Химичната концентрация е мярка, която описва количеството разтворено вещество, присъстващо в разтвор, спрямо разтворителя. Това е важна информация за различни приложения в химията, биологията, фармацията и други области. В този контекст, единиците за концентрация и молалността са изрази, които ни помагат да определим точно количеството разтворено вещество в дадено количество разтворител. В този текст ще разгледаме тези понятия и ще обсъдим техните практически приложения.
Каква единица се използва за представяне на молалност в химични разтвори?
В химията молалността е мярка за концентрацията на разтвор спрямо количеството наличен разтворител. Единицата, използвана за представяне на молалността в химичните разтвори, е мол/кгТова означава, че молалността се изразява в молекули на разтвореното вещество чрез килограма на разтворителя. Важно е да се подчертае, че молалността е различна от моларност, което се изразява в mol / L и отчита обема на разтвора в литри.
Как да измерим концентрацията на вещества: намерете правилната мерна единица.
За да се измери концентрацията на вещества в разтвор, е необходимо да се използва правилната мерна единица. Химичната концентрация се изразява по различни начини, като например моларност, молалност, масов процент и други. Всеки от тези изрази има специфична единица, която трябва да се използва, за да се гарантират точни изчисления.
Една от най-разпространените мерни единици е моларност, което се представя в mol/L (мол на литър). Тази единица показва количеството разтворено вещество, присъстващо в 1 литър разтвор. молалност се представя в mol/kg (mol на килограм) и показва количеството разтворено вещество в 1 килограм разтворител.
Друг начин за изразяване на концентрация е чрез масов процент, което показва количеството разтворено вещество спрямо общата маса на разтвора. Тази единица е представена в % m/m (процент маса/маса) и се изчислява чрез разделяне на масата на разтвореното вещество на общата маса на разтвора, умножено по 100.
Следователно, когато измервате концентрацията на вещества в разтвор, е важно да знаете правилната мерна единица, която да използвате, независимо дали е моларност, молалност, масов процент или друга специфична единица. Използването на правилната единица позволява точни изчисления и надеждни резултати.
Различни начини за представяне на концентрацията на разтвор.
Когато работим с химични разтвори, е изключително важно да знаем как да изразим концентрацията на дадено вещество. Има няколко начина да направим това, в зависимост от ситуацията и информацията, която искаме да съобщим.
Един от най-често срещаните начини за представяне на концентрацията на разтвор е чрез моларностМоларността се определя като количеството разтворено вещество, присъстващо в един литър разтвор. Изразява се в mol/L и се използва широко в лабораториите и химическата промишленост.
Друг начин за изразяване на концентрацията на разтвор е чрез молалностМоларността се определя като количеството разтворено вещество, присъстващо в един килограм разтворител. Тя се изразява в mol/kg и е полезна в ситуации, когато температурата на разтвора може да варира.
В допълнение към моларността и молалността, можем да използваме и масов процент за представяне на концентрацията на разтвор. Масовият процент се изчислява чрез съотношението на масата на разтвореното вещество към общата маса на разтвора, умножено по 100.
Важно е да сте запознати с тези различни начини за изразяване на концентрацията на разтвор, тъй като всеки от тях е полезен в специфични ситуации. Познаването на това как да изберете най-доброто представяне може да улесни изчисленията и да осигури по-точни резултати при химични експерименти.
Значение на молалността: мярка за концентрацията на разтвор в молове разтворено вещество на килограм разтворител.
Терминът молалност се използва в химията, за да представи концентрацията на разтвор, изчислена като броя молове разтворено вещество на килограм разтворител. С други думи, молалността показва количеството разтворено вещество, присъстващо в разтвора, спрямо количеството разтворител.
За да определите молалността на разтвор, просто разделете броя на моловете разтворено вещество на теглото на разтворителя в килограми. Единицата за измерване на молалността е mol/kg.
Важно е да се отбележи, че молалността се различава от моларността, която представлява концентрацията в молове разтворено вещество на литър разтвор. Докато моларността отчита общия обем на разтвора, молалността се фокусира върху масата на разтворителя.
