Способи хімічної концентрації для його вираження, одиниці, молярність і молярність

The хімічна концентрація є числовим показником відносної кількості розчиненої речовини в розчині. Цей захід виражає відношення розчиненої речовини по відношенню до кількості або обсягу розчинника або розчину в одиницях концентрації. Термін "концентрація" пов'язаний з кількістю присутнього розчиненої речовини: розчин буде більш концентрованим, тоді як більше розчиненої речовини.

Ці агрегати можуть бути фізичними, коли величини маси та / або обсягу компонентів розчину або хімічних речовин враховуються, коли концентрація розчиненої речовини виражається в його молях або еквівалентах, приймаючи за посиланням число Авогадро.

Таким чином, завдяки використанню молекулярних або атомних ваг, а також кількості Авогадро, можна перетворити фізичні одиниці в хімічні при вираженні концентрації певного розчиненої речовини. Тому всі одиниці можуть бути перетворені для одного і того ж рішення.

Індекс

• 1 Розчини розбавляють і концентрують
• 2 Способи вираження концентрації
  • 2.1 Якісний опис
  • 2.2 Класифікація по розчинності
  • 2.3 Кількісні позначення
• 3 одиниці концентрації
  • 3.1 Одиниці відносної концентрації
  • 3.2 Одиниці розбавленої концентрації
  • 3.3 Концентраційні установки на основі молей
  • 3.4 Формальність і нормальність
• 4 Молярність
  • 4.1 Вправа 1
  • 4.2 Вправа 2
• 5 Нормальність
  • 5.1 Розрахунок
  • 5.2 Вправа 1
• 6 Молярність
  • 6.1 Вправа 1
• 7 Рекомендації та важливі примітки щодо концентрації хімічних речовин
  • 7.1 Об'єм розчину завжди більший, ніж розчинник
  • 7.2 Корисність молярності
  • 7.3 Формули не запам'ятовуються, але одиниці або визначення є
• 8 Посилання 

Розчини розбавляють і концентрують

Як можна помітити, якщо концентрація дуже розбавлена ​​або сконцентрована? На перший погляд через прояв будь-яких його органолептичних або хімічних властивостей; тобто ті, які сприймають почуття або які можна виміряти.

Верхнє зображення показує розведення концентрації біхромату калію (К₂Cr₂O₇), який демонструє помаранчевий колір. Зліва направо можна побачити, як колір зменшує його інтенсивність при розведенні концентрації, додаючи більше розчинника.

Це розведення дозволяє отримати таким чином розведену концентрацію з концентрованої. Колір (і інші "приховані" властивості в помаранчевому грудці) змінюються так само, як і його концентрація, або з фізичними, або з хімічними одиницями.

Але які є одиниці хімічної концентрації? Серед них молярность або молярна концентрація розчину, що пов'язує молі розчиненої речовини з загальним обсягом розчину в літрах.

Також є молярність або також відома як молярна концентрація, яка відноситься до молей розчиненої речовини, але які містяться в стандартизованій кількості розчинника або розчинника, що рівно один кілограм.

Цей розчинник може бути чистим або якщо розчин містить більше одного розчинника, то молярність буде молями розчиненої речовини на кілограм суміші розчинників..

Третя одиниця хімічної концентрації - нормальність або нормальна концентрація розчину, що виражає кількість хімічних еквівалентів розчиненої речовини на літр розчину..

Одиниця, в якій виражена нормальність, в еквівалентах на літр (екв / л) і в медицині концентрація електролітів у сироватці людини виражається в міліеквівалентах на літр (мекв / л).

Способи вираження концентрації

Концентрація розчину може бути позначена трьома основними способами, навіть якщо вони мають велику різноманітність термінів і одиниць, які можуть бути використані для вираження міри цієї величини: якісний опис, кількісна нотація та класифікація в термінах. розчинності.

Залежно від мови та контексту, в якому ви працюєте, ви виберете один із трьох способів вираження концентрації суміші.

Якісний опис

Використовується в основному в неформальному і нетехнічному мові, якісний опис концентрації суміші виражається у вигляді прикметників, які в узагальненому вигляді вказують на рівень концентрації, що має рішення..

