Rychlokurz chemie
Rychlokurz chemie (26/43) · 7:29

Roztoky V tomto videu si povíme o různých typech roztoků. Také zjistíme, že plyn se může rozpustit v kapalině a činí tak v souladu s Henryho zákonem!

Rád bych, abychom se na chvilku zamysleli nad dýcháním. Ne jen nad tím, že dýcháme, ale i nad všemi podmínkami, které musí být splněny, aby na vzduchu bylo dýchatelně. Ve vzduchu musí být kyslík, ale i další složky. Kdyby to byl jen kyslík, tak byste umřeli. Kyslík proto musí být smíchán s dusíkem a dalšími plyny a celé toto společenství musí mít ten správný tlak a teplotu, aby nám dodalo správné množství kyslíku. Vzduch, který dýcháme, je roztokem. Mimochodem i vy jste vlastně takový roztok, ačkoli velmi vnímavý. Pamatujete si na roztoky, když jsem tu pral své špinavé prádlo? Jsou to látky, ve kterých jsou částečky rozpuštěny v rozpouštědle. Co je tím rozpouštědlem ve vzduchu? To, čeho je tam nejvíc. Tedy dusík je rozpouštědlo, zatímco kyslík, oxid uhličitý, argon a další plyny jsou v něm rozpuštěné. Všechny roztoky mají 3 shodné vlastnosti, kterými jsou: molekulární struktura, tlak a teplota. Toto jsou faktory, kterými můžeme ovlivňovat rozpustnost v určitém objemu rozpouštědla. Ať už mluvíme o vzduchu, který my dýcháme, vodě, kterou dýchají ryby, o bublinkách v kole nebo o toxinu ve tkáni japonského čterzubce. Co je většinou nejdůležitější informací, je množství rozpuštěné látky ve roztoku. V laboratořích se setkáváme s pojmy "zředěný" a "koncentrovaný" roztok. Avšak to není moc přesné a my bychom měli požadovat přesnost těchto údajů. Pojďme si ukázat, jak na to. Roztok můžeme popsat pomocí molarity, ta vyjadřuje počet molů rozpuštěné látky v litru roztoku. Nebo molality, což je počet molů rozpuštěné látky na kilogram rozpouštědla. Nebo pomocí hmotnostních procent. Hmotnostní zlomek vyjadřuje hmotnost rozpuštěné látky lomeno hmotnost celková. Celé to je nakonec vynásobeno 100 procenty. V plechovce obyčejné limonády je 33 gramů cukru a celková hmotnost je 355 gramů. Vydělte hmotnost cukru hmotností celkovou krát 100 a vyjde vám hmotnostní zlomek cukru v roztoku 9,2 %. Je to hračka. Co ale nás teď asi napadá, je otázka: Proč? Jak to, že můžeme rozpustit tolik cukru v plechovce limonády, když je tam navíc oxid uhličitý? Co se to tu děje? Jak se tam ty věci navzájem poskládají a co se vlastně děje na molekulární úrovni? První důležitá věc je, že žádné rozpouštědlo neumí rozpustit všechno. Molekuly plynu spolu moc neinteragují, proto jsou plyny vždy tak trochu roztoky. Zato kapalná rozpouštědla zahrnují spoustu interakcí mezi sebou. Proto jejich struktura silně ovlivňuje jejich schopnost a míru rozpouštět látky. Největší vliv na toto má polarita. Aby se látka rozpustila, musí přednostně reagovat s molekulami rozpouštědla. K tomu dojde jen tehdy, pokud mají podobnou polaritu, a tím vytvoří pravidelně rozmístěné rozpouštědlem obalené struktury. Z jiného soudku! Jste na svém prvním rande v sushi restauraci Rádi byste byli skvělí a nonšalantní ve stylu: "Snesu Ti i modré z nebe." A proto objednáte čtverzubce, kterému se jinak říká ryba Fugu. Ryba Fugu má v sobě jed zvaný tetrodotoxin. I zkušení šéfkuchaři vám můžou způsobit ochrnutí rtů při pouhém ochutnání nesprávně připravené této ryby. Pokud se kuchař splete a vy sníte nesprávnou část ryby, tetrodoxin zacloumá s vaší nervovou soustavou, budete paralyzováni, budete se dusit a můžete zemřít. A proč? Kvůli jeho polaritě. A také té vaší. Tetrodotoxin má na povrchu polární hydroxylové a aminové skupiny. Proto se snadno rozpouští v polárních rozpouštědlech jako je voda. A kdo je složen nejvíc z vody? Pokud jste sledovali Rychlokurz biologie, víte už vše o sodíkových kanálech. Což jsou tunely, zvnějšku nervové buňky, díky kterým buňka komunikuje s