Това е основен инструмент за различни изчисления и анализи в химията.
Химична концентрация: Изразяване, Единици, Молалност
A химическа концентрация е числената мярка за относителното количество разтворено вещество в разтвор. Това измерване изразява съотношението на разтвореното вещество към дадено количество или обем разтворител или разтвор в единици концентрация. Терминът "концентрация" е свързан с количеството налично разтворено вещество: разтворът ще бъде по-концентриран, колкото повече разтворено вещество съдържа.
Тези единици могат да бъдат физически, когато се разглеждат величините на масата и/или обема на компонентите на разтвора или химичните продукти, когато концентрацията на разтвореното вещество се изразява в молове или еквивалент, позовавайки се на числото на Авогадро.
По този начин, чрез използване на молекулни или атомни тегла и числото на Авогадро, е възможно да се преобразуват физични единици в химични единици, когато се изразява концентрацията на дадено разтворено вещество. Следователно, всички единици могат да бъдат преобразувани за един и същ разтвор.
Разредени и концентрирани разтвори
Как можете да разберете дали дадена концентрация е твърде разредена или концентрирана? На пръв поглед, по проявата на някое от нейните органолептични или химични свойства; тоест тези, които могат да бъдат възприети чрез сетивата или измерени.
Разреждане на концентрация на калиев дихромат (K 2 Cr 2 O 7 ) е показано на изображението по-горе, което е в оранжев цвят. Отляво надясно можете да видите как интензитетът на цвета намалява с разреждането на концентрацията чрез добавяне на повече разтворител.
Това разреждане позволява да се получи разредена концентрация от концентрат. Цветът (и други свойства, „скрити“ в оранжевия му гръден кош) се променят по същия начин като концентрацията му, с физични или химични единици.
Но кои са химичните единици за концентрация? Сред тях е моларността или моларната концентрация на разтвор, която свързва моловете разтворено вещество с общия обем на разтвора в литри.
Съществува и молалност или известна още като молална концентрация, която се отнася до моловете разтворено вещество, но които се съдържат в стандартизирано количество разтворител или разтворител, което е точно един килограм.
Този разтворител може да бъде чист или, ако разтворът съдържа повече от един разтворител, молалността ще бъде броят молове разтворено вещество на килограм от сместа от разтворители.
И третата единица за химическа концентрация е нормалността или нормалната концентрация на разтвор, която изразява броя на химичните еквиваленти на разтвореното вещество на литър от разтвора.
Единицата, в която се изразява нормалността, е в еквиваленти на литър (Eq/L), а в медицината концентрацията на електролити в човешкия серум се изразява в милиеквиваленти на литър (mEq/L).
Начини за изразяване на концентрация
Концентрацията на разтвор може да бъде посочена по три основни начина, въпреки че има голямо разнообразие от термини и единици, които могат да се използват за изразяване на измерването на тази стойност: качествено описание, количествено обозначение и класификация по отношение на разтворимостта.
В зависимост от езика и контекста, в който работите, ще бъде избран един от три начина за изразяване на концентрацията на смес.
Качествено описание
Използвано предимно в неформален, нетехнически език, качественото описание на концентрацията на смес се изразява под формата на прилагателни, които обикновено показват нивото на концентрация, което даден разтвор притежава.
Следователно, минималното ниво на концентрация според качественото описание е това на „разреден“ разтвор, а максималното е това на „концентрат“.
Разредени разтвори се наричат, когато даден разтвор има много ниско съотношение на разтворените вещества, в зависимост от общия обем на разтвора. За да разредите разтвор, добавете по-голямо количество разтворител или намерете начин за намаляване на разтвореното вещество.
Сега говорим за концентрирани разтвори, когато те имат висок дял на разтворено вещество, в зависимост от общия обем на разтвора. За да концентрирате разтвор, трябва да добавите повече разтворено вещество или да намалите количеството на разтворителя.
