ХІМІЧНА КОНЦЕНТРАЦІЯ: ЕКСПРЕСІЯ, ОДИНИЦІ, МОЛАЛІТНІСТЬ - ХІМІЯ - 2025

Хімічна концентрація є чисельної мірою відносної кількості розчиненої речовини в розчині. Це вимірювання виражає відношення розчинника до кількості або об'єму розчинника або розчину в одиницях концентрації. Термін "концентрація" пов'язаний з кількістю присутнього розчиненого речовини: розчин буде більш концентрованим, чим більше у ньому розчинених речовин.

Ці одиниці можуть бути фізичними, коли враховуються величини маси та / або об'єму компонентів розчину або хімікатів, коли концентрація розчиненого речовини виражається у вигляді його молей або еквівалентів, беручи до уваги число Авогадро.

Автор Лейем, з Вікісховища

Таким чином, за допомогою використання молекулярних чи атомних ваг та числа Авогадро можна перетворити фізичні одиниці в хімічні одиниці при вираженні концентрації даного розчиненого речовини. Тому всі одиниці можуть бути перетворені для одного рішення.

Розведені та концентровані розчини

Як ви можете визначити, чи є концентрація дуже розведеною чи концентрованою? На перший погляд проявом будь-яких його органолептичних чи хімічних властивостей; тобто ті, які сприймають органи чуття або які можна виміряти.

На верхньому зображенні показано розведення концентрації дихромату калію (K ₂ Cr ₂ O ₇ ), яке проявляє помаранчевий колір. Зліва направо ви бачите, як колір зменшується по інтенсивності, коли концентрація розбавляється, додаючи більше розчинника.

Таке розведення дозволяє отримати таким чином розведену концентрацію від концентрованої. Колір (та інші «приховані» властивості в його помаранчевому ядрі) змінюється так само, як і його концентрація, як з фізичними, так і з хімічними одиницями.

Але які хімічні одиниці концентрації? Серед них - молярність або молярна концентрація розчину, яка пов'язує молі розчиненого речовини за загальним об'ємом розчину в літрах.

Існує також моляльність або також називається концентрація моля, яка відноситься до молей розчиненого речовини, але які містяться в стандартизованій кількості розчинника або розчинника, що становить рівно один кілограм.

Цей розчинник може бути чистим, або якщо розчин містить більше одного розчинника, молярністю будуть молі розчиненого речовини на кілограм суміші розчинника.

І третя одиниця хімічної концентрації - це нормальність або нормальна концентрація розчину, яка виражає кількість хімічних еквівалентів розчиненого речовини на літр розчину.

Одиниця, в якій виражається нормальність, в еквівалентах на літр (екв / л), а в медицині концентрація електролітів у сироватці людини виражається в міліеквівалентів на літр (мЕкв / л).

Способи вираження зосередженості

Концентрацію розчину можна позначати трьома основними способами, хоча вони мають велику різноманітність термінів і одиниць, які можуть бути використані для вираження міри цього значення: якісний опис, кількісне позначення та класифікація за термінами розчинність.

Залежно від мови та контексту, на якому ви працюєте, буде обраний один із трьох способів виразити концентрацію суміші.

Якісний опис

Використовується переважно в неофіційній та нетехнічній мові, якісний опис концентрації суміші виражається у вигляді прикметників, які узагальнено вказують на рівень концентрації, який має розчин.

Таким чином, мінімальний рівень концентрації згідно з якісним описом - рівень "розведеного" розчину, а максимальний - "концентрований".

Ми говоримо про розведені розчини, коли розчин має дуже низьку частку розчиненого речовини як функцію від загального об'єму розчину. Якщо ви хочете розвести розчин, додайте більше розчинника або знайдіть спосіб зменшити розчин.

Тепер ми говоримо про концентровані розчини, коли вони мають високу частку розчиненого речовини як функцію від загального об'єму розчину. Щоб сконцентрувати розчин, додайте більше розчинника або зменшіть кількість розчинника.

У цьому сенсі цю класифікацію називають якісним описом не лише тому, що їй не вистачає математичних вимірювань, а через її емпіричну якість (її можна віднести до візуальних особливостей, запахів та смаків без необхідності наукових тестів).

