Spôsoby chemickej koncentrácie na expresiu, jednotky, molalitu a molaritu

chemickej koncentrácie je numerická miera relatívneho množstva rozpustenej látky v roztoku. Toto opatrenie vyjadruje vzťah rozpustenej látky k množstvu alebo objemu rozpúšťadla alebo roztoku v jednotkách koncentrácie. Termín "koncentrácia" je spojený s množstvom prítomnej rozpustenej látky: roztok bude koncentrovanejší, kým bude mať rozpustenejšiu látku.

Tieto jednotky môžu byť fyzikálne, keď sa berie do úvahy veľkosť hmoty a / alebo objemu zložiek roztoku alebo chemikálií, keď je koncentrácia rozpustenej látky vyjadrená v móloch alebo ekvivalentoch, pričom sa berie do úvahy číslo Avogadro..

Pomocou molekulových alebo atómových hmotností a počtu Avogadro je teda možné pri vyjadrení koncentrácie určitej rozpustenej látky konvertovať fyzikálne jednotky na chemické. Preto môžu byť všetky jednotky prevedené na rovnaké riešenie.

index

• 1 Roztoky sa zriedia a zahustia
• 2 Spôsoby vyjadrenia koncentrácie
  • 2.1 Kvalitatívny opis
  • 2.2 Klasifikácia podľa rozpustnosti
  • 2.3 Kvantitatívny zápis
• 3 koncentračné jednotky
  • 3.1 Jednotky relatívnej koncentrácie
  • 3.2 Jednotky zriedenej koncentrácie
  • 3.3 Koncentračné jednotky založené na móloch
  • 3.4 Formálnosť a normálnosť
• 4 Molarita
  • 4.1 Cvičenie 1
  • 4.2 Cvičenie 2
• 5 Normálnosť
  • 5.1 Výpočet
  • 5.2 Cvičenie 1
• 6 Molalita
  • 6.1 Cvičenie 1
• 7 Odporúčania a dôležité poznámky o chemickej koncentrácii
  • 7.1 Objem roztoku je vždy väčší ako objem rozpúšťadla
  • 7.2 Pomôcka Molarity
  • 7.3 Vzorce nie sú zapamätané, ale jednotky alebo definície sú
• 8 Referencie 

Roztoky sa zriedia a zahustia

Ako sa dá pozorovať, ak je koncentrácia veľmi zriedená alebo koncentrovaná? Na prvý pohľad prejavom ktorejkoľvek z jeho organoleptických alebo chemických vlastností; to znamená tie, ktoré vnímajú zmysly alebo ktoré možno merať.

Horný obrázok ukazuje riedenie koncentrácie dvojchrómanu draselného (K₂Cr₂O₇), ktorý vykazuje oranžovú farbu. Zľava doprava môžete vidieť, ako farba znižuje svoju intenzitu, keď sa koncentrácia zriedi, čím sa pridá viac rozpúšťadla.

Toto riedenie umožňuje získať týmto spôsobom zriedenú koncentráciu z koncentrovanej. Farba (a iné "skryté" vlastnosti v jeho oranžovom hrudníku) sa mení rovnakým spôsobom ako jej koncentrácia, či už fyzikálnymi alebo chemickými jednotkami..

Ale aké sú chemické jednotky koncentrácie? Medzi nimi sú molarita alebo molárna koncentrácia roztoku, ktorá sa vzťahuje na móly rozpustenej látky na celkový objem roztoku v litroch..

Tiež máte molalitu alebo tiež známu ako molal koncentráciu, ktorá sa vzťahuje na móly rozpustenej látky, ale ktoré sú obsiahnuté v štandardizovanom množstve rozpúšťadla alebo rozpúšťadla, ktoré je presne jeden kilogram..

Toto rozpúšťadlo môže byť čisté, alebo ak roztok obsahuje viac ako jedno rozpúšťadlo, molalita bude mól rozpustenej látky na kilogram zmesi rozpúšťadiel..

