Směsi a roztoky

Směs obsahuje dvě nebo více chemických látek a její složení se může měnit. Stejnorodá směs má v celém objemu stejné složení a tvoří jednu fázi; příkladem je roztok soli ve vodě. Různorodá směs obsahuje více fází, například pevný písek a kapalnou vodu. Samotná průhlednost vzorku nestačí k rozhodnutí, zda jde o čistou látku, nebo směs.

V roztoku jsou částice rozpuštěné látky rozptýleny mezi částicemi rozpouštědla. Složení lze vyjádřit hmotnostním zlomkem, zatímco rozpustnost určuje, kolik látky se za daných podmínek může rozpustit. Při oddělování složek využíváme rozdíly v jejich vlastnostech: filtr zachytí nerozpuštěný písek, rozpuštěná sůl však běžným filtračním papírem projde s vodou. Z roztoku ji lze získat krystalizací při odpařování vody.

Předpoklady

• Rozlišit chemickou látku a její částice; pracovat s představou atomů, molekul a iontů.
• Počítat poměr a procenta, převádět jednotky hmotnosti a používat laboratorní váhy.

Klíčové pojmy

Stejnorodá a různorodá směs

Stejnorodá směs tvoří jednu fázi se stejným složením v celém objemu. Různorodá směs obsahuje více fází oddělených rozhraním; patří sem například suspenze písku ve vodě a emulze oleje ve vodě.

Roztok

Stejnorodá směs rozpouštědla a jedné či více rozpuštěných látek. V kapalném roztoku jsou rozpuštěné částice jednotlivé molekuly nebo ionty; roztoky mohou existovat také v plynném a pevném skupenství.

Rozpustnost a nasycený roztok

Rozpustnost udává největší množství látky, které se za dané teploty a tlaku rozpustí v určitém množství rozpouštědla. Nasycený roztok této meze dosáhl. Rychlost rozpouštění naproti tomu popisuje, jak rychle rozpouštění probíhá.

Hmotnostní zlomek

Podíl hmotnosti složky a celkové hmotnosti směsi: $w = m_\text{složky}/m_\text{směsi}$. Rozpuštěním 5 g soli v 95 g vody vznikne 100 g roztoku s hmotnostním zlomkem soli $w = 0{,}05$, tedy $5\,\%$.

Oddělování složek směsi

Volba postupu závisí na vlastnostech složek. Filtrace odděluje nerozpuštěnou pevnou látku od kapaliny, krystalizace umožňuje získat rozpuštěnou pevnou látku a destilace využívá rozdílné těkavosti složek.

Časté miskoncepce

• Častá chyba

  Rozpuštěnou sůl lze z vody odstranit běžným filtračním papírem stejně jako písek.

  Jak na to

  Porovnejte filtraci vody s pískem a solného roztoku. Pomocí částicového náčrtu ukažte, proč rozpuštěné ionty procházejí filtrem; přítomnost soli ve filtrátu doložte předem připraveným odparkem.

• Častá chyba

  Pětiprocentní roztok vznikne rozpuštěním 5 g soli ve 100 g vody.

  Jak na to

  Nechte žáky sečíst hmotnosti obou složek a určit, které množství představuje celek. Vedle sebe zapište 5 g soli se 100 g vody a 5 g soli s 95 g vody; pouze druhá směs má celkovou hmotnost 100 g.

• Častá chyba

  Mícháním se zvýší množství soli, které lze ve vodě rozpustit.

  Jak na to

  Ukažte nasycený solný roztok s přebytkem pevné soli při stálé teplotě. Po promíchání a ustálení zůstane pevná sůl na dně; odlište tím urychlení rozpouštění od změny rozpustnosti.

Jak učit

2 vyučovací hodiny; s laboratorní prací přibližně 3

1. Evokace: Předložte vodu, solný roztok a vodu s pískem; nechte žáky navrhnout jejich částicové náčrty a pojmenovat, co ze samotného vzhledu vzorku nezjistí.

2. Uvědomění: Na filtraci a vážení složek propojte částicový model s chováním směsi a výpočtem hmotnostního zlomku; ve výpočtu vždy nejprve určete hmotnost celého roztoku.

3. Reflexe: Nechte žáky vysvětlit, proč po filtraci směsi vody, soli a písku zůstává filtrát směsí, a navrhnout získání soli.

Nápady na aktivity

• Filtrace dvou směsí (asi 15 minut): Připravte kádinky s vodou a pískem a se solným roztokem, nálevky, filtrační papír a předem připravený odparek solného filtrátu. Žáci předpovědí obsah filtru i filtrátu, provedou filtraci a porovnají výsledek s částicovým náčrtem. Použijte ochranné brýle a vzorky neochutnávejte.

• Příprava a ředění roztoku (asi 15–20 minut): S váhami, kádinkou, vodou a solí nechte žáky připravit 50 g desetiprocentního roztoku a poté přidat 50 g vody. Z navážených hmotností zdůvodní pokles hmotnostního zlomku na pět procent a označí, která hmotnost zůstala stejná.

Hodnocení

Předložte směs vody, soli a písku. Žák ústně nebo náčrtem navrhne oddělení písku a získání soli; sledujte, zda správně určí složení filtrátu a spojí postup s rozpustností složek.

Zadejte přidání 20 g vody k roztoku obsahujícímu 4 g soli a 36 g vody. Žák určí novou hmotnost roztoku 60 g a hmotnostní zlomek soli přibližně 6,7 %; rozhodující je zachování hmotnosti soli a použití hmotnosti celého roztoku ve jmenovateli.