Класифікація за розчинністю

Розчинність концентрації позначає максимальну ємність розчинника, який має розчин, залежно від таких умов, як температура, тиск та речовини, що розчиняються або суспендовані.

Розчини можна класифікувати на три типи за рівнем розчиненого розчиненого речовини на момент вимірювання: ненасичені, насичені та перенасичені розчини.

- Ненасичені розчини - це ті, які містять меншу кількість розчинника, ніж розчин може розчинити. При цьому розчин не досяг максимальної концентрації.

- Насичені розчини - це ті, у яких максимально можлива кількість розчиненого речовини була розчинена у розчиннику при певній температурі. У цьому випадку існує рівновага між обома речовинами, і розчин не може приймати більше розчинних речовин (оскільки він осадить).

- Перенасичені розчини мають більше розчинених речовин, ніж розчин приймав би в умовах рівноваги. Це досягається нагріванням насиченого розчину, додаванням більшої кількості розчинної речовини, ніж зазвичай. Коли буде холодно, він не осадить розчинник автоматично, але будь-які порушення можуть викликати цей ефект через його нестабільність.

Кількісне позначення

При дослідженні розчину, що підлягає використанню в технічній чи науковій галузі, потрібна точність, яка вимірюється та виражається в одиницях, які описують концентрацію відповідно до її точних значень маси та / або об’єму.

Ось чому існує низка одиниць, що використовуються для вираження концентрації розчину в його кількісних позначеннях, які поділяються на фізичні та хімічні та які, у свою чергу, мають свої підрозділи.

Одиницями фізичної концентрації є ті, що мають відносну концентрацію, які виражаються у відсотках. Існує три способи вираження процентних концентрацій: масові відсотки, об'ємні відсотки та масово-об'ємні відсотки.

Натомість одиниці хімічної концентрації ґрунтуються на мольних кількостях, грам еквівалентах, частках на мільйон та інших характеристиках розчинника щодо розчину.

Ці одиниці є найпоширенішими завдяки високій точності при вимірюванні концентрацій, і саме з цієї причини вони зазвичай є тими, про які ви хочете знати, працюючи з хімічними розчинами.

Одиниці концентрації

Як описано в попередніх розділах, коли кількісно характеризують концентрацію розчину, розрахунки повинні керуватися наявними одиницями для цієї мети.

Аналогічно, одиниці концентрації поділяються на відносні концентрації, розведені концентрації, такі на основі молей, і додаткові.

Одиниці відносної концентрації

Відносні концентрації - це виражені у відсотках, як зазначено у попередньому розділі. Ці одиниці поділяються на масово-масові, об'ємно-об'ємні та масово-об'ємні відсотки та обчислюються так:

-% маса = маса розчиненого речовини (г) / маса загального розчину (г) х 100

-% об'єм = об'єм розчиненого речовини (мл) / об'єм загального розчину (мл) х 100

-% маса / об'єм = маса розчиненого речовини (г) / об'єм загального розчину (мл) х 100

У цьому випадку для обчислення маси або об'єму загального розчину масу або об'єм розчиненого речовини необхідно додати до маси розчинника.

Одиниці розведеної концентрації

Одиницями розведеної концентрації є ті, які використовуються для вираження тих дуже малих концентрацій, які знаходяться у вигляді слідів всередині розведеного розчину; Найпоширенішим для цих блоків є пошук слідів одного газу, розчиненого в іншому, наприклад агентів, що забруднюють повітря.

Ці одиниці перераховані у вигляді частин на мільйон (ppm), частин на мільярд (ppb) та частин на трильйон (ppt), і виражаються так:

- ppm = 1 мг розчиненого / 1 л розчину

- ppb = 1 мкг розчиненого / 1 л розчину

- ppt = 1 нг розчиненого / 1 л розчину

У цих виразах мг дорівнює міліграм (0,001 г), мкг дорівнює мікрограм (0,000001 г), а нг - нанограмм (0,000000001 г). Ці одиниці можна також виразити у вигляді обсягу / обсягу.

