Stężenie chemiczne sposoby wyrażania go, jednostki, molalność i molarność



The stężenie chemiczne jest miarą liczbową względnej ilości substancji rozpuszczonej w roztworze. Ta miara wyraża stosunek substancji rozpuszczonej w odniesieniu do ilości lub objętości rozpuszczalnika lub roztworu w jednostkach stężenia. Termin „stężenie” jest związany z ilością obecnej substancji rozpuszczonej: roztwór będzie bardziej skoncentrowany, podczas gdy więcej substancji rozpuszczonej ma.

Te jednostki mogą być fizyczne, gdy weźmie się pod uwagę jasności masy i / lub objętości składników roztworu lub chemicznych, gdy stężenie substancji rozpuszczonej jest wyrażona w molach lub ich odpowiedników o numerze referencyjnym Avogadro.

Tak więc, dzięki użyciu ciężarów cząsteczkowych lub atomowych i liczby Avogadro, możliwe jest przekształcenie jednostek fizycznych w chemiczne przy wyrażaniu stężenia pewnej substancji rozpuszczonej. Dlatego wszystkie jednostki mogą być konwertowane na to samo rozwiązanie.

Indeks

  • 1 Roztwory rozcieńczone i skoncentrowane
  • 2 sposoby wyrażania koncentracji
    • 2.1 Opis jakościowy
    • 2.2 Klasyfikacja według rozpuszczalności
    • 2.3 Zapis ilościowy
  • 3 jednostki stężenia
    • 3.1 Jednostki względnej koncentracji
    • 3.2 Jednostki rozcieńczonego stężenia
    • 3.3 Jednostki stężenia oparte na molach
    • 3.4 Formalność i normalność
  • 4 Molarność
    • 4.1 Ćwiczenie 1
    • 4.2 Ćwiczenie 2
  • 5 Normalność
    • 5.1 Obliczenia
    • 5.2 Ćwiczenie 1
  • 6 Molality
    • 6.1 Ćwiczenie 1
  • 7 Zalecenia i ważne uwagi dotyczące stężenia chemicznego
    • 7.1 Objętość roztworu jest zawsze większa niż rozpuszczalnika
    • 7.2 Użyteczność molarności
    • 7.3 Wzory nie są zapamiętywane, ale są to jednostki lub definicje
  • 8 Odniesienia 

Roztwory rozcieńczone i skoncentrowane

Jak można zauważyć, jeśli stężenie jest bardzo rozcieńczone lub skoncentrowane? Na pierwszy rzut oka manifestacja jakichkolwiek jego właściwości organoleptycznych lub chemicznych; to znaczy te, które postrzegają zmysły lub które można zmierzyć.

Górny obraz pokazuje rozcieńczenie stężenia dwuchromianu potasu (K2Cr2O7), który ma kolor pomarańczowy. Od lewej do prawej widać, jak kolor zmniejsza swoją intensywność, gdy stężenie jest rozcieńczane, dodając więcej rozpuszczalnika.

To rozcieńczenie umożliwia uzyskanie w ten sposób rozcieńczonego stężenia ze stężonego. Kolor (i inne „ukryte” właściwości w jego pomarańczowym łonie) zmienia się w taki sam sposób, jak jego koncentracja, zarówno w jednostkach fizycznych, jak i chemicznych.

Ale jakie są jednostki stężenia chemicznego? Wśród nich są stężenie molowe lub molowe roztworu, które wiąże mole substancji rozpuszczonej z całkowitą objętością roztworu w litrach.

Masz również molalność lub znany jest również jako stężenie molowe, które odnosi się do moli substancji rozpuszczonej, ale które są zawarte w znormalizowanej ilości rozpuszczalnika lub rozpuszczalnika, która wynosi dokładnie jeden kilogram.

Ten rozpuszczalnik może być czysty lub jeśli roztwór zawiera więcej niż jeden rozpuszczalnik, molalność będzie molami substancji rozpuszczonej na kilogram mieszaniny rozpuszczalników.

Trzecią jednostką stężenia chemicznego jest normalność lub normalne stężenie roztworu, które wyraża liczbę równoważników chemicznych substancji rozpuszczonej na litr roztworu.

