Zmesi a roztoky Nezačaté

0. Kľúčové fakty

1. Zmes — Zmes je látka zložená z dvoch alebo viacerých rôznych látok (zložiek), ktoré si zachovávajú svoje pôvodné vlastnosti a nie sú navzájom chemicky viazané. Zložky zmesi možno oddeliť fyzikálnymi metódami bez chemickej reakcie. Príkladmi sú vzduch, morská voda, žula alebo mlieko — okolo nás je drvivá väčšina látok práve zmesami, nie čistými látkami.

2. Rôznorodá (heterogénna) zmes — V rôznorodej zmesi rozoznáme jednotlivé zložky voľným okom alebo lupou, pretože nie je rovnaká v celom objeme. Patria sem napríklad zmes piesku a soli, kalná voda, žula alebo polievka so zeleninou. Rôznorodé zmesi delíme ďalej na suspenziu, emulziu, penu, dym, hmlu a aerosól podľa skupenstva zložiek.

3. Rovnorodá (homogénna) zmes — Rovnorodá zmes má v celom objeme rovnaké zloženie a vlastnosti, jednotlivé zložky v nej okom nerozoznáme. Typickým príkladom je roztok cukru vo vode, ocot, vzduch alebo zliatina (napr. bronz). Práve roztoky sú najdôležitejším druhom rovnorodých zmesí, s ktorými v chémii počítame.

4. Suspenzia a emulzia — Suspenzia je rôznorodá zmes pevnej látky rozptýlenej v kvapaline (napr. jíl vo vode, voda s múkou), ktorá po čase usadá. Emulzia je zmes dvoch navzájom nemiešateľných kvapalín (napr. olej vo vode, mlieko). Tieto pojmy sú dôležité, lebo ukazujú, že rôznorodosť zmesi závisí od skupenstva a vzájomnej miešateľnosti zložiek.

5. Roztok, rozpúšťadlo a rozpustená látka — Roztok je rovnorodá zmes zložená z rozpúšťadla (zložka v prevahe, najčastejšie voda) a rozpustenej látky. Voda sa nazýva univerzálne rozpúšťadlo, pretože rozpustí veľké množstvo látok. Pochopenie týchto troch pojmov je základom pre všetky výpočty zloženia roztokov.

6. Rozpustnosť — Rozpustnosť udáva, koľko gramov látky sa pri danej teplote rozpustí v 100 g rozpúšťadla. U väčšiny pevných látok rozpustnosť s rastúcou teplotou stúpa (preto sa cukor lepšie rozpustí v teplom čaji), naopak u plynov so zvyšujúcou teplotou klesá. Roztok, ktorý už viac látky neprijme, nazývame nasýtený roztok.

7. Usadzovanie (sedimentácia) a filtrácia — Usadzovanie oddeľuje ťažšie nerozpustné častice, ktoré klesnú na dno (napr. piesok vo vode). Filtrácia (cedenie cez filtračný papier) oddelí pevnú nerozpustnú zložku od kvapaliny — na filtri ostane usadenina, prejde číry filtrát. Tieto metódy patria k najčastejším spôsobom oddeľovania zložiek rôznorodých zmesí.

8. Odparovanie a destilácia — Odparovaním získame rozpustenú pevnú látku z roztoku tak, že rozpúšťadlo (voda) sa vyparí a látka (napr. soľ) ostane. Destilácia oddeľuje kvapaliny s rôznou teplotou varu — kvapalina sa odparí a v chladiči sa opäť skondenzuje na čistú kvapalinu (takto sa získava destilovaná voda). Obe metódy využívajú rozdielne fyzikálne vlastnosti zložiek.

9. Ďalšie deliace metódy — Kryštalizácia oddeľuje rozpustenú látku tvorbou kryštálov pri ochladzovaní nasýteného roztoku, dekantácia je opatrné zlievanie kvapaliny nad usadeninou a magnetická separácia oddelí magnetické zložky (napr. železné piliny z piesku). Výber metódy vždy závisí od toho, akú vlastnosť (veľkosť častíc, magnetizmus, teplota varu, rozpustnosť) zložky odlišuje.

10. Hmotnostný zlomok — Hmotnostný zlomok w vyjadruje, akú časť hmotnosti celého roztoku tvorí rozpustená látka. Vypočíta sa vzorcom w = m(látky) / m(roztoku), kde m(roztoku) = m(látky) + m(rozpúšťadla). Je to bezrozmerné číslo medzi 0 a 1; po vynásobení 100 dostaneme zloženie v percentách.

11. Výpočet hmotnostného zlomku v percentách — Hmotnostné percento získame zo vzorca w (%) = m(látky) / m(roztoku) · 100. Napríklad ak rozpustíme 20 g soli v 80 g vody, hmotnosť roztoku je 100 g a w = 20/100 · 100 = 20 %. Tento výpočet je kľúčovou zručnosťou témy — používa sa v kuchyni, medicíne (fyziologický roztok) aj v priemysle.

12. Výpočet hmotnosti látky alebo rozpúšťadla — Zo vzorca pre hmotnostný zlomok vieme vyjadriť aj neznámu hmotnosť: m(látky) = w · m(roztoku). Napríklad na prípravu 250 g roztoku s w = 0,04 (4 %) potrebujeme m(látky) = 0,04 · 250 = 10 g látky a 240 g vody. Schopnosť „otočiť" vzorec a dopočítať chýbajúcu veličinu je pri príprave roztokov rovnako dôležitá ako samotný výpočet zlomku.