okolím. Tetrodoxin je expertem na vázání se na tyto kanály. Čímž atakuje nervový systém, což vás může zabít. Protože je velmi polární a vaše tělo je jen jeden velký vodný roztok, má tetrodoxin volné pole působnosti, aby obsadil kterýkoli sodíkový kanál. Pojďme na další faktor, který ovlivňuje rozpustnost. Předpokládejme, že jste přežili první chod a nyní si objednáte limču. Aby v sobě měla všechny ty osvěžující a lechtající bublinky, musí být nějak rozpuštěn ve vodě oxid uhličitý. Jak ale natlačit plyn do kapaliny? Plyn se může rozpustit v roztoku úplně stejně jako spolupracovali David Bowie a Freddy Mercury. Pod tlakem. No a co? Už jste si asi všimli, že jsem starý. Není to jen tlak vně rozpouštědla, je to i o parciálním tlaku rozpuštěné látky. Rychle opakujeme: parciální tlak je část tlaku, kterou působí jen plyn, o který se zajímáme. V našem případě, oxid uhličitý. Molekuly plynu mají určitou kinetickou energii a chtějí utéct z roztoku. Vytvoří proto vzrůstající tlak na plyn okolo nich. Abychom udrželi CO₂ rozpuštěný, musí být jeho parciální tlak a tlak nad roztokem shodný nebo větší než tlak, který vytlačuje molekuly CO₂ ven z roztoku. Proto jsou lahve s limonádou tak pevné, když je zmáčkneme. Ta trochu plynu nahoře tlačí dovnitř oxid uhličitý. Což je také důvod, proč při otvírání plechovky nám obsah vybublává ven. Protože atmosferický tlak CO₂ je příliš nízký, aby udržel bublinky kapaliny. Abychom tam oxid uhličitý dostali, musíme hodně zvýšit tlak CO₂ nad kapalinou. A takhle to dělají v továrně na limonády. Pokud máte doma SodaStream, tak tento proces děláte také. Díky Williamovi Henrymu je pro nás jednoduché vypočítat daný rozdíl tlaků. Což byl přítel Johna Daltona, který přišel na zákon o parciálních tlacích. Dle Henryho zákona se koncentrace rozpuštěného plynu rovná parciálnímu tlaku nad roztokem, který je přenásoben konstantou vyjadřující rozpustnost daného plynu v rozpouštědle. Můžeme použít Henryho zákon, abychom zjistili, kolik CO₂ nám uteče z plechovky. Tlak CO₂ v plechovce je 5,0 atmosfér a jeho rozpustnost ve vodě si můžeme najít, což je 3,4 krát 10 na -2 molů na litr a atmosféru. Koncentrace rozpuštěného CO₂ je 0,17 molů na litr. V plechovce máme 355 mililitrů, neboli 0,355 litrů koly. Jaký objem v ní zabere CO₂ za normálních atmosferických podmínek? Vytáhněme rovnici ideálního plynu a vypočítejme si objem plynu při atmosferickém tlaku a pokojové teplotě, tedy 298 kelvinech. Tedy 0,060 molů oxidu uhličitého zaujme objem asi 1,5 litrů. Z toho bychom asi hodně říhali, což na našem rande není moc dobré. Teplota je po polaritě a tlaku posledním faktorem ovlivňujícím rozpustnost. Ta ji ovlivňuje poněkud složitěji, ale o to zajímavěji. Pokud řešíme pevné a kapalné roztoky, jejich rozpustnost obecně se vzrůstající teplotou roste. Toto už jste jistě zjistili, když jste se snažili osladit ledové kafe. Rozpustnost plynů se chová ale úplně naopak. Studenější molekuly mají méně kinetické energie, a proto méně pravděpodobně opustí kapalinu. Tlak, který vyvinou bude proto menší než v případě horké kapaliny. Proto je bezpečnější otvírat plechovku s vodou, když je ledová než teplá. I když tento aspekt mohl někdy pěkně zaneřádit váš dům, pro takovou rybu je to ještě důležitější věc, protože potřebuje kyslík rozpuštěný ve vodě k dýchání. Při 4 stupních Celsia je rozpustnost kyslíku dvojnásobná oproti 25 stupňům Celsia. Pstruzi, u nás v Montaně, bývají tak dobře vyvinutí díky vodě bohaté na kyslík. Letní vedra však mohou způsobit velké snížení množství kyslíku ve vodě a některé ryby z toho můžou být nešťastné. Kromě toho, že budou trochu mrtvé. Naštěstí pro rybu Fugu, ta je tropickou rybou, pro kterou je 25 stupňů Celsia ideální. Naneštěstí pro nás ostatní, to je poslední informace z této epizody.
video