В този смисъл тази класификация се нарича качествено описание, не само защото ѝ липсват математически измервания, но и поради емпиричното ѝ качество (тя може да бъде приписана на визуални характеристики, миризми и вкусове, без да са необходими научни доказателства).
Класификация на разтворимостта
Разтворимостта на дадена концентрация показва максималния капацитет на разтворените вещества, който разтворът има, в зависимост от условия като температура, налягане и разтворени или суспендирани вещества.
Разтворите могат да бъдат класифицирани в три вида, според нивото на разтвореното вещество в момента на измерване: ненаситени, наситени и пренаситени разтвори.
– Ненаситените разтвори са тези, които съдържат по-малко количество разтворено вещество, отколкото разтворът може да разтвори. В този случай разтворът не е достигнал максималната си концентрация.
– Наситените разтвори са тези, в които максимално възможното количество разтворено вещество е разтворено в разтворителя при определена температура. В този случай има равновесие между двете вещества и разтворът не може да приема повече разтворено вещество (тъй като то ще се утаи).
Пренаситените разтвори съдържат повече разтворено вещество, отколкото разтворът би поел при равновесни условия. Това се постига чрез нагряване на наситен разтвор, като се добавя повече разтворено вещество от нормалното. След охлаждане, разтвореното вещество не се утаява автоматично, но всяко смущение може да причини този ефект поради неговата нестабилност.
Количествена нотация
При изучаване на разтвор, който ще се използва в техническата или научната област, е необходима прецизност, измерена и изразена в единици, които описват концентрацията според нейните точни стойности на масата и/или обема.
Ето защо има няколко единици, използвани за изразяване на концентрацията на разтвор в неговата количествена нотация, които се разделят на физични и химични и които от своя страна имат свои собствени подразделения.
Единиците за физическа концентрация са „относителна концентрация“, която се изразява като процент. Има три начина за изразяване на процентни концентрации: масови проценти, обемни проценти и масово-обемни проценти.
Вместо това, единиците за химични концентрации се основават на моларни количества, еквиваленти на грам, части на милион и други характеристики на разтвореното вещество спрямо разтвора.
Тези мерни единици са най-разпространени поради високата им точност при измерване на концентрации, поради което те обикновено са тези, които искате да знаете, когато работите с химични разтвори.
Единици за концентрация
Както е описано в предишните раздели, при количествено характеризиране на концентрацията на разтвор, изчисленията трябва да се ръководят от съществуващите за тази цел мерни единици.
По подобен начин, единиците за концентрация се разделят на единици за относителна концентрация, единици за разредена концентрация, единици, базирани на молове, и единици за добавяне.
Единици за относителна концентрация
Относителните концентрации са тези, изразени в проценти, както е посочено в предишния раздел. Тези единици се разделят на масов процент, обемен процент и обем и се изчисляват, както следва:
-% маса = маса на разтвореното вещество (g) / обща маса на разтвореното вещество (g) x 100
-% обем = обем на разтвореното вещество (ml) / общ обем на разтвора (ml) x 100
-% маса / обем = маса на разтвореното вещество (g) / общ обем на разтвора (ml) x 100
В този случай, за да се изчисли масата или обемът на общия разтвор, масата или обемът на разтвореното вещество трябва да се добавят към тези на разтворителя.
Единици за разредена концентрация
Единиците за концентрация в разреден разтвор са тези, използвани за изразяване на много малки концентрации, които са под формата на следи в разреден разтвор; Най-честото приложение на тези единици е за намиране на следи от един газ, разтворен в друг, като например агенти, които замърсяват въздуха.
Тези единици са посочени под формата на части на милион (ppm), части на милиард (ppb) и части на трилион (ppt) и се изразяват, както следва:
– ppm = 1 mg разтворено вещество / 1 L разтвор
– ppb = 1 μg разтворено вещество / 1 L разтвор
– ppt = 1 ng разтворено вещество / 1 L разтвор
В тези изрази mg е равно на милиграми (0,001 g), μg е равно на микрограми (0,000001 g), а ng е равно на нанограми (0,000000001 g). Тези единици могат да бъдат изразени и като обем/обем.
