background image

First class                                   Chemistry

 

 

1

 

AQUEOUS SOLUTIONS AND COLLOIDS

 

Lec.2

 

 

By: Dr. Tamathir Abbas                                                         2/12/2015

 

TYPES OF SOLUTIONS 

--A solution as a homogeneous mixture of the molecules, atoms, or ions 
of two

 

or more different substances.  

--The substances that make up a solution are called its components. There 
is  usually  more  of  one  component  than  the  other  components  in  the 
solution. 

--The other components are called the solutes. 

--  In  a  solution  of  sugar  in  water,  water  is  the  solvent  and  sugar  is  the 
solute. 

-- The three states of matter can combine in nine different ways to form 
solutions containing two components. These are listed in Table 8-1. 

-- Solutions that contain liquids as solvents are the types of solutions most 
familiar to us.  

-- Numerous examples of solutions containing solids in liquids, gases in 
liquids,  and  liquids  in  liquids  are  available  from  everyday  experience. 
Less  familiar  as  solutions  are  those  with  solids  as  solvents,  yet  alloys 
amalgams are important in many commercial products. 


background image

First class                                   Chemistry

 

 

2

 

 

--A given solution has a particular composition, but the composition can 
be  varied  by  adding  more  of  either  component.  For  example,  the 
sweetness  solution  of  sugar  and  water  varies  with  the  amount  of  sugar 
dissolved. 

SOLUBILITY 

--There is usually a limit to the amount of solute that can be dissolved in 
a solvent at a particular temperature. When this limit is reached, no more 
solute  will  dissolve  in  the  solvent.  When  this  happens,  we  say  that  the 
solvent  is  saturated  with  solute.  We  call  such  a  solution  a  saturated 
solution 
 

Solubility:

    is  defined  as  the  amount  of  solute  dissolves  in  a  given 

quantity of solvent to form a saturated solution. --solubility of a solute in 
a particular solvent depends on a number of factors: 

1- The kind of solvent 

2- The kind of solute.  

3- The temperature of solvent.  

4- The pressure above the solvent.  

--------------- 


background image

First class                                   Chemistry

 

 

3

 

1- The kind of solvent 

      The  results  of  our  experiences  in  the  world  have  led  to  the  very 
general  rule  that  "like  dissolves  like."  By  this  we  mean  that  a  polar 
solvent  such  as  water  is  a  good  solvent  for  ionic  compounds  such  as 
sodium chloride.   

** Gasoline, a mixture of nonpolar organic compounds, is a good solvent 
for other nonpolar organic compounds such as greases and oils. It follows 
from  this  general  rule  that  polar  and  nonpolar  substances  will  not  form 
solutions. An example is gasoline and water. 

2- The kind of solute. 

--Sometimes  there  is  no  limit  to  the  amount  of  one  substance  that  can 
dissolve in another. This is particularly true for solutions of a liquid in a 
liquid.  

---Some liquids are infinitely soluble in another liquid: any amount of one 
liquid will dissolve in any amount of another liquid.  

--Ethyl  alcohol  and  water  provide  an  example  of  two  liquids  that  are 
infinitely  soluble  in  each  other.  Such  a  pair  of  liquids  is  said  to  be 

completely miscible.  

--Other  liquids  are  only  slightly  soluble  in  each  other.  Such  liquids  are 
said to be partially miscible.  

-- Liquids that are insoluble in each other are said to be immiscibleThus, 
gasoline is immiscible with water.  

3- The temperature of solvent. 

--The  temperature  of  the  solvent  affects  the  solubility  of  a  solute.  In 
general, solutes are more soluble in hot than cold solvents. This is shown 
by the solubilities of several solutes in water at 20° C and 100° C listed in 
Table  8-2.  The  solubilities  of  several  solids  increase  greatly  with 
increasing  temperature.  Others  increase  only  slightly,  and  some  actually 
decrease.  


background image

First class                                   Chemistry

 

 

4

 

 

-- Gases are other compounds whose solubilities in water decrease with 
increasing temperature.  

--A familiar example is boiling water. The bubbles that form when water 
is  heated  are  air  escaping  from  solution  because  dissolved  air  is  less 
soluble in water at higher temperatures. Boiled water has a characteristic 
flat taste that is due to the absence of dissolved gases. 

 


background image

First class                                   Chemistry

 

 

5

 

 

4- The pressure above the solvent.  

--The  solubility  of  a  gas  is  greatly  affected  by  the  pressure  of  that  gas 
above  the  solution.  In  general, the  solubility  of  any  gas  increases  as  the 
partial pressure of the gas above the solution is increased. Examples are 
the solubilities of oxygen and carbon dioxide in blood.  

--pressure  of  the  gas  above  the  solution  is  increased.  Examples  are  the 
solubilities of oxygen and carbon dioxide in blood. Carbonated beverages 
are  another  example.  These  beverages  contain  the  gas  carbon  dioxide 
dissolved in water and arc bottled under high pressure. 

