket. Az elegy esetén nem dönthető el melyik az oldószer és melyik az oldott anyag pl. gázelegyek (levegő), több folyadék keveréke (víz-alkohol elegy).
A fent készített sóoldathoz hasonló a tenger- és az édes vizek szerkezet is. Ezeket az oldószer azonossága köti össze: a víz.
Az oldódás mechanizmusa
Az elkövetkezőkben azt vizsgáljuk, hogyan zajlik az oldódás folyamata. A szilárd kristály felületéről azért szakadhatnak le a részecskék, mert az oldószer részecskéi (esetünkben a víz) kölcsönhatásba lépnek velük. A leszakított oldott anyag részecskéit az oldószer részecskéi körül veszik, egy burkot képezve körülöttük. Vízben való oldódáskor a kialakuló vízburkot hidrátburoknak nevezzük. A hidrátburokkal körülvett oldott anyagok ezt követően szabad vándorlásba kezdenek és szétterjednek az oldószerben. Ezt a külső behatás nélküli szétterjedést diffúziónak nevezzük.
Az oldódás folyamata a mellékelt ábrán látható.
7.6. A könnyebb áttekinthetőség kedvéért színezzétek ki az oldott anyagot, a hidrogén- és az oxigénatomokat (víz)!
Nézzétek meg az oldódást bemutató animációt itt
Az oldhatóság hőmérsékletfüggése
Tapasztalatból tudjuk, hogy a meleg teában hamarabb oldódik fel a cukor, mint a hidegben. De vajon csak az oldódás sebessége, vagy az oldott anyag mennyisége is növelhető a hőmérséklet emelésével?
Ha szobahőmérsékletű vízben kristálycukrot oldunk azt tapasztaljuk, hogy egy idő elteltével nem oldódik fel több cukor, az oldandó anyag a pohár alján marad. A cukor feletti oldat ekkor telített.
7.7. Mit tapasztalunk, ha elkezdjük melegíteni?
Mint láttuk a hőmérséklet emelésével növelhetjük az oldandó anyag mennyiségét.
7.8. Mit tapasztalunk, ha a meleg, telített oldatot visszahűtjük szobahőmérsékletűre? Magyarázd el, hogyan készülhet a kandiscukor!
7.9. Hogyan tudjuk még növelni az oldódás sebességét?
Az oldódást kísérő hőmérsékletváltozás
Vajon valamennyi oldandó anyag oldódását tudjuk növelni a hőmérséklet emelésével? A kérdés megválaszolásához végezzük el az alábbi két kísérletet!
II. Figyeljétek meg a tanárod által bemutatott kísérletet! Kémcsőben lévő öt ujjnyi vízhez tömény kénsavat csepegtet. Hogyan változik a kémcső hőmérséklete?
III. Kémcsőben lévő öt ujjnyi vízhez tégy kiskanálnyi kálium-nitrátot!
Hogyan változik a kémcső hőmérséklete?Mint láttuk vannak olyan esetek, amikor az oldódás hőmérséklet növekedéssel jár és vannak olyan esetek, amikor hőmérséklet csökkenés kíséri. Előbbi esetben a rendszer energiatartalma csökken, s azt környezetének adja át (a környezet felmelegszik), ez az exoterm folyamat. A második esetben a rendszer energiát vont el környezetétől, így energiája nőtt, a környezeté csökkent (lehűlt), ez az endoterm folyamat.
7.10. Melyik reakciót lehet a hőmérséklet emelésével elősegíteni? Miért?
Vízben oldott gázok
A folyadékok nem csak szilárd anyagokat, gázokat is képesek oldani. Természetesen ezt is sok tényező szabályozza, ezek közül talán legfontosabb a hőmérséklet. A hőmérséklet emelésével a gázok oldhatósága csökken, így melegítéssel a folyadékból eltávolíthatók. A víz sótartalmának növelésével a gázok oldhatósága ugyancsak csökken. A tengervízben oldott gázok közül az oxigén és a szén-dioxid a legfontosabb.
7.11.. Korábbi tanulmányaid segítségével írd le az oxigénmolekula és a szén-dioxid molekula jelölését!
Rajzold le szerkezeti képletüket! Milyen kémiai kötések tartják össze az említett molekulákat?
7.12. Egy kísérlet során akváriumi halakat felforralt, majd lehűtött vízbe helyeztünk. Miért pipálnak a víz felszínén?Az élet, így vízi élet alapja is az oxigén. A víz oxigéntartalmát két fő jelenség növeli, az egyik a vízfelszínen játszódik le, ahol a légkörrel érintkező víz megköti az oxigént. Mint már utaltunk rá ez erősen hőmérsékletfüggő, alacsonyabb hőmérsékleten nagyobb fokú a megkötődés. A másik jelenség a vízi növények fotoszintézisével magyarázható.
7.13. Mit jelent a fotoszintézis fogalma? Írd le a fotoszintézis egyszerűsített reakcióegyenletét!
A víz felszín közeli részeiről a függőleges áramlások keverő hatása juttatja a mélyebb rétegekbe a légzéshez nélkülözhetetlen gázt. Ahol nagy folyók kis sűrűségű édesvíztömegeket juttatnak a világtengerekbe, megszűnhet ez a függőleges vízcsere, mert az édesvíz felrétegződik a sűrűbb tengervíz tetejére, így akadályozza a feláramlást, és ezzel az átszellőzést. Ebben az esetben a mélyvizek oxigénkészlete előbb-utóbb elhasználódik, ráadásul szén-dioxid és kén-hidrogén gázok gyűlnek fel benne, a tengeri élet pedig lehetetlenné válik. Jó példa erre a Fekete-tenger esete, amelyben 200 méternél mélyebben semmiféle élet nem létezik.