Единици за концентрация според моловете
Молните единици за концентрация са молна фракция, молен процент, моларност и молалност (последните две са по-добре описани в края на статията).
Молната част на дадено вещество е делът на всички негови съставни молекули (или атоми) като функция от общия брой молекули или атоми. Тя се изчислява, както следва:
X A = брой молове вещество А / общ брой молове в разтвора
Тази процедура се повтаря за останалите вещества в разтвора, като се има предвид, че сумата от X A + X B + X C ... трябва да е равно на единица.
Молният процент работи подобно на X A , само като функция на процента:
Молният процент на A = X A х 100%
В последния раздел ще обсъдим подробно моларността и молалността.
Формалност и нормалност
И накрая, има две единици за концентрация, които в момента не се използват: формалност и нормалност.
Формалността на разтвора представлява броят грамове формулно тегло на литър от общия разтвор. Тя се изразява като:
F = № PFG/L разтвор
В този израз, PFG е равно на теглото на всеки атом от веществото, изразено в грамове.
Вместо това, нормалността представлява броят на еквивалентите на разтворените вещества, разделен на литрите разтвор, както е изразено по-долу:
N = грамове еквиваленти на разтвореното вещество / л разтвор
В горния израз еквивалентните грамове разтворено вещество могат да бъдат изчислени чрез броя на моловете H + , О - или други методи, в зависимост от вида на молекулата.
Моларност
Моларността или моларната концентрация на разтвореното вещество е единицата за химическа концентрация, която изразява или се отнася до моловете разтворено вещество (n), съдържащи се в един (1) литър (L) от разтвора.
Моларността се обозначава с главната буква M и за да се определят моловете разтворено вещество (n), грамовете разтворено вещество (g) се разделят на молекулното тегло (MW) на разтвореното вещество.
По подобен начин, молекулното тегло (MW) на разтвореното вещество се получава от сумата на атомните тегла (AW) или атомната маса на химичните елементи, като се отчита съотношението, в което те се комбинират, за да образуват разтвореното вещество. По този начин, различните разтворени вещества имат свои собствени MW (въпреки че това не винаги е така).
Тези дефиниции са обобщени в следните формули, използвани за извършване на съответните изчисления:
Моларност: M = n (молове разтворено вещество) / V (литър разтвор)
Брой молове: n = g разтворено вещество / MW разтворено вещество
Упражнение 1
Изчислете моларността на разтвор, приготвен с 45 g Ca(OH)₂ 2 разтворен в 250 мл вода.
Първото нещо, което трябва да се изчисли, е молекулното тегло на Ca(OH)₂ 2 (калциев хидроксид). Според химичната си формула, съединението се състои от калциев катион и два хидроксилни аниона. Тук теглото на по-малък или допълнителен електрон към вида е незначително, така че атомните тегла се изчисляват:
Броят на моловете разтворено вещество тогава ще бъде:
n = 45 г / (74 г / мол)
n = 0,61 мола Ca(OH)₂ 2
Получават се 0,61 мола разтворено вещество, но е важно да се запомни, че тези молове се разтварят в 250 мл разтвор. Тъй като определението за моларност е молове в литър или 1000 mL, трябва да се използва просто правило от три, за да се изчислят моловете, които се намират в 1000 mL от въпросния разтвор.
Ако в 250 mL разтвор има => 0,61 mol разтворено вещество
В 1000 mL разтвор => x Колко мола има?
х = (0,61 mol) (1000 mL) / 250 mL
X = 2,44 M (mol/L)
Друг начин
Другият начин да се накарат бенките да приложат формулата изисква 250 мл да се превърнат в литри, като се приложи и правилото на трите:
Ако 1000 мл => е 1 литър
250 мл => x Колко литра са това?
x = (250 мл) (1 л) / 1000 мл
x = 0,25 л
След това заместваме във формулата за моларност:
M = (0,61 mol разтворено вещество) / (0,25 L разтвор)
M = 2,44 mol/L
Упражнение 2
Какво означава, че разтвор на HCl е 2,5 M?