--However,  in  the  laboratory  and  in  clinical  work  it  is  necessary  to 
specify exactly the amount of solute in a solution. 

CONCENTRATIONS OF SOLUTIONS 

We  describe  the  relative  amounts  of  solute  and  solvent  in  a  solution  by 
means of units of concentration. There are several such units, and we will 
examine the most commonly used ones. 

Weight / Weight Percent  

One  way  to  specify  the  concentration  of  a  solute  in  a  solution  is  as  a 
percent  by  weight.  The  concentration  of  the  solute  is  given  by  the 
following equation : 


background image

First class                                   Chemistry

 

 

6

 

 

Example  8-1    :  What  is  the  percent  by  weight  of  sugar  in  a  solution 

made by dissolving 10 g of sugar in 90 g of water?

 

Solution:  

 

 

Volume/Volume Percent  

          A convenient way of expressing the concentration of a liquid solute  
dissolved in a liquid is as a percent by volume. This unit of concentration 
is similar to percent by weight except that volumes in milliliters are used 
instead of weights in grams. The equation is as follows: 

 

Example  8-2  :  What  is  the  percent  by  volume  of  ethyl  alcohol  in  a 
solution made by diluting 10 mL of ethyl alcohol to 100 mL with water?  

Solution: 


background image

First class                                   Chemistry

 

 

7

 

 

EXERCISE 8-2: Determine the percent by volume of the solute in each 
of the following solutions: 

(a) 5.0 mL of rubbing alcohol diluted to 150 ml with water 

(b) 15 mL of ethyl alcohol diluted to 500 mL with water 

Weight / Volume Percent  

          This  widely  used  method  of  expressing  concentrations  is  a 
combination of weight and volume. The weight is usually that of the solid 
solute and the volume is that of the total solution. This unit is defined as 
follows: 

Example 8-3  ; What is the percent by weight/volume of sodium chloride 
in a solution made by diluting 1.5 g of sodium chloride to 100 mL with 
water?  

Solution: 

 

 

 

       Low  concentrations  of  solute  are  often  expressed  in  milligrams  per 
100 mL.
 
This weight/volume percent unit is defined as follows: 

 


background image

First class                                   Chemistry

 

 

8

 

The unit mg/100 mL is sometimes called      mg percent. 

       This unit is often used to express the concentrations of solute in 
blood and urea, as shown in the following example: 

 

Example 8-4    A 1-mL sample of blood plasma is found to contain 3.3 
mg of sodium ions. Express this concentration in mg/100 mL.  

Solution:  

 

 


background image

First class                                   Chemistry

 

 

9

 

Exercise 8-4   Determine the concentration of solute in each of the 
following solutions in mg/100 mL.  

(a)  32.0 mg of sugar diluted to 10.0 mL with water 

(b) 5.00 mL of solution that contains 1.00 g of sodium ion 

Parts Per Million and Parts Per Billion  

**These  units  of  concentration  are  widely  used  to  report  very  small 
amounts of solute in a solution. The concentration of pollutants in water 
and air are usually reported in these units. 

--One  part  per  million,  abbreviated  ppm,  contains  1  part  of  solute  per  1 
million  (10

6

)  parts  of  solution.  By  parts  we  mean  any  unit  of  measure 

such as grams, liters, or anything else we choose.  

**For example, the concentration of solid pollutants in solid food is given 
in ppm expressed as mg of pollutant (the solute) in 1 million mg of solid 
food  (the  solution).  Because  1  million  mg  is  equivalent  to  1  kg,  ppm  is 
usually defined as follows: 

 

          To express the concentrations of small quantities of solid solutes in 
water,  the  unit  ppm  is  usually  defined  as  mg  of  solute  per  liter  of 
solution.
  This  change  from  weight  to  volume  of  solvent  can  be  made 
because  1  million  mg  (1  kg)  of  water  occupies  approximately  1  L.  This 
definition  of  ppm  is  also  frequently  used  even  though  the  solution  may 
weigh somewhat more or less than 1 kg. 

 

 


background image

First class                                   Chemistry

 

 

11

 

**Air  pollution  is  measured  in  ppm  on  the  basis  of  measurements  of 
volume  rather  than  weight.  Thus,  1  ppm  means  that  there  is  1  µL  of 
pollutant (the solute) per 1 million (10

6

 µL (1 L) of air (the solution). 

** The sensitivity of analytical methods has improved so much that parts 
per  billion,  abbreviated  ppb,  has  become  a  common  unit  of 
concentration.  

**Its use and definition are similar to those of ppm. Thus, 1 ppb contains 
1 part of solute per 1 billion (10

9

) parts of solution. Again, the parts refer 

to weight or volume, depending on whether the solution is a gas, liquid, 
or solid. 

 

Example  8-5  The  maximum  Food  and  Drug  Administration  (FDA) 
tolerance of mercury in fish is 0.5 ppm. A 10-g sample of fish is found to 
contain 72 µg of mercury. Does the amount of mercury in the fish exceed 
the FDA maximum tolerance?  