Jednostka, w której normalność jest wyrażona w przeliczeniu na litr (eq / l) i w medycynie stężenia elektrolitów ludzkiej surowicy wyrażoną w milirównoważnika na litr (mEq / l).

Sposoby wyrażania koncentracji

Stężenie roztworu może być oznaczona na trzy sposoby, nawet jeżeli mają one różnych warunkach i samych jednostek, które mogą być stosowane do ekspresji w zakres tej wartości: opis jakościowe, ilościowe i zapisu klasyfikacji pod względem rozpuszczalność.

W zależności od języka i kontekstu, w którym pracujesz, wybierzesz jeden z trzech sposobów wyrażenia koncentracji mieszaniny.

Opis jakościowy

Stosowany głównie w języku nieformalnym i nietechnicznym, jakościowy opis stężenia mieszaniny wyraża się w formie przymiotników, które wskazują w sposób ogólny poziom stężenia, jaki ma roztwór..

W ten sposób minimalny poziom koncentracji według opisu jakościowego jest stężeniem „rozcieńczonym”, a maksimum jest „skoncentrowane”.

Mówimy o rozcieńczonych roztworach, gdy roztwór ma bardzo mały udział substancji rozpuszczonej w zależności od całkowitej objętości roztworu. Jeśli chcesz rozcieńczyć roztwór, musisz dodać większą ilość rozpuszczalnika lub poszukać sposobów na zmniejszenie substancji rozpuszczonej.

Teraz mówimy o stężonych roztworach, które mają wysoki udział substancji rozpuszczonej w zależności od całkowitej objętości roztworu. Aby zatężyć roztwór, dodać więcej substancji rozpuszczonej lub zmniejszyć ilość rozpuszczalnika.

W tym sensie, nazywając siebie opis jakościowy tej klasyfikacji, nie tylko dlatego, że brakuje pomiarów matematycznych, ale jego jakość empiryczny (można przypisać wzrokowych, zapachy i smaki, bez dowodów naukowych).

Klasyfikacja według rozpuszczalności

Rozpuszczalność stężenia oznacza maksymalną pojemność substancji rozpuszczonej, która ma roztwór, w zależności od warunków, takich jak temperatura, ciśnienie i substancje, które są rozpuszczone lub zawieszone.

Roztwory można podzielić na trzy typy w zależności od poziomu rozpuszczonej substancji rozpuszczonej w czasie pomiaru: roztwory nienasycone, nasycone i przesycone.

- Nienasycone roztwory to takie, które zawierają mniejszą ilość substancji rozpuszczonej, z której roztwór może się rozpuścić. W tym przypadku roztwór nie osiągnął maksymalnego stężenia.

- Roztwory nasycone to takie, w których maksymalna ilość substancji rozpuszczonej została rozpuszczona w rozpuszczalniku w określonej temperaturze. W tym przypadku istnieje równowaga między obiema substancjami, a roztwór nie może zaakceptować większej ilości substancji rozpuszczonej (ponieważ będzie się wytrącać).

- Przesycone roztwory mają większą rozpuszczalność niż rozwiązanie, które zaakceptowałoby w warunkach równowagi. Osiąga się to przez ogrzewanie nasyconego roztworu, dodając więcej rozpuszczonej niż normalnie. Po zmrożeniu nie wytrąca automatycznie substancji rozpuszczonej, ale każde zakłócenie może spowodować ten efekt z powodu jej niestabilności.

Zapis ilościowy

W momencie badania rozwiązania, które ma być zastosowane w dziedzinie technicznej lub naukowej, wymagana jest precyzja zmierzona i wyrażona w jednostkach, która opisuje stężenie zgodnie z jego dokładnymi wartościami masy i / lub objętości.

Dlatego nie jest to liczba jednostek stosowanych do wyrażania stężenia roztworu w notacji ilościowych, które są podzielone na fizyczne i chemiczne, a które z kolei mają swoje poddziały.

Jednostkami stężeń fizycznych są te „stężenia względnego”, które wyrażane są w procentach. Istnieją trzy sposoby wyrażania procentowych stężeń: procenty masowe, procenty objętościowe i procenty objętościowe.