Одиниці концентрації як функція молей

Одиницями концентрації на основі молей є одиниці мольної частки, мольного відсотка, молярності та молярності (останні два краще описані в кінці статті).

Мольна частка речовини - це частка всіх її складових молекул (або атомів) як функція від загальної кількості молекул або атомів. Він розраховується так:

X _A = кількість молей речовини A / загальна кількість молей у розчині

Цю процедуру повторюють для інших речовин у розчині, враховуючи, що сума X _A + X _B + X _C … повинна дорівнювати одиниці.

Мольний відсоток обробляється аналогічно до X _A , лише у відсотках:

Молярний відсоток A = X _A x 100%

В заключному розділі буде детально обговорено молярність і молальність.

Формальність і нормальність

Нарешті, є дві одиниці концентрації, які наразі не вживаються: формальність та нормальність.

Формальність розчину являє собою кількість вагових формул-грам на літр загального розчину. Він виражається як:

F = Ні. PFG / L розчин

У цьому виразі PFG дорівнює вазі кожного атома речовини, вираженому в грамах.

Натомість, нормальність представляє кількість еквівалентів розчинних речовин, розділене на літри розчину, як виражено нижче:

N = еквівалентний грам розчиненого / л розчину

У зазначеному вираженні еквівалентні грами розчиненого речовини можуть бути обчислені за кількістю молей Н ⁺ , ОН ^- або іншими методами, залежно від типу молекули.

Молярність

Молярність або молярна концентрація розчиненого речовини - це одиниця хімічної концентрації, яка виражає або пов'язує молі розчиненого речовини (n), що містяться в одному (1) літрі (L) розчину.

Молярність позначається великою літерою M, а для визначення молей розчиненого речовини (n) грам розчиненого речовини (g) ділиться на молекулярну масу (МВт) розчиненого речовини.

Аналогічно, молекулярна маса МВт розчиненого речовини виходить із суми атомних ваг (ПА) або атомної маси хімічних елементів, враховуючи пропорцію, в якій вони поєднуються, утворюючи розчинний розчин. Таким чином, різні розчинники мають свій ПМ (хоча це не завжди так).

Ці визначення узагальнені у наступних формулах, які використовуються для виконання відповідних обчислень:

Молярність: M = n (молі розчиненої речовини) / V (літр розчину)

Кількість молей: n = г розчиненого речовини / МВт розчиненого речовини

Вправа 1

Обчисліть молярність розчину, який готують з 45 г Ca (OH) _2, розчиненого в 250 мл води.

Перше, що слід обчислити - це молекулярна маса Са (ОН) ₂ (гідроксид кальцію). За хімічною формулою сполука складається з катіона кальцію та двох гідроксильних аніонів. Тут маса електрона менша або додаткова до виду незначна, тому атомні ваги приймаються:

Джерело: Габріель Болівар

Кількість молей розчиненого речовини буде:

n = 45 г / (74 г / моль)

n = 0,61 моля Ca (OH) ₂

Отримано 0,61 молей розчиненого речовини, але важливо пам’ятати, що ці молі лежать розчиненими у 250 мл розчину. Оскільки визначення молярності є молями в літрі або 1000 мл, то для розрахунку молей, що знаходяться в 1000 мл зазначеного розчину, слід скласти просте правило трьох.

Якщо в 250 мл розчину є => 0,61 моль розчиненого речовини

В 1000 мл розчину => x Скільки молей є?

х = (0,61 моль) (1000 мл) / 250 мл

X = 2,44 М (моль / л)

Інший спосіб

Інший спосіб отримати родимки для застосування формули вимагає, щоб 250 мл розводили в літри, також застосовуючи правило три:

Якщо 1000 мл => - 1 л

250 мл => х Скільки літрів?

x = (250 мл) (1 л) / 1000 мл

х = 0,25 л

Замінивши тоді формулою молярності:

M = (0,61 моль розчиненого) / (0,25 л розчину)

M = 2,44 моль / л

Вправа 2

Що означає для розчину HCl 2,5 М?

Розчин HCl становить 2,5 моль, тобто в одному літрі його розчинено 2,5 моль соляної кислоти.