Tretia jednotka chemickej koncentrácie je normálnosť alebo normálna koncentrácia roztoku, ktorý vyjadruje počet chemických ekvivalentov rozpustenej látky na liter roztoku..

Jednotka, v ktorej je normálnosť vyjadrená, je v ekvivalentoch na liter (Eq / L) av medicíne je koncentrácia elektrolytov v ľudskom sére vyjadrená v miliekvivalentoch na liter (mEq / L).

Spôsoby vyjadrenia koncentrácie

Koncentráciu riešenia možno označiť tromi hlavnými spôsobmi, aj keď majú veľké množstvo pojmov a jednotiek, ktoré môžu byť použité na vyjadrenie miery tejto hodnoty: kvalitatívny opis, kvantitatívny zápis a klasifikácia v termínoch rozpustnosti.

V závislosti od jazyka a kontextu, v ktorom pracujete, si vyberiete jeden z troch spôsobov vyjadrenia koncentrácie zmesi.

Kvalitatívny opis

Používa sa najmä v neformálnom a netechnickom jazyku, kvalitatívny opis koncentrácie zmesi je vyjadrený vo forme prídavných mien, ktoré všeobecným spôsobom indikujú úroveň koncentrácie, ktorú má riešenie..

Týmto spôsobom je minimálna úroveň koncentrácie podľa kvalitatívneho opisu „zriedeného“ roztoku a maximum je „koncentrované“..

Hovoríme o zriedených roztokoch, keď má roztok veľmi nízky podiel rozpustenej látky v závislosti od celkového objemu roztoku. Ak chcete roztok zriediť, musíte pridať väčšie množstvo rozpúšťadla alebo hľadať spôsoby, ako znížiť rozpustenú látku.

Teraz hovoríme o koncentrovaných roztokoch, keď majú vysoký podiel rozpustenej látky v závislosti od celkového objemu roztoku. Roztok sa koncentruje, pridá sa viac rozpustenej látky alebo sa zníži množstvo rozpúšťadla.

V tomto zmysle sa tento kvalitatívny opis nazýva táto klasifikácia, a to nielen preto, že nemá matematické merania, ale pre svoju empirickú kvalitu (možno ho pripísať vizuálnym znakom, pachom a chuťou, bez potreby vedeckých dôkazov).

Klasifikácia podľa rozpustnosti

Rozpustnosť koncentrácie označuje maximálnu kapacitu rozpustenej látky, ktorá má roztok v závislosti od podmienok, ako je teplota, tlak a látky, ktoré sú rozpustené alebo suspendované..

Roztoky možno rozdeliť do troch typov podľa úrovne rozpustenej látky v čase merania: nenasýtené, nasýtené a presýtené roztoky.

- Nenasýtené roztoky sú tie, ktoré obsahujú menšie množstvo rozpustenej látky, z ktorej sa roztok môže rozpustiť. V tomto prípade roztok nedosiahol svoju maximálnu koncentráciu.

- Nasýtené roztoky sú tie, v ktorých sa maximálne množstvo rozpustenej látky rozpustí v rozpúšťadle pri špecifickej teplote. V tomto prípade existuje rovnováha medzi oboma látkami a roztok nemôže akceptovať viac rozpustenej látky (pretože sa to stane, že sa zrazí).

- Presýtené roztoky majú viac rozpustnej látky, než by roztok prijal v rovnovážnych podmienkach. To sa dosiahne zahrievaním nasýteného roztoku, pridaním väčšieho množstva rozpustenej látky ako je obvyklé. Akonáhle je za studena nevyzráža solut automaticky, ale akékoľvek rušenie môže spôsobiť tento účinok kvôli jeho nestabilite.

Kvantitatívny zápis

V okamihu štúdia riešenia, ktoré sa má použiť v technickej alebo vedeckej oblasti, sa vyžaduje presnosť merania a vyjadrenie v jednotkách, ktoré opisujú koncentráciu podľa jej presných hodnôt hmotnosti a / alebo objemu..