Natomiast jednostki stężeń chemicznych są oparte na ilościach molowych, równoważnikach na gram, częściach na milion i innych cechach substancji rozpuszczonej w odniesieniu do roztworu.

Jednostki te są najbardziej powszechne ze względu na ich wysoką precyzję podczas pomiaru stężeń, i dlatego zazwyczaj są to te, które chcesz wiedzieć, aby pracować z roztworami chemicznymi.

Jednostki koncentracji

Jak opisano w poprzednich sekcjach, obliczając stężenie roztworu ilościowo, obliczenia powinny być w tym celu regulowane przez istniejące jednostki..

Ponadto jednostki stężenia są podzielone na te o stężeniu względnym, stężeniach rozcieńczonych, stężeniach na molach i innych dodatkowych jednostkach..

Jednostki względnej koncentracji

Względne stężenia są wyrażone w procentach, jak nazwano w poprzedniej sekcji. Jednostki te są podzielone na procent masowy, procent objętościowo-objętościowy i procent masowo-objętościowy i są obliczane w następujący sposób:

- % masy = masa substancji rozpuszczonej (g) / masa całkowitego roztworu (g) ​​x 100

- % objętości = objętość substancji rozpuszczonej (ml) / objętość całkowitego roztworu (ml) x 100

- % masa / objętość = masa substancji rozpuszczonej (g) / całkowita objętość roztworu (ml) x 100

W tym przypadku do obliczenia masy lub objętości całkowitego roztworu należy dodać masę lub objętość substancji rozpuszczonej w stosunku do masy rozpuszczalnika.

Jednostki rozcieńczonego stężenia

Jednostkami rozcieńczonego stężenia są te, które są używane do wyrażenia tych bardzo małych stężeń, które są w postaci śladowych ilości w rozcieńczonym roztworze; Najczęstszym zastosowaniem przedstawianym tym jednostkom jest znalezienie śladów rozpuszczonego gazu w drugim, jako czynników zanieczyszczających powietrze.

Jednostki te są oznaczone w postaci części na milion (ppm), części na miliard (ppb) i części na bilion (ppt) i są wyrażone w następujący sposób:

- ppm = 1 mg substancji rozpuszczonej / 1 l roztworu

- ppb = 1 μg substancji rozpuszczonej / roztwór 1 L

- ppt = 1 ng substancji rozpuszczonej / 1 l roztworu

W powyższych wyrażeniach mg równa mg (0,001 g), g jest równe mikrogramów (0,000001 g) i nanogramów (ng wynosi 0,000000001 g). Urządzenia te mogą być również wyrażone w kategoriach objętości / objętość.

Jednostki koncentracji według moli

Jednostkami stężenia opartymi na molach są ułamki molowe, procent molowy, molarność i molalność (te dwa ostatnie są lepiej opisane na końcu artykułu).

Ułamek molowy substancji jest ułamkiem wszystkich jej cząsteczek składowych (lub atomów) w zależności od całkowitej liczby cząsteczek lub atomów. Jest obliczany w następujący sposób:

XA = liczba moli substancji A / całkowita liczba moli w roztworze

Ta procedura jest powtarzana dla innych substancji w roztworze, biorąc pod uwagę, że suma XA + XB + XC ... musi być równy jeden.

Procent molowy działa w podobny sposób jak XA, tylko że w zależności od procentu:

Procent molowy A = XA x 100%

W ostatniej części omówione zostaną szczegółowo molarność i molalność.

Formalność i normalność

Wreszcie istnieją dwie jednostki koncentracji, które obecnie nie są używane: formalność i normalność.

Formalność rozwiązania reprezentuje liczbę gramów w gramach na litr całkowitego roztworu. Wyraża się to jako:

F = nr P.F.G / L roztwór

W tym wyrażeniu P.F.G jest równy wadze każdego atomu substancji, wyrażonej w gramach.

Zamiast tego normalność reprezentuje liczbę równoważników substancji rozpuszczonej podzieloną przez litry roztworu, jak przedstawiono poniżej:

N = równoważne gramy roztworu substancji rozpuszczonej / L

W wymienionym wyrażeniu równoważne gramy substancji rozpuszczonej można obliczyć przez liczbę moli H+, OH- lub inne metody, w zależności od rodzaju cząsteczki.