Таким чином, мінімальний рівень концентрації згідно з якісним описом є рівнем "розведеного" розчину, а максимум - "концентрованим"..

Ми говоримо про розбавлені розчини, коли розчин має дуже низьку частку розчиненої речовини в залежності від загального обсягу розчину. Якщо ви хочете розбавити розчин, ви повинні додати більшу кількість розчинника або шукати способи зменшення розчиненої речовини.

Тепер ми говоримо про концентровані розчини, коли вони мають високу частку розчиненої речовини в залежності від загального обсягу розчину. Для концентрування розчину додають більше розчиненої речовини або зменшують кількість розчинника.

У цьому сенсі якісний опис називається цією класифікацією не тільки тому, що йому не вистачає математичних вимірів, але й емпіричної якості (можна віднести до візуальних особливостей, запахів і смаків, без необхідності наукових доказів)..

Класифікація по розчинності

Розчинність концентрації означає максимальну ємність розчиненої речовини, яка має розчин, в залежності від таких умов, як температура, тиск і речовини, які розчиняються або суспендуються..

Розчини можуть бути класифіковані на три типи залежно від рівня розчиненого розчину в момент вимірювання: ненасичених, насичених і перенасичених розчинів..

- Ненасичені розчини є такими, які містять меншу кількість розчиненої речовини, з якої розчин може розчинятися. У цьому випадку розчин не досягав своєї максимальної концентрації.

- Насиченими розчинами є ті, в яких максимальна кількість розчиненої речовини розчиняється в розчиннику при певній температурі. У цьому випадку існує баланс між обома речовинами і розчин не може приймати більше розчиненої речовини (оскільки це станеться для осадження).

- Перенасичені розчини мають більше розчиненої речовини, ніж розчин би прийняв в умовах рівноваги. Це досягається нагріванням насиченого розчину, додавання більш розчиненої речовини, ніж зазвичай. Після холоду він не осаджує розчинену речовину автоматично, але будь-яке порушення може викликати цей ефект через його нестабільність.

Кількісні позначення

На момент вивчення рішення, яке буде використовуватися в технічній або науковій сфері, необхідна точність, яка вимірюється і виражається в одиницях, які описують концентрацію відповідно до її точних значень маси та / або обсягу.

Тому існує ряд одиниць, що використовуються для вираження концентрації рішення в його кількісному позначенні, які поділяються на фізичні і хімічні, і які у свою чергу мають свої власні підрозділи..

Одиницями фізичних концентрацій є ті, що мають відносну концентрацію, які виражаються у відсотках. Існують три способи вираження процентних концентрацій: масові відсотки, об'ємні відсотки та відсотки за масовим об'ємом.

Навпаки, одиниці хімічних концентрацій засновані на молярних кількостях, еквівалентах на грам, частинах на мільйон та інших характеристиках розчиненої речовини по відношенню до розчину..

Ці агрегати є найбільш поширеними завдяки високій точності при вимірюванні концентрацій, і тому вони, як правило, є тими, які потрібно знати для роботи з хімічними розчинами..

Одиниці концентрації

Як описано в попередніх розділах, при розрахунку концентрації рішення кількісно розрахунки повинні регулюватися існуючими одиницями для цієї мети..

Також одиниці концентрації поділяються на одиниці відносної концентрації, концентрації розбавлених, на молях і інших додаткових одиницях..

Одиниці відносної концентрації

Відносні концентрації виражені у відсотках, як було зазначено в попередньому розділі. Ці одиниці діляться на масово-масовий відсоток, об'ємно-об'ємний відсоток і масово-об'ємний відсоток і обчислюються наступним чином:

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

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

- % мас / об'єм = маса розчиненої речовини (г) / загальний об'єм розчину (мл) х 100

У цьому випадку для розрахунку маси або обсягу загального розчину необхідно додати масу або об'єм розчиненої речовини з розчином розчинника.

Одиниці розбавленої концентрації

Одиницями розбавленої концентрації є ті, які використовуються для вираження тих дуже малих концентрацій, які знаходяться у вигляді слідів у розведеному розчині; Найбільш поширене використання цих одиниць полягає в тому, щоб знайти сліди розчиненого газу в іншій, як агенти, що забруднюють повітря.