1. Poučka

Zmes je látka zložená z dvoch alebo viacerých rôznych látok (zložiek), ktoré si zachovávajú svoje vlastnosti a dajú sa od seba oddeliť fyzikálnymi spôsobmi. - Rovnorodá (homogénna) zmes = zložky nerozoznáme ani okom, ani mikroskopom (napr. roztok soli vo vode). - Rôznorodá (heterogénna) zmes = zložky vieme rozoznať (napr. piesok vo vode).

Roztok je rovnorodá zmes rozpúšťadla (je ho viac, napr. voda) a rozpustenej látky (je jej menej, napr. soľ).

Hmotnostný zlomok w udáva, akú časť hmotnosti roztoku tvorí rozpustená látka:

w = mₗ / mᵣ

kde mₗ = hmotnosť rozpustenej látky, mᵣ = hmotnosť celého roztoku (mᵣ = mₗ + m rozpúšťadla). Výsledok je číslo od 0 do 1; po vynásobení 100 dostaneme percentá (%).

2. Vysvetlenie

Po krokoch: 1. Rozlíš zmes: Je všetko rovnaké na pohľad? → rovnorodá. Vidíš viac druhov častí? → rôznorodá. 2. Vyber spôsob oddelenia podľa vlastností zložiek: - Usadzovanie (sedimentácia) — ťažšie tuhé častice klesnú na dno (piesok vo vode). - Filtrácia — cez filtračný papier oddelíme tuhú zložku od kvapaliny (čaj, kal). - Odparovanie — odparíme rozpúšťadlo a ostane tuhá látka (soľ z vody). - Destilácia — kvapalinu odparíme a pary opäť skvapalníme (čistá voda z roztoku). - Magnetom — oddelíme železné častice (železné piliny od piesku). 3. Vypočítaj hmotnostný zlomok: zisti hmotnosť rozpustenej látky a hmotnosť celého roztoku, dosaď do w = mₗ / mᵣ a prípadne preveď na %.

3. Príklady a prečo je to dôležité

Príklad 1 — rovnorodé a rôznorodé zmesi: Roztrieď: morská voda, kalná voda s pieskom, vzduch, mlieko s kakaom, ktoré sa usádza na dne.
Rovnorodá zmes má v celom objeme rovnaké zloženie, zložky nerozoznáme.
Morská voda (roztok solí) a vzduch (zmes plynov) sú rovnorodé.
V kalnej vode aj v kakau na dne vidíme častice, ktoré sa usadzujú.
Výsledok → rovnorodé: morská voda, vzduch; rôznorodé: kalná voda, kakao s usadeninou

Príklad 2 — čistenie kalnej vody: Ako z kalnej vody s pieskom získaš čistú vodu?
Piesok je nerozpustný a ťažší ako voda, preto ho necháme usadiť (usadzovanie).
Čírejšiu vodu opatrne zlejeme nad usadeninou (dekantácia).
Jemné zvyšky zachytí filtračný papier (filtrácia).
Výsledok → usadzovanie, dekantácia, filtrácia

Príklad 3 — výpočet hmotnostného zlomku: V 200 g roztoku je rozpustených 30 g soli. Vypočítaj hmotnostný zlomok.
w = m(látky) / m(roztoku)
w = 30 / 200 = 0,15 = 15 %

Príklad 4 — hmotnosť látky v roztoku: Koľko gramov cukru je v 600 g roztoku s hmotnostným zlomkom 12 %?
12 % = 0,12
m(látky) = w · m(roztoku) = 0,12 · 600 = 72 g

Príklad 5 — roztok z látky a vody: Do 160 g vody pridáme 40 g soli. Aký je hmotnostný zlomok soli?
m(roztoku) = m(látky) + m(vody) = 40 + 160 = 200 g
w = 40 / 200 = 0,2 = 20 %

Príklad 6 — dezinfekčný roztok (prax): Treba pripraviť 500 g roztoku liehu s hmotnostným zlomkom 0,7. Koľko gramov liehu a vody odvážiš?
m(liehu) = 0,7 · 500 = 350 g
m(vody) = 500 − 350 = 150 g
Kontrola: 350 / 500 = 0,7, sedí.
Výsledok → 350 g liehu a 150 g vody

Prečo je to dôležité: Skoro nič okolo nás nie je čistá látka — voda, vzduch, jedlo aj lieky sú zmesi. Vedieť ich rozlíšiť a oddeliť pomáha pri varení, čistení vody, v medicíne aj priemysle. Presný výpočet hmotnostného zlomku je nutný napr. pri miešaní liekov, čistiacich roztokov či hnojív — nesprávna koncentrácia môže byť neúčinná alebo nebezpečná.

Precvič si

1. Roztrieď na rovnorodé a rôznorodé zmesi: mosadz, hmla, ocot, voda s múkou.
2. V 120 g roztoku je 18 g soli. Vypočítaj hmotnostný zlomok v percentách.
3. Koľko gramov soli obsahuje 250 g roztoku s hmotnostným zlomkom 4 %?
4. Do 140 g vody pridáme 35 g cukru. Vypočítaj hmotnosť roztoku a hmotnostný zlomok cukru.
5. Priprav 300 g roztoku s hmotnostným zlomkom 6 %. Koľko gramov soli a koľko vody potrebuješ?
6. K 200 g roztoku s hmotnostným zlomkom 20 % prilejeme 200 g vody. Aký bude nový hmotnostný zlomok?