Molarność

Stężenie molowe lub molowe substancji rozpuszczonej jest jednostką stężenia chemicznego, która wyraża lub wiąże mole substancji rozpuszczonej (n) zawartej w jednym (1) litrze (L) roztworu.

Molarność jest oznaczona wielką literą M i w celu określenia moli substancji rozpuszczonej (n) gram substancji rozpuszczonej (g) dzieli się przez masę cząsteczkową (MW) substancji rozpuszczonej.

Również masę cząsteczkową PM substancji rozpuszczonej uzyskuje się z sumy mas atomowych (PA) lub masy atomowej pierwiastków chemicznych, biorąc pod uwagę proporcję, w jakiej łączą się w celu utworzenia substancji rozpuszczonej. Tak więc różne soluutos mają swoich własnych posłów (choć nie zawsze tak jest).

Definicje te są podsumowane w następujących formułach, które służą do wykonania odpowiednich obliczeń:

Molarność: M = n (mole substancji rozpuszczonej) / V (litr roztworu)

Liczba moli: n = g substancji rozpuszczonej / PM substancji rozpuszczonej

Ćwiczenie 1

Oblicz molarność roztworu przygotowanego z 45 g Ca (OH)2 rozpuszczono w 250 ml wody.

Pierwszą rzeczą, którą należy obliczyć, jest masa cząsteczkowa Ca (OH)2 (wodorotlenek wapnia). Zgodnie ze swoim wzorem chemicznym związek jest kationem wapnia i dwoma anionami oksydowymi. Tutaj waga elektronu mniejszego lub dodatkowego od gatunku jest pomijalna, więc masy atomowe są brane:

Liczba moli substancji rozpuszczonej będzie wtedy:

n = 45 g / (74 g / mol)

n = 0,61 mola Ca (OH)2

Otrzymuje się 0,61 mola substancji rozpuszczonej, ale ważne jest, aby pamiętać, że te mole rozpuszcza się w 250 ml roztworu. Ponieważ definicja molarności to mole w a litr lub 1000 ml, wówczas należy obliczyć prostą zasadę trzech, aby obliczyć mole, które są w 1000 ml wspomnianego roztworu

Jeśli w 250 ml roztworu jest => 0,61 mola substancji rozpuszczonej

           W 1000 ml roztworu => x Ile jest moli??

x = (0,61 mola) (1000 ml) / 250 ml

X = 2,44 M (mol / L)

Inny sposób

Innym sposobem uzyskania moli do zastosowania formuły jest przyjęcie 250 ml na litry, stosując również zasadę trzech:

Jeśli 1000 ml => to 1 litr

250 ml => x Ile litrów jest?

x = (250 ml) (1 l) / 1000 ml

x = 0,25 L

Zastępując następnie w formule molarności:

M = (0,61 mola substancji rozpuszczonej) / (0,25 L roztworu)

M = 2,44 mol / l

Ćwiczenie 2

Co to znaczy, że roztwór HCl wynosi 2,5 M?

Roztwór HCl ma 2,5 mola, co oznacza, że ​​jeden litr rozpuszcza 2,5 mola kwasu chlorowodorowego.

Normalność

Normalność lub równoważne stężenie to jednostka stężenia chemicznego roztworów oznaczonych wielką literą N. Ta jednostka stężenia wskazuje reaktywność substancji rozpuszczonej i jest równa liczbie równoważników substancji rozpuszczonej (równania) między objętością roztworu wyrażoną w litrach.

N = Eq / L

Liczba równoważników (Eq) jest równa gramom substancji rozpuszczonej między równoważnym ciężarem (PEq).

 Eq = g substancji rozpuszczonej / PEq

Ciężar ekwiwalentny lub znany również jako ekwiwalent gramowy oblicza się, uzyskując masę cząsteczkową substancji rozpuszczonej i dzieląc ją przez równoważny współczynnik, który dla celów podsumowania w równaniu nazywa się delta zeta (ΔZ).