Ці одиниці вказані у вигляді частин на мільйон (ppm), частин на мільярд (ppb), та частин на трильйон (ppt), і виражаються наступним чином:

- ppm = 1 мг розчиненої речовини / 1 л розчину

- ppb = 1 мкг розчину / 1 л розчину

- ppt = 1 нг розчиненої речовини / 1 л розчину

У цих вираженнях мг дорівнює міліграмам (0,001 г), мкг дорівнює мікрограмів (0,000001 г) і ng дорівнює нанограммам (0,000000001 г). Ці одиниці також можуть бути виражені в обсязі / обсязі.

Одиниці концентрації за молями

Одиницями концентрації на основі молей є молярна частка, молярний відсоток, молярність і молярність (останні два краще описані в кінці статті)..

Мольна частка речовини - це частка всіх її складових молекул (або атомів) як функції від загальних молекул або атомів. Він обчислюється наступним чином:

X_A = кількість молей речовини А / загальна кількість молей у розчині

Цю процедуру повторюють для інших речовин в розчині, беручи до уваги, що сума X_A + X_B + X_C ... має бути дорівнює одиниці.

Молярний відсоток працює подібно до X_A, тільки в залежності від відсотка:

Молярний відсоток A = X_A x 100%

У останньому розділі молярність і молярність будуть детально обговорюватися.

Формальність і нормальність

Нарешті, існують дві концентраційні одиниці, які в даний час не використовуються: формальність і нормальність.

Формальність розчину представляє число-грам-вага-грам на літр загального розчину. Він виражається як:

F = № Розчин P.F.G / L

У цьому вираженні P.F.G дорівнює вазі кожного атома речовини, вираженого в грамах.

Замість цього, нормальність являє собою кількість еквівалентів розчинених речовин, розділених на літри розчину, як зазначено нижче:

N = еквівалентний грам розчину / л розчину

У згаданому вираженні еквівалентні грами розчиненої речовини можуть бути розраховані за кількістю молей Н⁺, OH^- або іншими методами, залежно від типу молекули.

Молярність

Молярность або молярна концентрація розчиненої речовини є одиницею хімічної концентрації, яка експресує або зв'язує молі розчиненої речовини (n), що містяться в одному (1) літрі (L) розчину..

Молярність позначається великою літерою М і для визначення молей розчиненої речовини (n) грамів розчиненої речовини (g) ділять на молекулярну масу (МВт) розчиненої речовини..

Крім того, молекулярна маса РМ розчиненої речовини отримують з суми атомних мас (РА) або атомної маси хімічних елементів, з урахуванням частки, в якій вони об'єднуються для утворення розчиненої речовини. Таким чином, різні солітари мають власних депутатів (хоча це не завжди так).

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

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

Кількість молей: n = g розчиненої речовини / ПМ розчиненої речовини

Вправа 1

Розрахуйте молярність розчину, який готується з 45 г Ca (OH)₂ розчиняють у 250 мл води.

Перше, що потрібно обчислити, це молекулярна маса Ca (OH)₂ (гідроксид кальцію). Згідно з його хімічною формулою, з'єднання являє собою катіон кальцію і два аніону оксидрилу. Тут вага електрона менше або додатково до виду є незначним, тому приймаються атомні ваги:

Кількість молей розчиненої речовини потім буде:

n = 45 г / (74 г / моль)

n = 0,61 моль Ca (OH)₂

Отримують 0,61 моль розчиненої речовини, але важливо пам'ятати, що ці молі розчинені в 250 мл розчину. Оскільки визначення Молярності є молями в a л або 1000 мл, тоді для розрахунку молей, які знаходяться в 1000 мл зазначеного розчину, необхідно зробити просте правило трьох

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

           У 1000 мл розчину => х Скільки молей є??

х = (0,61 моль) (1000 мл) / 250 мл

X = 2,44 М (моль / л)

Інший шлях

Інший спосіб отримати молі для застосування формули вимагає, щоб ви взяли 250 мл до літрів, також застосовуючи правило трьох:

Якщо 1000 мл => 1 л

250 мл => x Скільки літрів?