A tengervízben lévő szén-dioxid szénsavként van jelen, azaz kémiai reakció során oldódik a vízben, az alábbiak szerint:
H2O + CO2 = H2CO3
A szén-dioxid egyrészt a légkörből, másrészt a tengeri élőlények anyagcseréjéből (légzés) és lebomlásából származik. A víz szén-dioxid elnyelő képessége nagy mértékben függ a nyomástól, minél nagyobb, annál több szén-dioxidot tud elnyelni, mélyebb tengerszinteken ezért sokszorosára nő. A felszíni vizekben a hőmérséklet a fő szabályozó, a hideg víz többet tud elnyelni.
Az édesvizek sótartalma
Az édesvizekben is találhatók különböző sóvegyületek, amelyek az ún. vízkeménységet okozzák. A víz természetes körforgása során a lágy esővíz ásványi anyagokat old ki a talajból, főleg meszet (CaCO3), gipszet (CaSO4) és magnézium-szulfátot (MgSO4). Az adott talaj összetételétől függően több vagy kevesebb ilyen oldott ásványi anyag van a vízben. Nagy mennyiségű ásványi anyag nagy vízkeménységet jelent. Így például az ásványvizek különösen keménynek számítanak. Általánosan a közepesen kemény vizet tekintjük különösen jó ivóvíznek.
A vízben oldott kálcium-hidrogén-karbonát - Ca(HCO3) - és magnézium-hidrogén-karbonát - Mg(HCO3) - felelős az ún. változó keménységért, amely forralással megszüntethető, a többi kálcium- és magnéziumvegyületből származik az állandó keménység, amely forralással nem távolítható el. Ipari, mezőgazdasági és háztartási célból is fontos a vizek keménysége. A keményvízből kiváló sók eltömíthetik a vízvezetékeket, ezzel akár robbanást is előidézhetnek (pl.: kazán). A keménységet ún. keménységi fokban adják meg.
Nézd meg hazánk vízkeménységi térképét!
Budapest kerületeinek vízkeménysége itt.
A vízkeménység és az egészség itt.
A vízkeménységet gyakran adják meg német keménységi fokban (od vagy odH). A mosóporok csomagolásán Ezeket az értékeket általában négy fokozatra osztják:
1. 0 – 7od lágy
2. 7 – 14od középkemény
3. 14 - 21od kemény
4. 21od fölött nagyon kemény
Ha a keménységi mutató alacsony, akkor a víz lágy és kevesebb szappanra vagy mosószerre van szükség. A mosóporok csomagolásán általában feltüntetik a vízkeménység függvényében szükséges mosópor mennyiségét. Ha a víz lágy, akár 20% mosópor is megtakarítható, ami egyaránt kíméli a pénztárcát és a környezetet is. Még környezetbarátabb megoldás a moduláris rendszerű gépek használata. Ebben az esetben a mosópor, a fehérítő és a vízlágyító külön-külön, a szükséges mennyiségben adagolhatóak. Ha a víz nagyon lágy, egyáltalán nem szükséges vízlágyítót használni. A kemény vizet azonban szükséges lágyítani, mert több mosás után a ruhák megkeményednek. A mosóvízhez adott ecet feloldja a vízkövet és újra lággyá teszi a ruhákat. A fütőszálakra lerakódott vízkő növeli az energiafogyasztást.
Természetes vizek nitráttartalma
Kis mennyiségű nitrát (-NO3- ) szinte minden természetes vízben kimutatható. A felszíni vizek nitrát-tartalma 0-8 mg/liter között van, a szennyezett vizek 50-150 mg/litert, vagy ennél is többet tartalmazhatnak. Hogyan kerül nitrát a vízbe? Az intenzív mezőgazdaságban nagy mennyiségben használt műtrágyákból, sérült csővezetékeken keresztül, sérült, vagy a magán-kutakhoz túl közel telepített ülepítőkből. Az EU területén az ivóvíz nitrát-tartalmának küszöbértéke 50 mg/liter. Miért veszélyes a magas nitráttartalom? A szervezetben a nitrát nitritté (-NO2- )alakul. A csecsemők és kisgyermekek számára a nitrit közvetlenül is veszélyes, még a hivatalos határérték alatti dózisban is. A vérben az oxigén szállításáért felelős molekulát károsítja, így elégtelen oxigénellátást okoz. A mérgezés tünetei a kék ajkak, kezek és lábak, fejfájás, légzési nehézségek, legrosszabb esetben fulladás.
I. Töltsetek meg egy befőttes üveget csapvízzel, majd mérjétek meg oxigéntartalmát. Helyezzetek bel egy akváriumi növényt, fölé egy fényforrást és 24 órán keresztül hagyjátok bekapcsolva a lámpát. Ezt követően mérjétek meg ismét az oxigéntartalmat. Mit tapasztaltok?
II. Mérjétek meg egy kristályosítócsésze tömegét! Töltsetek bele 10 cm3 tengervizet, majd vízfördőn (vagy radiátoron néhány napig) pároljátok. Amikor az összes víz elpárolgott mérjétek meg ismét a csésze tömegét. Számítsátok ki mennyi só vált ki! Hány tömegszázalékos lehetett a vizsgált oldat? A sóoldat sűrűségét 1,1 g/cm3-nek vegyétek.
III. Nézzetek után milyen elemek, vegyületek találhatók az ivóvízben! Milyen élettani hatásuk van, mennyi a megengedett értékük? Segítségnek egy
link.
oldat, oldószer, oldott anyag, hidrátburok, diffúzió, vízkeménység, változó keménység, állandó keménység, keménységi fok