Разтворът на HCl е 2,5 мола, т.е. в един литър са разтворени 2,5 мола солна киселина.
Нормалност
Нормалност или еквивалентна концентрация е единицата за химическа концентрация на разтвори, обозначена с главната буква N. Тази единица за концентрация показва реактивността на разтвореното вещество и е равна на броя еквиваленти на разтвореното вещество (екв.) в обема на разтвора, изразен в литри.
N = екв / L
Броят на еквивалентите (Eq) е равен на грамовете разтворено вещество в еквивалентното тегло (PEq).
Уравнение = g разтворено вещество / PEq
Еквивалентното тегло, или известно още като грам еквивалент, се изчислява чрез получаване на молекулното тегло на разтвореното вещество и разделянето му на еквивалентен коефициент, който за целите на обобщаването в уравнението се нарича делта зета (ΔZ).
PEq = PM / ΔZ
изчисление
Изчисляването на нормалността ще има много специфична вариация в еквивалентния фактор, или ΔZ, която също зависи от вида на химичната реакция, в която участва разтвореното вещество или реактивният вид. Някои примери за тази вариация могат да бъдат посочени по-долу:
-Когато е киселина или основа, ΔZ или еквивалентният коефициент ще бъде равен на броя на водородните йони (H + ) или оксидрил OH - че разтвореното вещество има. Например, сярна киселина (H 2 SO 4 ) има два еквивалента, защото има два киселинни протона.
-Що се отнася до оксидно-редукционните реакции, ΔZ съответства на броя на електроните, участващи в процеса на окисление или редукция, в зависимост от конкретния случай. Тук е необходимо балансиране на химичните уравнения и спецификациите на реакцията.
-Освен това, този еквивалентен фактор или ΔZ ще съответства на броя на йоните, които се утаяват в реакции, класифицирани като утаяване.
Упражнение 1
Определете нормалността на 185 g Na 2 SO 4 намерено в 1,3 л разтвор.
Молекулното тегло на разтвореното вещество в този разтвор ще бъде изчислено първо:
Втората стъпка е да се изчисли еквивалентният коефициент или ΔZ. В този случай, тъй като натриевият сулфат е сол, ще се вземе предвид валентността или зарядът на катиона или метала Na. + , което ще бъде умножено по 2, което е долният индекс на химичната формула на солта или разтвореното вещество:
Na 2 SO 4 => ∆Z = Валентност на катион x долен индекс
∆Z = 1 x 2
За да се получи еквивалентното тегло, се замества съответното уравнение:
PEq = (142.039 g/mol)/(2 Eq/mol)
PEq = 71,02 g / Eq
И след това можете да продължите с изчисляването на броя на еквивалентите, отново използвайки друго просто изчисление:
Уравнение = (185 г) / (71,02 г / уравнение)
Брой еквиваленти = 2.605 екв.
Накрая, с всички необходими данни, нормалността се изчислява чрез заместване според определението ѝ:
N = 2,605 еквивалента / 1,3 л
N = 2,0 N
Молалност
Молалността се обозначава с малка буква m и е равна на моловете разтворено вещество, присъстващи в един (1) килограм разтворител. Известна е още като молална концентрация и се изчислява по следната формула:
m = молове разтворено вещество / kg разтворител
Докато моларността определя дела на моловете разтворено вещество, съдържащи се в един (1) литър разтвор, молалността се отнася до моловете разтворено вещество, които се намират в един (1) килограм разтворител.
В случаите, когато разтворът се приготвя с повече от един разтворител, молалността изразява същите молове разтворено вещество на килограм от сместа от разтворители.
Упражнение 1
Определете молалността на разтвор, приготвен чрез смесване на 150 g захароза (C 12 H 22 0 11 ) с 300 г вода.
Молекулното тегло на захарозата първо се определя, за да се изчислят моловете на разтвореното вещество в този разтвор:
Броят на моловете захароза се изчислява:
n = (150 г захароза) / (342.109 г/мол)
n = 0,438 мола захароза
След това грамовете разтворител се преобразуват в килограми, за да се приложи крайната формула.