PEq = PM / ΔZ

Obliczanie

Obliczenie normalności będzie miało bardzo specyficzną zmienność współczynnika równoważnego lub ΔZ, która zależy również od rodzaju reakcji chemicznej, w której uczestniczy substancja rozpuszczona lub reaktywna. Niektóre przypadki tej odmiany można wymienić poniżej:

-Gdy jest to kwas lub zasada, ΔZ lub współczynnik równoważny, będzie równa liczbie jonów wodorowych (H+)  lub hydroksyl OH- mieć substancję rozpuszczoną. Na przykład kwas siarkowy (H2TAK4) ma dwa równoważniki, ponieważ ma dwa protony kwasowe.

-W przypadku reakcji utleniania-redukcji reductionZ będzie odpowiadać liczbie elektronów zaangażowanych w proces utleniania lub redukcji w zależności od konkretnego przypadku. W grę wchodzi równoważenie równań chemicznych i specyfikacja reakcji.

-Również ten równoważny współczynnik lub ΔZ będzie odpowiadać liczbie jonów, które wytrącają się w reakcjach sklasyfikowanych jako opady.

Ćwiczenie 1

Określ normalność 185 g Na2TAK4 które są w 1,3 l roztworu.

Masa cząsteczkowa substancji rozpuszczonej tego roztworu zostanie obliczona najpierw:

Drugim krokiem jest obliczenie współczynnika równoważnego lub ΔZ. W tym przypadku, jako siarczan sodu jest sól, wartościowość lub ładunek kationu lub metalu Na+, który zostanie pomnożony przez 2, który jest indeksem wzoru chemicznego soli lub substancji rozpuszczonej:

Na2TAK4 => ΔZ = Valencia Cation x Subindex

ΔZ = 1 x 2

Aby uzyskać ciężar równoważny, zastępuje się go w odpowiednim równaniu:

 PEq = (142,039 g / mol) / (2 Eq / mol)

 PEq = 71,02 g / równ

A następnie możesz przystąpić do obliczania liczby ekwiwalentów, ponownie odwołując się do innego prostego obliczenia:

Eq = (185 g) / (71,02 g / Eq)

Liczba równoważników = 2 605 równ

Wreszcie, wraz ze wszystkimi niezbędnymi danymi, normalność jest teraz obliczana przez zastąpienie zgodnie z jej definicją:

 N = 2,605 Eq / 1,3 L

N = 2,0 N

Molość

Molalność oznaczona jest małą literą m i jest równy molom substancji rozpuszczonej, które są obecne w jednym (1) kilogramie rozpuszczalnika. Nazywane jest również stężeniem molowym i jest obliczane według następującego wzoru:

m = mole substancji rozpuszczonej / kg rozpuszczalnika

Podczas gdy molarność ustala stosunek moli substancji rozpuszczonej zawartej w jednym (1) litrze roztworu, molalność odnosi się do moli substancji rozpuszczonej, które istnieją w jednym (1) kilogramie rozpuszczalnika.

W tych przypadkach, gdy roztwór jest przygotowany z więcej niż jednym rozpuszczalnikiem, molalność będzie wyrażać się tak samo jak mole substancji rozpuszczonej na kilogram mieszaniny rozpuszczalników.

Ćwiczenie 1

Określ molalność roztworu przygotowanego przez zmieszanie 150 g sacharozy (C12H22011) 300 g wody.

Masę cząsteczkową sacharozy określa się najpierw, aby przystąpić do obliczania moli substancji rozpuszczonej tego roztworu:

Liczbę moli sacharozy oblicza się:

n = (150 g sacharozy) / (342,09 g / mol)

n = 0,438 mola sacharozy

Po przyjęciu gramów rozpuszczalnika do kilogramów w celu zastosowania ostatecznej formuły.

Zastępując wtedy:

m = 0,438 mola sacharozy / 0,3 kg wody

m = 1,46 mol C12H22011/ Kg H2O

Chociaż obecnie trwa debata na temat ostatecznego wyrazu molalności, wynik ten można również wyrazić jako:

1,26 m12H22011 lub 1,26 molal

Uważa się za korzystne w niektórych przypadkach, aby wyrazić stężenie roztworu w kategoriach molalności, ponieważ masy substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika nie ulegają niewielkim fluktuacjom lub nie są widoczne zmiany spowodowane wpływem temperatury lub ciśnienia; tak jak w roztworach z gazową substancją rozpuszczoną.