х = (250 мл) (1 л) / 1000 мл

x = 0,25 л

Підставляючи тоді формулу молярності:

М = (0,61 моль розчиненої речовини) / (0,25 л розчину)

M = 2,44 моль / л

Вправа 2

Що це означає, що розчин HCl становить 2,5 M?

Розчин HCl становить 2,5 молярних, тобто один літр розчиняє 2,5 моль соляної кислоти.

Нормальність

Нормальність або еквівалентна концентрація є одиницею хімічної концентрації розчинів, яка позначена великою літерою N. Ця одиниця концентрації вказує на реакційну здатність розчиненої речовини і дорівнює кількості еквівалентів розчиненої речовини (екв.) Між об'ємом розчину, вираженим у літрах.

N = екв / л

Кількість еквівалентів (Eq) дорівнює грамах розчиненої речовини між еквівалентною масою (PEq).

 Eq = g розчиненої речовини / PEq

Еквівалентна вага, або також відома як грамовий еквівалент, обчислюється шляхом отримання молекулярної маси розчиненої речовини і поділу її на еквівалентний фактор, який для цілей підсумовування в рівнянні називається дзета-дельта (ΔZ).

PEq = PM / ΔZ

Розрахунок

Розрахунок нормальності буде мати дуже специфічну зміну еквівалентного чинника або ΔZ, що також залежить від типу хімічної реакції, в якій бере участь розчинена речовина або реактивний вид. Деякі випадки цього варіанта можуть бути зазначені нижче:

-Коли вона є кислотою або підставою, ΔZ або еквівалентним фактором, вона буде дорівнює кількості іонів водню (H⁺)  або OH гідроксил^- мають розчинену речовину. Наприклад, сірчана кислота (Н₂SO₄) має два еквіваленти, оскільки має два протони кислоти.

-Коли мова йде про окисно-відновних реакціях, Z буде відповідати кількості електронів, що беруть участь в процесі окислення або відновлення в залежності від конкретного випадку. Тут виникає баланс хімічних рівнянь і специфікація реакції.

-Також цей еквівалентний коефіцієнт або ΔZ буде відповідати кількості іонів, які випадають в осад у реакціях, класифікованих як осадження.

Вправа 1

Визначають нормальність 185 г Na₂SO₄ які знаходяться в 1,3 л розчину.

Першу молекулярну масу розчиненої речовини розраховують:

Другий крок полягає в обчисленні еквівалентного коефіцієнта або ΔZ. У цьому випадку, як сульфат натрію, є сіль, валентність або заряд катіона або металевий Na⁺, яка буде помножена на 2, що є нижчим індексом хімічної формули солі або розчиненої речовини:

Na₂SO₄ => ΔZ = Валенсія катіона x Субіндекс

ΔZ = 1 x 2

Для отримання еквівалентної ваги її замінюють у відповідному рівнянні:

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

 PEq = 71,02 г / екв

І тоді можна приступити до розрахунку кількості еквівалентів, знову вдаючись до іншого простого розрахунку:

Eq = (185 г) / (71,02 г / екв.)

Кількість еквівалентів = 2,605 екв

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

 N = 2,605 екв / 1,3 л

N = 2,0 N

Молярність

Моляльність позначається малою літерою m і дорівнює молям розчиненої речовини, які присутні в одному (1) кілограмі розчинника. Його також називають мольною концентрацією і розраховують за такою формулою:

m = молі розчиненої речовини / кг розчинника

У той час як молярність встановлює відношення молей розчиненої речовини, що міститься в одному (1) літрі розчину, молярність пов'язує молі розчиненої речовини, що існують в одному (1) кілограмі розчинника..

У тих випадках, коли розчин готують з більш ніж одним розчинником, молярність виражає таку ж, як молі розчиненої речовини на кілограм суміші розчинників..

Вправа 1

Визначають молярність розчину, який готували змішуванням 150 г сахарози (C₁₂H₂₂0₁₁) з 300 г води.