След това се заменя:
m = 0,438 мола захароза / 0,3 кг вода
m = 1,46 mol C 12 H 22 0 11 / кг H 2 O
Въпреки че в момента има дебат относно крайния израз на молалността, този резултат може да се изрази и като:
1,26 м°C 12 H 22 0 11 или 1,26 молала
Понякога се счита за предимство концентрацията на разтвор да се изразява чрез молалност, тъй като масите на разтвореното вещество и разтворителя не претърпяват малки колебания или непрозрачни промени поради въздействието на температурата или налягането, както е при разтвори с газообразно разтворено вещество.
Освен това, обърнете внимание, че тази единица концентрация, отнасяща се до специфично разтворено вещество, не се променя от наличието на други разтворени вещества в разтвора.
Препоръки и важни бележки относно концентрацията на химикали
Обемът на разтвора винаги е по-голям от този на разтворителя
При решаването на задачи с решения възниква грешката при интерпретиране на обема на разтвора, сякаш е самият разтворител. Например, ако един грам какао на прах се разтвори в един литър вода, обемът на разтвора не е равен на този на един литър вода.
Защо не? Защото разтвореното вещество винаги ще заема пространство между молекулите на разтворителя. Когато разтворителят има силен афинитет към разтвореното вещество, промяната в обема след разтваряне може да бъде незначителна или незначителна.
Но ако не, и още повече, ако количеството на разтвореното вещество е голямо, трябва да се вземе предвид промяната в обема. Следователно: Vразтв. + Vразтв. = Vразтв. Само в разредени разтвори или в такива, където количествата на разтвореното вещество са малки, е валидно Vразтв. = Vразтв.
Тази грешка трябва да се има предвид, особено когато се работи с течни разтворени вещества. Например, ако вместо да се разтваря какао на прах, медът се разтваря в алкохол, обемът на добавения мед ще окаже значително влияние върху общия обем на разтвора.
Следователно, в тези случаи обемът на разтвореното вещество трябва да се добави към обема на разтворителя.
Полезност на моларността
– Познаването на моларността на концентриран разтвор позволява извършването на изчисления за разреждане, използвайки простата формула M1V1 = M2V2, където M1 съответства на началната моларност на разтвора, а M2 – на моларността на разтвора, който ще се приготви от разтвора с M1.
– Познавайки моларността на разтвора, можете лесно да изчислите неговата нормалност, използвайки следната формула: Нормалност = брой еквиваленти x M
Формулите не се запомнят, но се запомнят мерни единици или определения.
Въпреки това, паметта понякога се проваля, когато искате да запомните всички съответни уравнения за изчисляване на концентрацията. За да направите това, е много полезно да имате много ясно определение на всяко понятие.
Според дефиницията, единиците се записват с помощта на коефициенти на преобразуване да изразите тези, които съответстват на това, което искате да определите.
Например, ако имате молалност и искате да я преобразувате в нормална, направете следното:
(mol/kg разтворител) x (kg/1000g) (g разтворител/mL) (mL разтворител/mL разтвор) (1000mL/L) (екв./mol)
Обърнете внимание, че (g разтворител/mL) е плътността на разтворителя. Терминът (mL разтворител/mL разтвор) се отнася до това каква част от обема на разтвора действително съответства на разтворителя. В много упражнения, последният член е равен на 1, по практически причини, въпреки че това никога не е напълно вярно.
Позоваването
- Уводна химия - 1 st Канадско издание. Количествени единици за концентрация. Глава 11. Разтвори. Взето от: opentextbc.ca
- Уикипедия (2018). Еквивалентна концентрация. Взето от: en.wikipedia.org
- PharmaFactz (2018). Какво е моларност? Взето от: pharmafactz.com
- Уитън, Дейвис, Пек и Стенли. Химия (8-мо издание). CENGAGE Learning, стр. 101-103, 512, 513.
- Водни разтвори - моларност. Взето от: chem.ucla.edu
- Quimicas.net (2018). Примери за нормалност. Взето от: quimicas.net.