Ponadto wskazuje się, że ta jednostka koncentracji odnosząca się do określonej substancji rozpuszczonej jest niezmieniona przez istnienie innych substancji rozpuszczonych podczas rozpuszczania.

Zalecenia i ważne uwagi dotyczące stężenia chemicznego

Objętość roztworu jest zawsze większa niż rozpuszczalnika

W miarę rozwiązywania ćwiczeń pojawia się błąd interpretacji objętości rozwiązania, tak jakby to był rozpuszczalnik. Na przykład, jeśli jeden gram proszku czekoladowego rozpuszcza się w jednym litrze wody, objętość roztworu nie jest równa objętości jednego litra wody.

Dlaczego nie? Ponieważ substancja rozpuszczona zawsze zajmuje przestrzeń między cząsteczkami rozpuszczalnika. Gdy rozpuszczalnik ma wysokie powinowactwo do substancji rozpuszczonej, zmiana objętości po rozpuszczeniu może być śmieszna lub nieistotna.

Ale jeśli nie, a nawet więcej, jeśli ilość substancji rozpuszczonej jest duża, zmiana głośności musi być wzięta pod uwagę. Będąc w ten sposób: Vsolvente + Vsoluto = Vsolución. Tylko w rozcieńczonych roztworach lub w przypadku, gdy ilości substancji rozpuszczonej są małe, ważna jest Vsolvente = Vsolution.

Ten błąd należy mieć na uwadze, szczególnie podczas pracy z płynnymi substancjami rozpuszczonymi. Na przykład, jeśli zamiast rozpuszczania proszku czekoladowego, miód rozpuszcza się w alkoholu, wtedy objętość dodanego miodu będzie miała znaczący wpływ na całkowitą objętość roztworu.

Dlatego w tych przypadkach objętość substancji rozpuszczonej musi być dodana do objętości rozpuszczalnika.

Użyteczność molarności

-Znajomość molarności stężonego roztworu pozwala na wykonanie obliczeń rozcieńczenia przy użyciu prostego wzoru M1V1 = M2V2, gdzie M1 odpowiada początkowej molarności roztworu, a M2 molarności roztworu, który chcesz przygotować z roztworu za pomocą M1.

-Znając molarność rozwiązania, można łatwo obliczyć normalność rozwiązania za pomocą następującego wzoru: Normalność = liczba równoważników x M

Formuły nie są zapamiętywane, ale są to jednostki lub definicje

Pamięć czasami jednak nie pamięta wszystkich równań związanych z obliczeniami stężenia. W tym celu bardzo dobrze jest mieć jasną definicję każdej koncepcji.

Z definicji jednostki są zapisywane za pomocą współczynniki konwersji wyrazić te, które odpowiadają temu, co chcesz określić.

Na przykład, jeśli masz molalność i chcesz przekonwertować ją na normalność, wykonaj następujące czynności:

(mol / kg rozpuszczalnika) x (kg / 1000 g) (g rozpuszczalnika / ml) (ml rozpuszczalnika / ml roztworu) (1000 ml / l) (Eq / mol)

Należy zauważyć, że (g rozpuszczalnika / ml) jest gęstością rozpuszczalnika. Termin (roztwór ml / rozpuszczalnik) odnosi się do tego, ile objętości roztworu rzeczywiście odpowiada rozpuszczalnikowi. W wielu ćwiczeniach ten ostatni termin jest równy 1 ze względów praktycznych, chociaż nigdy nie jest to całkowicie prawdziwe.

Referencje

  1. Chemia wprowadzająca - 1ul Wydanie kanadyjskie. Ilościowe jednostki koncentracji. Rozdział 11 Rozwiązania. Zrobiono z: opentextbc.ca
  2. Wikipedia. (2018). Równoważna koncentracja Zrobiono z: en.wikipedia.org
  3. PharmaFactz. (2018). Czym jest molarność? Zaczerpnięto z: pharmafactz.com
  4. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemia (8 wyd.). CENGAGE Learning, str. 101-103, 512, 513.
  5. Roztwory wodne-Molarność. Zaczerpnięte z: chem.ucla.edu
  6. Quimicas.net (2018). Przykłady normalności. Źródło: quimicas.net.