Молекулярну масу сахарози визначають спочатку для розрахунку молей розчиненої речовини цього розчину:

Розраховують кількість молей сахарози:

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

n = 0,438 молей сахарози

Після того, як грами розчинника приймаються в кілограмах, застосовується остаточна формула.

Підставляючи потім:

m = 0,438 молей сахарози / 0,3 кг води

m = 1,46 моль₁₂H₂₂0₁₁/ Кг H₂O

Незважаючи на те, що в даний час ведуться суперечки щодо остаточного вираження молярності, цей результат також може бути виражений як:

1,26 м₁₂H₂₂0₁₁ або 1,26 мол

В деяких випадках вважається вигідним виразити концентрацію розчину з точки зору молярності, оскільки маси розчиненої речовини і розчинника не зазнають незначних коливань або незначних змін через вплив температури або тиску; як і в розчинах з газоподібним розчином.

Крім того, зазначається, що ця одиниця концентрації, що відноситься до конкретного розчиненого речовини, залишається незмінною через існування інших розчинених речовин у процесі ліквідації.

Рекомендації та важливі примітки щодо хімічної концентрації

Об'єм розчину завжди більше, ніж розчинник

У міру вирішення вправи вирішується помилка інтерпретації обсягу розчину, як якщо б вона була розчинником. Наприклад, якщо один грам шоколадного порошку розчиняється в одному літрі води, об'єм розчину не дорівнює об'єму одного літра води.

Чому ні? Оскільки розчинена речовина завжди займе простір між молекулами розчинника. Коли розчинник має високу спорідненість до розчиненої речовини, зміна обсягу після розчинення може бути смішним або незначним.

Але, якщо ні, і навіть більше, якщо кількість розчиненої речовини велика, то необхідно враховувати зміну обсягу. Будучи таким чином: Vsolvente + Vsoluto = Vsolución. Тільки в розбавлених розчинах або там, де кількість розчинених речовин невеликі, діє Vsolvente = Vsolution.

Ця помилка повинна бути дуже уважною, особливо при роботі з рідкими речовинами. Наприклад, якщо замість розчинення шоколадного порошку, мед розчиняється в спирті, то обсяг доданого меду буде мати значний вплив на загальний обсяг розчину.

Тому в цих випадках об'єм розчиненої речовини повинен бути доданий до об'єму розчинника.

Корисність Molarity

-Знання молярности концентрованого розчину дозволяє виконувати розрахунки розведення за допомогою простої формули M1V1 = M2V2, де M1 відповідає початковій молярності розчину і M2 молярності розчину, який потрібно приготувати з розчину. M1.

-Знаючи молярність рішення, можна легко обчислити нормальність рішення, використовуючи наступну формулу: нормальність = кількість еквівалентних x M

Формули не запам'ятовуються, але одиниці або визначення є

Однак пам'ять іноді не вдається запам'ятати всі рівняння, що мають відношення до розрахунків концентрації. Для цього дуже корисно мати чітке визначення кожного поняття.

З визначення, одиниці записуються за допомогою коефіцієнти перетворення щоб висловити ті, які відповідають тому, що ви хочете визначити.

Наприклад, якщо у вас є молярність, і ви хочете перетворити її на нормальний стан, виконайте наступні дії:

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

Зауважимо, що (р розчинник / мл) є щільність розчинника. Термін (розчин розчинника / мл розчину) відноситься до того, скільки об'єму розчину фактично відповідає розчиннику. У багатьох вправах цей останній термін дорівнює 1, з практичних причин, хоча це ніколи не є повністю вірним.

Список літератури

1. Вступна хімія-1^вул Канадська версія. Кількісні одиниці концентрації. Розділ 11 Рішення. Взяті з: opentextbc.ca
2. Вікіпедія. (2018). Еквівалентна концентрація Взяті з сайту: en.wikipedia.org
3. PharmaFactz. (2018). Що таке молярність? Взяті з: pharmafactz.com
4. Уіттен, Девіс, Пек і Стенлі. Хімія (8-е изд.). CENGAGE Learning, стор 101-103, 512, 513.
5. Водні розчини-Молярность. Взяті з: chem.ucla.edu
6. Quimicas.net (2018). Приклади нормальності. Отримано з: quimicas.net.