Nátrium-klorid-oldat

A nátrium-klorid vizes oldatának fizika és fizikai-kémiai tulajdonságai SI mértékegységrendszerben, az IUPAC General Chemistry terminológiai előírásai alapján. Az értékek 100-zal való szorzásával a százalék mértékegységhez jutunk.

Sűrűség[szerkesztés]

sűrűség	tömegtört	móltört	tömegkoncentráció	koncentráció		tömegarány	összetétel
oldatra						oldószerre
kg/m³	kg/kg	mol/mol	kg/m³	mol/m³	mol/L	kg/kg	kg/m³	kg/L
997,0	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00
1005,34	0,01	0,0031	10,05	172,0	0,172	0,0101	10,08	0,0101
1012,46	0,02	0,0063	20,25	346,5	0,346	0,0204	20,37	0,0204
1026,80	0,04	0,0127	41,07	702,8	0,703	0,0417	41,59	0,0416
1041,27	0,06	0,0193	62,48	1069,0	1,069	0,0638	63,71	0,0637
1055,89	0,08	0,0261	84,47	1445,4	1,445	0,0870	86,80	0,0868
1070,68	0,10	0,0331	107,07	1832,0	1,832	0,1111	110,91	0,1109
1085,66	0,12	0,0403	130,28	2229,2	2,229	0,1364	136,12	0,1361
1100,85	0,14	0,0478	154,12	2637,1	2,637	0,1628	162,50	0,1625
1116,21	0,16	0,0555	178,59	3055,9	3,056	0,1905	190,13	0,1901
1131,90	0,18	0,0634	203,74	3486,2	3,486	0,2195	219,12	0,2191
1147,79	0,20	0,0715	229,56	3927,9	3,928	0,2500	249,55	0,2496
1163,95	0,22	0,0800	256,07	4381,5	4,382	0,2821	281,54	0,2815
1180,40	0,24	0,0887	283,30	4847,4	4,847	0,3158	315,22	0,3152
1197,07	0,26	0,0977	311,26	5325,9	5,326	0,3514	350,72	0,3507
1197,78	0,264	0,0994	315,53	5398,9	5,399	0,3580	357,36	0,3574
telített oldat
2165,00	1,00	1,00	2165,00	37044,6	37,0446	∞	∞	∞
vízmentes nátrium-klorid

Térfogat[szerkesztés]

Vizsgáljuk meg, mekkora lehet a 20% tömegtörtű sóoldat térfogata. A komponensek például:

komponens	tömeg	sűrűség	térfogat
NaCl	0,2 kg	2165 kg/m³	92,166 10⁻⁶ m³
H₂O	0,8 kg	998 kg/m³	801,603 10⁻⁶ m³
összeg	1 kg		893,769 10⁻⁶ m³

komponens	tömeg	sűrűség	térfogat
oldat	1 kg	1147,79 kg/m³	871,239 10⁻⁶ m³

Az oldat térfogata kisebb, mint a komponensek összeadásából számítható térfogat. Ennek magyarázata, hogy a nátrium-klorid ionos oldat. A valóságos oldatban a nátrium- és a kloridionokhoz négy-négy vízmolekula kapcsolódik a Coulomb-erők hatására, polaritástól függően. Ezért az oldat térfogata kisebb, mint ami a kiinduló komponensek térfogatából számítható lenne.

A moláris térfogatcsökkenés képlete:

V^{E}={\frac {x_{1}M_{1}+x_{2}M_{2}}{\rho }}-(x_{1}V_{1}+x_{2}V_{2})

Ahol x₁ és x₂ a komponensek móltörtje, M₁ és M₂ a moláris tömegük; V₁ és V₂ a moláris térfogatuk, ρ az oldat sűrűsége

Számítási módszerek[szerkesztés]

A tömegarány (mass ratio) számítása a tömegtörtből (mass fraction):

\zeta ={\frac {w}{1-w}}

(oldószerre)

Tömegtört a tömegarányból:

w={\frac {1}{\zeta +1}}

(oldatra)

Mólarány (amount of substance ratio) a móltörtből (amount fraction):

r={\frac {x}{1-x}}

(oldószerre)

Móltört a mólarányból:

x={\frac {r}{r+1}}

(oldatra)

Móltört a tömegtörtből:

x_{1}={\frac {\frac {w_{1}}{M_{1}}}{{\frac {w_{1}}{M_{1}}}+{\frac {1-w_{1}}{M_{2}}}}}

ahol x₁ az első komponens (az oldott anyag) móltörtje, w₁ az első komponens tömegtörtje, M₁ az első komponens moláris tömege, M₂ a második komponens (az oldószer) moláris tömege.

A γ tömegkoncentrációt a w tömegtörtből az oldat ρ sűrűségével számíthatjuk: $\gamma =w_{1}\rho _{oldat}$ , majd ebből az anyagmennyiség-koncentrációt az oldott anyag moláris tömegével: $c_{1}={\frac {w_{1}\rho _{oldat}}{M_{1}}}$

A γ tömegkoncentráció (mass concentration) az oldott anyag tömegének és az egész oldat térfogatának hányadosa. A kémiában szokásos ezt a hányadost csak az oldószer térfogatára számítani (angolul: mass per volume ratio). SI-mértékegysége mindkettőnek kg/m³. Tekinteve, hogy a moláris térfogatcsökkenés értéke általában ismeretlen, ezen mennyiségek mérőszámát egymásba átszámítani eléggé körülményes.

Az adatok jelentős része molalitás mértékegységében található: az oldott anyag anyagmennyisége osztva az oldószer tömegével, mol/kg. Ezt a víz sűrűségével szorozva a koncentrációhoz hasonló mennyiséget kapunk: mol/m³ (a nevezőben itt az oldószer térfogata szerepel). Ebből a valóságos koncentráció csak akkor számítható, ha ismerjük az oldásnál létrejövő térfogatváltozást.

Az m molalitást r mólarányba az oldószer M moláris tömegével számíthatjuk át $r={\frac {m}{M}}$ , ebből a móltört a fenti képlettel számítható

Törésmutató[szerkesztés]

Az adatok forrása:^[1] (Topac Inc.)

tömegtört	Brix *	törésmutató	tömegkoncentráció	koncentráció		móltört
kg/kg	%	n_D	kg/m³	mol/m³	mol/L	mol/mol
0,000	0,000	1,3330	0,0	0,0	0,0000	0,0000
0,010	0,013	1,3348	10,1	172,0	0,1720	0,0031
0,020	0,025	1,3366	20,2	346,5	0,3465	0,0063
0,030	0,037	1,3383	30,6	523,3	0,5233	0,0094
0,040	0,048	1,3400	41,1	702,8	0,7028	0,0127
0,050	0,060	1,3418	51,7	884,5	0,8845	0,0160
0,060	0,072	1,3435	62,5	1069,0	1,0690	0,0193
0,070	0,084	1,3453	73,4	1255,8	1,2558	0,0227
0,080	0,095	1,3470	84,5	1445,4	1,4454	0,0261
0,090	0,106	1,3488	95,7	1637,4	1,6374	0,0296
0,100	0,117	1,3505	107,1	1832,0	1,8320	0,0331
0,110	0,128	1,3523	118,6	2029,6	2,0296	0,0367
0,120	0,149	1,3541	130,3	2229,2	2,2292	0,0403
0,130	0,151	1,3558	142,1	2431,9	2,4319	0,0440
0,140	0,161	1,3576	154,1	2637,1	2,6371	0,0478
0,150	0,172	1,3594	166,3	2845,1	2,8451	0,0516
0,160	0,184	1,3612	178,6	3055,9	3,0559	0,0555
0,170	0,195	1,3630	191,1	3269,8	3,2698	0,0594
0,180	0,206	1,3648	203,7	3486,2	3,4862	0,0634
0,190	0,217	1,3666	216,6	3705,5	3,7055	0,0674
0,200	0,227	1,3684	229,6	3927,9	3,9279	0,0715
0,210	0,238	1,3703	242,7	4152,7	4,1527	0,0757
0,220	0,249	1,3721	256,1	4381,5	4,3815	0,0800
0,230	0,260	1,3740	269,5	4612,0	4,6120	0,0843
0,240	0,271	1,3759	283,3	4847,4	4,8474	0,0887
0,250	0,281	1,3778	297,0	5081,9	5,0819	0,0932
0,260	0,292	1,3797	311,3	5325,9	5,3259	0,0977
0,264	0,296	1,3804	316,7	5419,8	5,4198	0,0996
telített oldat

Brix: a cukorrefraktométer által mutatott érték

Viszkozitás[szerkesztés]

Adatok J. Phys. Chem. Ref. Data. szerint 20 °C-on és atmoszferikus nyomáson:^[2]

molalitás	tömegtört	dinamikai viszkozitás	kinematikai viszkozitás
mol/kg	kg/kg	mPa s	10⁻⁶ m²/s
0	0	1,002	1,0037
0,5	0,028	1,0432	1,0244
1	0,052	1,0903	1,0506
1,5	0,081	1,1435	1,0824
2	0,105	1,2032	1,1198
2,5	0,127	1,2697	1,1629
3	0,150	1,3432	1,2117
3,5	0,170	1,4242	1,2663
4	0,190	1,5129	1,3269
4,5	0,0208	1,6097	1,3934
5	0,226	1,7148	1,4661
5,5	0,243	1,8284	1,5448
6	0,260	1,9508	1,6297