Solution:  

 

 

 

 

Another solution :

 

 

 

 

 

 

 

 


background image

First class                                   Chemistry

 

 

11

 

 

 


background image

First class                                   Chemistry

 

 

12

 

Molar Concentrations (Molarity)  

          Molar  concentration, or  molarity,  which  is  defined  as  the  number 
of moles of solute per liter of solution, is designated by the capital letter
 
M. This definition is given in the form of an equation, as follows: 

 

 

 

 

 

H.W  :EXERCISE  8-6  Determine  the  molar  concentration  of each of the 
following 

solutions: 

(a.) 40.0 g of NaOH made up to 1.0'L with water 

(b.) 250 mL of a solution that contains 5.40g of NaCl  

 

**  Molar  concentration  expresses  the  ratio  of  solute  to  solution.  Two 
solutions that have the same molar concentrations have the same ratios of 
solute to solution even though the total volumes of the two solutions may 
be  different.  We  can  demonstrate  this  important  fact  by  means  of  the 
three solutions of glucose in water shown in Figure 8-1.  

 


background image

First class                                   Chemistry

 

 

13

 

 

**Thus, a bottle labeled 0.500 M glucose may contain 10 L or as little as 
1 mL. No matter how much solution there is in the bottle, every drop of it 
has a glucose concentration of 0.500 M. 

**The  importance  of  molar  concentration  is  that  we  can  determine  the 
weight of the solute contained in any volume of solution. This fact is in 
the following examples. 

Example 8-7:A patient is fed intravenously 0.50 L of a 1.0 M glucose 
solution. How many grams of glucose has the patient received? 

 Solution: 

 

 

H.W.  EXERCISE 8-7 ;How many grams are needed to make each of the 
following solutions? 


background image

First class                                   Chemistry

 

 

14

 

1.00 L of a 0.100 M NaCl solution 

a. 250 mL of a 1.50 M glucose solution 

b. 500 mL of a 0.150M sucrose (C

12

H

22

O

1:l

) solution 

EXERCISE  8-8  ;How  many  grams  of  solute  are  there  in  each  of  the 
following quantities of solution? 

a. 25.0 mL of a 1.00 M LiBr solution 

b. 100 mL of a 0.500 M NaOH solution 

c. 250 mL of a 0.100 M NaHCO, solution 

Milliequivalents Per Liter  

       This  unit  is  used  to  express  low  concentrations  of  ions  in  body 

fluids.  To  use  this  unit,  we  must  learn  about  equivalents

One 

equivalent

 of an ion, abbreviated  Eq, is defined as 1 mole of that ion 

multiplied by the absolute value of its charge.  

**  For  example,  1  mole  of  sodium  ions  contains  one  equivalent  of 
sodium  ions.  One  mole  of  chloride  ions  contains  one  equivalent  of 
chloride  ions.  One  mole  of  magnesium  ions  contains  two  equivalents  of 
magnesium ions. 

EXERC1SE  8-9  :  How  many  equivalents  are  there  of  each  underlined 
ion in the following quantities? 

a. 1.00 mol NaHCO

3

  

b. 0.150 mol Na

2

CO

3

  

c. 2.00 mol LiBr  

d. 0.350 mol FeCl

3

  

e.1.50 mol MgCl

2

  

d. 0.250 mol Ca

3

(PO

4

)

2

  

 The  unit  milliequivalent  per  liter,  abbreviated  mEq/L,  is  defined  as 
follows: 


background image

First class                                   Chemistry

 

 

15

 

 

 

Another solutions

 

 

 

 

no. of moles  = 0.001   


background image

First class                                   Chemistry

 

 

16

 

so 

no. of  moles of  Na

+

 = 0.001  

no. of  mole of Cl

-

 = 0.001  

no. of  Eq of ion  = 1 mole of ion * | its charge | 

no. of  Eq of Na

+

 = 0.001 * | 1

+

 | = 0.001  

no. of Eq of Cl

-  

= 0.001 * | 1

-

 | = 0.001  

no. of  mEq of  Na

+

 = 0.001 * 10

3

 = 1            ( 1 mole = 10

3

 mmole) 

no. of  mEq of  Cl

-

  = 0.001 * 10

3

 = 1   

 

 

 

 

 

 


background image

First class                                   Chemistry

 

 

17

 

 


background image

First class                                   Chemistry

 

 

18

 

 

Table of concentration measures

 

Frequently used standards of concentration

 

Measurement

 

Notation

 

Generic formula

 

Typical units

 

Mass percentage

 

wt%

 

 

%

 

Mass-volume 

percentage

 

-

 

 

though 

strictly %g/mL

 

Volume-volume 

percentage

 

vol%

 

 

%

 

Molarity

 

M

 

 

mol/L (or M or 

mol/dm

3

)

 

Parts per million

 

ppm

 

 

mg/L

 

Parts per billion

 

ppb

 

 

µg/kg

 

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Hasan Abdulmawjoud
المشاهدات: لقد قام 41 عضواً و 308 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل