Definicja pojęcia:

skład chemiczny

Skład chemiczny – w znaczeniu fizycznym jako skład chemiczny substancji rozumiany jest szczegółowy wykaz poszczególnych pierwiastków i związków chemicznych wchodzących w skład danej substancji. Wykaz ten obejmuje w szczególności procentową zawartość poszczególnych elementów składowych w danej substancji. Zawartość tych elementów może być przedstawiona jako procent całkowitej masy (wagowy), ale także objętościowy i molowy. Aby poznać skład chemiczny danej substancji należy przeprowadzić analizę chemiczną.

Właściwości fizyczne substancji nie odzwierciedlają jednoznacznie właściwości składników chemicznych danej substancji. Mogą jednak zależeć od innych czynników, a przede wszystkim od struktury jaka charakteryzuje daną substancję, np. struktura krystaliczna. Stąd często zdarza się, że substancje o identycznym składzie chemicznym posiadają odmienne właściwości, np. diament i grafit.
  1. Wyznaczanie składu chemicznego – analiza chemiczna
  2. Skład chemiczny substancji
  3. Skład chemiczny mieszaniny
  4. Przykłady składu chemicznego różnych substancji
Skład chemiczny i struktura maltozy. Źródło: shutterstock

Wyznaczanie składu chemicznego – analiza chemiczna

Analiza chemiczna to proces, podczas którego bada się ilościowo (analiza ilościowa) i/lub jakościowo (analiza ilościowa) skład chemiczny danej substancji.

Badanie to przebiega w następującej kolejności. Na początku należy pobrać reprezentatywną próbkę danej substancji (może to być kilka podpróbek). Następnie należy ją przygotować do analizy poprzez jej rozdrobnienie, oczyszczenie i w wyniku np. rozpuszczania, ługowania lub roztwarzanie przeprowadzić do roztworu. Kolejnym etapem jest oddzielenie lub zagęszczenie oznaczanego składnika. Uczestniczyć temu mogą różne procesy takie jak np. chromatografia, wymiana jonowa, wytrącenie osadu, ekstrakcja, elektroliza czy destylacja. Ostatnim etapem tej analizy jest maskowanie pozostałych składników substancji, które utrudniają analizę (za pomocą np. odczynników redukujących lub kompleksotwórczych.

Analizy chemiczne można podzielić na wiele sposobów. Dzieli się je ze względu na naturę (chemiczne, fizykochemiczne i biochemiczne), ze względu na rodzaj uzyskiwanej informacji (jakościowa, strukturalna i ilościowa), ze względu ilość i sposób wykorzystania próbki (makroanaliza, mikroanaliza, ultramikroanaliza, analiza inwazyjna, analiza bezinwazyjna w tym analiza zdalna i analiza przepływowa).

W życiu codziennym analiza chemiczna ma szerokie zastosowanie tak w dziedzinach nauki jak i w gospodarce przede wszystkim w przemyśle (ocena jakości produktów i procesów technologicznych) spożywczym, chemicznym i farmakologicznym, ale również w przemyśle metalurgicznym, półprzewodników i górniczym. Jej zastosowanie obejmuje także badania próbek biologicznych, powietrza, gleby, wód, nawozów. Ma zastosowanie w rolnictwie i leśnictwie do racjonalnej gospodarki oraz w diagnostyce lekarskiej.

Skład chemiczny substancji

Skład chemiczny czystej substancji odpowiada względnym ilościom pierwiastków, które tworzą samą substancję. Można to wyrazić wzorem chemicznym, takim jak wzór empiryczny lub cząsteczkowy.

Na przykład wzór chemiczny wody to H2O: oznacza to, że każda cząsteczka wody składa się z dwóch atomów wodoru (H) i jednego atomu tlenu (O). Zatem skład chemiczny wody można interpretować jako stosunek 2:1 atomów wodoru do atomów tlenu.
Dzięki zaawansowanym analizom chemicznym możemy poznać skład chemiczny wszystkich substancji. Źródło: shutterstock

Skład chemiczny mieszaniny

Skład chemiczny mieszaniny stanowią poszczególne substancje (składniki) tworzące tą mieszaninę. Oznacza to, że dana mieszanina ma określone ilościowe proporcje (np. stężenia) każdego składnika. Istnieją różne sposoby określania składu mieszaniny oraz określenia udziału poszczególnych składników. Udział ten może być określany jako udział procentowy, ale także jako ułamek molowy, objętościowy lub udział wagowy.