Preto existuje rad jednotiek, ktoré slúžia na vyjadrenie koncentrácie roztoku v jeho kvantitatívnom zápise, ktoré sú rozdelené na fyzikálne a chemické a ktoré majú zase svoje vlastné rozdelenie..

Jednotky fyzikálnych koncentrácií sú koncentrácie "relatívnej koncentrácie", ktoré sú vyjadrené v percentách. Existujú tri spôsoby, ako vyjadriť percentuálne koncentrácie: hmotnostné percentá, objemové percentá a hmotnostné percentá.

Naproti tomu jednotky chemických koncentrácií sú založené na molárnych množstvách, ekvivalentoch na gram, dieloch na milión a ďalších charakteristikách rozpustenej látky vzhľadom na roztok..

Tieto jednotky sú najbežnejšie pre svoju vysokú presnosť pri meraní koncentrácií, a preto sú zvyčajne tie, ktoré chcete vedieť pracovať s chemickými roztokmi..

Jednotky koncentrácie

Ako sa uvádza v predchádzajúcich častiach, pri výpočte koncentrácie roztoku by sa kvantitatívne mali výpočty riadiť na tento účel existujúcimi jednotkami..

Koncentračné jednotky sa tiež delia na jednotky s relatívnou koncentráciou, koncentrácie zriedených koncentrácií, koncentrácie založené na móloch a ďalšie prídavné jednotky..

Jednotky relatívnej koncentrácie

Relatívne koncentrácie sú koncentrácie vyjadrené v percentách, ako bolo uvedené v predchádzajúcej časti. Tieto jednotky sú rozdelené na hmotnostno-hmotnostné percento, objemovo-objemové percento a hmotnostne-objemové percento a sú vypočítané nasledovne:

- % hmotnosti = hmotnosť rozpustenej látky (g) / hmotnosť celkového roztoku (g) ​​x 100

- objem = objem rozpustenej látky (ml) / objem celkového roztoku (ml) x 100

- % hmot./obj. = hmota rozpustenej látky (g) / celkový objem roztoku (ml) x 100

V tomto prípade sa na výpočet hmotnosti alebo objemu celkového roztoku musí pridať hmotnosť alebo objem rozpustenej látky alebo objemu rozpustenej látky.

Jednotky zriedenej koncentrácie

Jednotky zriedenej koncentrácie sú jednotky, ktoré sa používajú na vyjadrenie tých veľmi malých koncentrácií, ktoré sú vo forme stôp v zriedenom roztoku; Najbežnejším použitím, ktoré sa týmto jednotkám predkladá, je nájsť stopy rozpusteného plynu v inom, ako látky znečisťujúce ovzdušie.

Tieto jednotky sú uvedené vo forme častí na milión (ppm), dielov na miliardu (ppb) a častí na bilión (ppt) a sú vyjadrené takto:

- ppm = 1 mg solut / 1 I roztok

- ppb = 1 μg solut / 1 I roztok

- ppt = 1 ng roztoku / 1 I roztoku

V týchto výrazoch sa mg rovná miligramom (0,001 g), μg sa rovná mikrogramom (0,000001 g) a ng sa rovná nanogramom (0,000000001 g). Tieto jednotky môžu byť tiež vyjadrené ako objem / objem.

Jednotky koncentrácie podľa mol

Jednotky koncentrácie založené na móloch sú jednotky molárnej frakcie, molárneho percenta, molarity a molality (tieto posledné dve sú lepšie opísané na konci článku)..

Molárny zlomok látky je frakcia všetkých jej molekúl (alebo atómov) ako funkcia celkových molekúl alebo atómov. Vypočíta sa takto:

X = počet mólov látky A / celkový počet mólov v roztoku

Tento postup sa opakuje pre ostatné látky v roztoku, pričom sa berie do úvahy, že súčet X + X_B + X_C ... musia byť rovné jednej.