Нормальний

Нормальність або еквівалентна концентрація - це одиниця хімічної концентрації розчинів, яка позначається з великої літери Н. Ця одиниця концентрації вказує на реакційну здатність розчиненого речовини і дорівнює кількості еквівалентів розчиненого речовини (Eq), поділеному на об'єм розчину, виражений у літрах.

N = екв / л

Кількість еквівалентів (Eq) дорівнює грамам розчинного речовини, поділеному на еквівалентну масу (PEq).

Eq = g солют / PEq

Еквівалентну вагу, або також відомий як грамовий еквівалент, обчислюють, отримуючи молекулярну масу розчиненого речовини і ділить його на еквівалентний коефіцієнт, який для цілей узагальнення в рівнянні називається дельта-дета (ΔZ).

PEq = PM / ΔZ

Розрахунок

Розрахунок нормальності матиме дуже специфічне коливання еквівалентного коефіцієнта або ΔZ, що також залежить від типу хімічної реакції, в якій бере участь розчинний чи реакційноздатний вид. Деякі випадки цього варіанту можна згадати нижче:

-Коли це кислота або основа, ΔZ або еквівалентний коефіцієнт, буде дорівнює кількості іонів водню (H ⁺ ) або гідроксилу ОН ^- у розчиненого речовини. Наприклад, сірчана кислота (H ₂ SO ₄ ) має два еквіваленти, оскільки вона має два кислих протони.

-Коли мова йде про реакції відновлення окислення, ΔZ відповідатиме кількості електронів, що беруть участь у процесі окислення чи відновлення, залежно від конкретного випадку. Тут вступають у відповідність балансування хімічних рівнянь та специфікація реакції.

-Также цей еквівалентний коефіцієнт або ΔZ буде відповідати кількості іонів, які осаджуються в реакціях, віднесених до опадів.

Вправа 1

Визначте нормальність 185 г Na ₂ SO _4, знайденого в 1,3 л розчину.

Спочатку буде розрахована молекулярна маса розчиненого речовини в цьому розчині:

Джерело: Габріель Болівар

Другий крок - обчислення еквівалентного коефіцієнта або ΔZ. У цьому випадку, оскільки сульфат натрію є сіллю, ^{вважатиметься} валентність або заряд катіона або металу Na ⁺ , який буде помножений на 2, що є підписним складом хімічної формули солі або розчинника:

Na ₂ SO ₄ => ∆Z = Катіон Валенсії x Підпис

∆Z = 1 x 2

Для отримання еквівалентної ваги її заміщують у відповідному рівнянні:

PEq = (142,039 г / моль) / (2 екв. / Моль)

PEq = 71,02 г / екв

І тоді можна приступати до обчислення кількості еквівалентів, знову вдаючись до іншого простого обчислення:

Eq = (185 г) / (71,02 г / екв.)

Кількість еквівалентів = 2.605 екв

Нарешті, з усіма необхідними даними тепер нормальність обчислюється заміною відповідно до її визначення:

N = 2.605 екв. / 1.3 л

N = 2,0 N

Моляльність

Молалітність позначається малою літерою m і дорівнює молям розчиненого речовини, які присутні в одному (1) кілограмі розчинника. Він також відомий як концентрація моляля і розраховується за такою формулою:

m = молі розчинника / кг розчинника

Хоча Molarity встановлює співвідношення молей розчиненого речовини, що містяться в одному (1) літрі розчину, молалітність стосується молей розчиненого речовини, які існують в одному (1) кілограмі розчинника.

У тих випадках, коли розчин готують з більш ніж одним розчинником, молалітність буде виражати однакові молі розчинника на кілограм суміші розчинника.

Вправа 1

Визначте молярність розчину, який готували шляхом змішування 150 г сахарози (C ₁₂ H ₂₂ 0 ₁₁ ) з 300 г води.

Спочатку визначають молекулярну масу сахарози, щоб приступити до обчислення молей розчиненого речовини в цьому розчині:

Джерело: Габріель Болівар

Розраховується кількість молей сахарози:

n = (150 г сахарози) / (342,109 г / моль)

n = 0,438 молей сахарози

Потім грами розчинника перетворюються на кілограми, щоб застосувати остаточну формулу.