Przykłady składu chemicznego różnych substancji

Na rynku dostępnych jest wiele wód źródlanych i mineralnych, których skład może się znacząco różnić w zależności od producenta. Jest to związane przede wszystkim z właściwościami ujęcia, z którego pozyskuje się wodę. Poniżej został przedstawiony skład jednej z najpopularniejszych wód mineralnych. Skład ten tak jak w przypadku pozostałych wód został określony w stosunku wagowym na litr produktu. W jednym  litrze wody producent określił sumę składników mineralnych na 529,73 mg i składniki niezdysocjowane (H2SiO3) na 8,64 mg. Ponadto określił zawartość kationów, spośród których największy udział miał kation wapniowy Ca2+ (76,15 mg) i kolejno: magnezowy Mg2+ (36,16 mg), sodowy Na+ (8 mg) oraz potasowy K+ (3,3 mg). W wodzie tej określono również udział anionów, spośród których dominował anion wodorowęglanowy HCO3- (275,25 mg) i siarczanowy SO42- (101,44 mg), natomiast anionów chlorkowych Cl i fluorkowych F- było zdecydowanie mniej (odpowiednio 1,85 mg i 0,18 mg).

Woda morska zawiera więcej składników (rozpuszczonych jonów) niż wszystkie pozostałe wody słodkie. Jednak proporcje tych składników różnią się zdecydowania przede wszystkim ze względu na odmienny poziom zasolenia i czas trwania poszczególnych składników (np. długi dla sodu i chloru w odróżnieniu od wapnia, który ma tendencję do wytrącania się znacznie szybciej. W wodzie morskiej o zasoleniu 35 promili występować może następujący skład molowy: 53,6 mol/kg H2O, 0,546 mol/kg Cl-, 0,469 mol/kg Na+, 0,0528 mol/kg Mg2+, 0,0282 mol/kg SO42-, 0,0103 mol/kg Ca2+, 0,0102 mol/kg K+, 0,00206 mol/kg całkowitego nieorganicznego węgla, 0,000844 mol/kg Br-, 0,000416 mol/kg całkowitego boru, 0,000091 mol/kg Sr2+, 0,000068 F-. Podczas gdy procentowy udział składników chemicznych w wodzie morskiej o zasoleniu 0,5 promila może być następujący: 85,84% tlenu, 10,82% wodoru, 1,94% chlorków, 1,08% sodu, 0,1292% magnezu, 0,091% siarki, po 0,04% wapnia i potasu, 0,0067% bromu, 0,0028% węgla oraz śladowe ilości wanadu.

Innym ciekawym przykładem wykorzystywanego wszędzie materiału jest cement i wszelkie spoiwa z nim związane. Istnieje wiele jego rodzajów, jednak jeden z najpopularniejszych otrzymuje się poprzez wypalenie mieszaniny zmielonych surowców zawierających wapień i glinokrzemiany w temperaturze 1450°C. W skał tej mieszaniny wchodzić mogą następujące składniki: 50-65% masy stanowić może alit, czyli krzemian trójwapniowy (3CaO·SiO2), około 20% to belit, czyli krzemian dwuwapniowy (2CaO·SiO2), około 10% stanowić może glinożelazian (III) tetrawapniowy, czyli związek tlenku wapnia, tlenku glinu i tlenku żelaza (III) (4CaO·Al2O3·Fe2O3), podobną wielkość stanowić może glinian trójwapniowy (3CaO·Al2O3), a całość mieszaniny dopełniać mogą inne składniki takie jak związki glinu, wapnia i magnezu.
Słońce składa się głównie z wodoru i helu, a inne pierwiastki stanowią zaledwie 1,33% jego składu. Źródło: shutterstock

Bibliografia

  1. Burrows A., Holman J., ParsonA., Pilling G., Price G. 2009. ; “Chemistry3: introducing inorganic, organic and physical chemistry. ”; Oxford University Press, Oxford.;
  2. Dickson A.G., Goyet C. (eds.). 1994. ; “Handbook of methods for the analysis of the various parameters of the carbon dioxide system in sea water. Version 2”; NOAA.;
  3. Dowgiałło J., Kleczkowski A.S., Macioszczyk T., Różkowski A. (red.). 2002. ; “Słownik hydrogeologiczny ”; Państwowy Instytut Geologiczny, Warszawa.;
  4. Garbacik A., Giergiczny Z. 2014 ; “Cementy specjalne – nowe kryteria klasyfikacji, wymagań i oceny zgodności. ”; Przegląd Budowlany 5: 28–30.;
  5. Giergiczny Z., Płocica S. 2012. ; “Norma PN-EN 197-1:2012 Cement – Część 1: Skład, wymagania i kryteria zgodności dotyczące cementów powszechnego użytku po nowelizacji. ”; Budownictwo, Technologie, Architektura 2 (58): 66–70.;
  6. Jorgensen A., Cleveland C. (eds.) 2010. ; “Encyclopedia of Earth. Some evidence shows the potential for fairly regular ratios of elements maintained across surface oceans in a phenomenon known as the Redfield Ratio. ”; National Council for Science and the Environment.;
Legenda. Pokaż objaśnienia oznaczeń i skrótów
Szukaj
Oceń stronę
Ocena: 5.0
Wybór wg alfabetu:
a b c ć d e f g h i j k l ł m n o q p r s ś t u v w x y z ż ź