Oldatok viszkozitásának becslését (excess viscosity) a következő egyenlettel lehet számítani:

\eta ^{E}=\eta _{12}-(x_{1}\eta _{1}+x_{2}\eta _{2})

ahol x a komponensek móltörtje és η a dinamikai viszkozitási együtthatója

Felületi feszültség[szerkesztés]

^[3] szerint nullától 3,13 mólos oldatig növelve az összetételi arányt, 72,1-ről 77,7 mN/m-re növekszik az oldat felületi feszültsége. Mérését a ^[4] ismerteti

További adatok a wikipédiában: 6 mólos oldatnál (6 mól per liter) 82,55 mN/m, illetve ^[5] alapján

felületi feszültség	tömegtört	tömegkoncentráció	koncentráció
mN/m	kg/kg	kg/m3	mol/m3
72,5	0,00	0,0	0
74,4	0,05	51,7	884
76,2	0,10	107,1	1832
77,9	0,15	166,3	2845
79,7	0,20	229,6	3928
81,4	0,25	297,2	5085
81,8	0,264	312,8	5325
telített oldat (atmoszferikus nyomáson, 20 °C hőmérsékleten)

Fajlagos hőkapacitás[szerkesztés]

Fajlagos hőkapacitás és viszkozitás:^[6] (grafikus formában), ennek értelmében 4300 J/kg K-től 3300 J/kg K-ig csökken, a tömegtört függvényében a telített oldatig

Hivatkozások[szerkesztés]

↑ Topac Inc. The Instrumentation Company
↑ Kestin, Joseph, H. Ezzat Khalifa, Robert J. Correia (1981). Tables of the Dynamic Kinematic Viscosity of Aqueous NaCl Solutions in the Temperature Range 20-150°C and the Pressure Range 0.1-35 MPa. J. Phys. Chem. Ref. Data. 10 (1), 71. o. [2012. október 10-i dátummal az eredetiből archiválva]. DOI:10.1063/1.555641. (Hozzáférés: 2012. október 10.)
↑ IEEE Journal of Quantum Electronics
↑ National Center for Biotechnology Information közleménye
↑ International Journal of Themophysics^{[halott link]} Horibe, Fukusako, Yamada
↑ Engineering Toolbox A nátrium-klorid oldat adatai

Források[szerkesztés]

National Physical Laboratory Oldhatóság tömegarányban
Salt Institute ASTM D 632 szerinti adatokkal
Lengyel, Béla. Általános és szervetlen kémiai praktikum. Budapest: Nemzeti Tankönyvkiadó (1999). ISBN 9631903680
Neumüller, O. A.. Römpp Vegyészeti lexikon. Műszaki Könyvkiadó (1981). ISBN 963-103-813-0
NIST Archiválva 2011. június 22-i dátummal a Wayback Machine-ben Viszkozitás adatok (molalitásra)
Computer Support Group Adatok 5 és 25%-os sóoldatra
DDBST Archiválva 2011. július 18-i dátummal a Wayback Machine-ben A nátrium-klorid viszkozitása magas hőmérsékleten
D. F. Grant-Taylor^{[halott link]} Moláris térfogatcsökkenés értékei magas hőmérsékleten és nyomáson
J. Kestin and I. R. Shanklan^{[halott link]} Viszkozitás magas nyomáson és hőmérsékleten
IUPAC A 2.10 General Chemistry fejezetben engedélyezett megnevezéseket és mértékegységeket használtuk
Instructions to Authors terminológia és mértékegységek

[1] Topac Inc. The Instrumentation Company

[2] Kestin, Joseph, H. Ezzat Khalifa, Robert J. Correia (1981). Tables of the Dynamic Kinematic Viscosity of Aqueous NaCl Solutions in the Temperature Range 20-150°C and the Pressure Range 0.1-35 MPa. J. Phys. Chem. Ref. Data. 10 (1), 71. o. [2012. október 10-i dátummal az eredetiből archiválva]. DOI:10.1063/1.555641. (Hozzáférés: 2012. október 10.)

[3] IEEE Journal of Quantum Electronics

[4] National Center for Biotechnology Information közleménye

[5] International Journal of Themophysics^{[halott link]} Horibe, Fukusako, Yamada

[6] Engineering Toolbox A nátrium-klorid oldat adatai

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]