Заміна тоді:

м = 0,438 молей сахарози / 0,3 кілограма води

m = 1,46 моль C ₁₂ H ₂₂ 0 ₁₁ / Kg H ₂ O

Незважаючи на те, що зараз ведуться дискусії щодо остаточного вираження молочності, цей результат також може бути виражений як:

1,26 м C ₁₂ H ₂₂ 0 ₁₁ або 1,26 моля

Іноді вважається вигідним виражати концентрацію розчину у вигляді молалітності, оскільки маси розчиненого речовини та розчинника не зазнають незначних коливань чи непрозорих змін через вплив температури чи тиску; як це відбувається в розчинах з газоподібним розчином.

Крім того, вказується, що ця одиниця концентрації, що відноситься до конкретного розчиненого речовини, не змінюється наявністю інших розчинених речовин у розчині.

Рекомендації та важливі примітки щодо хімічної концентрації

Об'єм розчину завжди більше, ніж об'єм розчинника

По мірі вирішення вправ з рішенням виникає помилка інтерпретації об'єму розчину так, як ніби він є розчинником. Наприклад, якщо один грам шоколаду в порошку розчинений в одному літрі води, об'єм розчину не дорівнює об'єму одного літра води.

Чому ні? Тому що розчинний розчин завжди буде займати простір між молекулами розчинника. Коли розчинник має високу спорідненість до розчиненого речовини, зміна об'єму після розчинення може бути незначною або незначною.

Але, якщо ні, і тим більше, якщо кількість розчиненого речовини велике, зміна об’єму необхідно враховувати. Таким чином: Vsolvent + Vsolute = Vsolution. Тільки в розведених розчинах або там, де кількість розчинного речовини невелика, справедливо Vsolvent = Розчинення.

Цю помилку слід пам’ятати, особливо при роботі з рідкими розчинниками. Наприклад, якщо замість розчинення шоколадної пудри мед розчинити в спирті, то обсяг доданого меду помітно вплине на загальний об'єм розчину.

Тому в цих випадках об'єм розчинника повинен бути доданий до обсягу розчинника.

Корисність молярності

-Пізнання молярності концентрованого розчину дозволяє проводити розрахунки розведення за допомогою простої формули M1V1 = M2V2, де M1 відповідає початковій молярності розчину, а M2 - молярності розчину, який готується з розчину з М1.

-Знаючи молярність розчину, його нормальність легко обчислити за такою формулою: нормальність = кількість еквівалентних х M

Формули не запам’ятовуються, але одиниці або визначення є

Однак іноді пам'ять виходить з ладу при спробі запам'ятати всі рівняння, що стосуються обчислень концентрації. Для цього дуже корисно мати дуже чітке визначення кожного поняття.

Починаючи з визначення, одиниці записуються, використовуючи коефіцієнти перетворення, щоб виразити ті, які відповідають тому, що має бути визначено.

Наприклад, якщо у вас є молочність і ви хочете перетворити її на звичайну, дійте так:

(моль / кг розчинника) х (кг / 1000 г) (г розчинник / мл) (мл розчинника / мл розчину) (1000 мл / л) (екв / моль)

Зауважимо, що (г розчинника / мл) - це щільність розчинника. Термін (мл розчинника / мл розчину) означає, який об'єм розчину насправді відповідає розчиннику. У багатьох вправах цей останній термін дорівнює 1 з практичних причин, хоча він ніколи не буває абсолютно правдивим.

Список літератури

1. Вступна хімія - 1- ^е канадське видання. Кількісні одиниці концентрації. Розділ 11 Рішення. Взято з: opentextbc.ca
2. Вікіпедія. (2018). Еквівалентна концентрація. Взято з: en.wikipedia.org
3. PharmaFactz. (2018). Що таке молярність? Взято з: pharmafactz.com
4. Віттен, Девіс, Пек і Стенлі. Хімія. (8-е видання). CENGAGE Навчання, стор 101-103, 512, 513.
5. Водні розчини-молярність. Взято з: chem.ucla.edu
6. Quimicas.net (2018). Приклади нормальності. Відновлено з: quimicas.net.