Molárne percento funguje podobným spôsobom ako X, len v závislosti od percenta:

Molárne percento A = X x 100%

V záverečnej časti bude podrobne diskutovaná molarita a molalita.

Formálnosť a normálnosť

Nakoniec existujú dve koncentračné jednotky, ktoré sa v súčasnosti nepoužívajú: formálnosť a normálnosť.

Formálnosť roztoku predstavuje hmotnostne-gramové číslo na liter celkového roztoku. Vyjadruje sa ako:

F = Č. P.F.G / L roztok

V tomto výraze sa P.F.G rovná hmotnosti každého atómu látky vyjadrenej v gramoch.

Namiesto toho normálnosť predstavuje počet ekvivalentov rozpustených látok delený litrami roztoku, ako je uvedené nižšie:

N = ekvivalentný gram roztoku rozpustenej látky / 1

V uvedenej expresii sa ekvivalentné gramy rozpustenej látky môžu vypočítať podľa počtu mol⁺, OH^- alebo iné metódy, v závislosti od typu molekuly.

molarita

Molarita alebo molárna koncentrácia rozpustenej látky je jednotka chemickej koncentrácie, ktorá vyjadruje alebo súvisí s mólmi rozpustenej látky (n), ktoré sú obsiahnuté v jednom (1) litri (L) roztoku..

Molarita je označená veľkým písmenom M a na stanovenie mólov rozpustenej látky (n) sa gramy rozpustenej látky (g) delia molekulovou hmotnosťou (MW) rozpustenej látky..

Molekulová hmotnosť PM rozpustenej látky sa tiež získa zo súčtu atómových hmotností (PA) alebo atómovej hmotnosti chemických prvkov, pričom sa berie do úvahy pomer, v akom sa spájajú na vytvorenie rozpustenej látky. Teda, rôzni soluutos majú svojich vlastných poslancov (aj keď to nie je vždy).

Tieto definície sú zhrnuté v nasledujúcich vzorcoch, ktoré sa používajú na vykonanie príslušných výpočtov:

Molarita: M = n (móly rozpustenej látky) / V (liter roztoku)

Počet mólov: n = g rozpustenej látky / PM rozpustenej látky

Cvičenie 1

Vypočítajte Molaritu roztoku, ktorý sa pripravuje so 45 g Ca (OH).₂ rozpustil v 250 ml vody.

Prvá vec, ktorú treba vypočítať, je molekulová hmotnosť Ca (OH)₂ (hydroxid vápenatý). Podľa svojho chemického vzorca je zlúčeninou vápenatý katión a dva oxidačné anióny. Tu je hmotnosť elektrónu menej alebo navyše k druhu zanedbateľná, takže sa berie atómová hmotnosť:

Počet mólov rozpustenej látky potom bude:

n = 45 g / (74 g / mol)

n = 0,61 mol Ca (OH)₂

Získa sa 0,61 mólov rozpustenej látky, ale je dôležité si uvedomiť, že tieto moly sa rozpustia v 250 ml roztoku. Vzhľadom k tomu, že definícia Molarity je krtkami v a liter alebo 1000 ml, potom sa musí urobiť jednoduché pravidlo troch, aby sa vypočítali móly, ktoré sú v 1000 ml uvedeného roztoku

Ak je v 250 ml roztoku => 0,61 mol rozpustenej látky

           V 1000 ml roztoku => x Koľko je mol??

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

X = 2,44 M (mol / l)

Ďalší spôsob

Ďalším spôsobom, ako získať móly na použitie vzorca, je, že si vezmete 250 ml do litrov, pričom použijete aj pravidlo tri:

Ak je 1000 ml => 1 liter

250 ml => x Koľko litrov je?

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

x = 0,25 1

Nahradenie potom vo vzorci Molarity:

M = (0,61 mol rozpustenej látky) / (0,25 1 roztoku)

M = 2,44 mol / l

Cvičenie 2

Čo to znamená, že roztok HCl je 2,5 M?

Roztok HCl je 2,5 molárneho, čo znamená, že jeden liter rozpustil 2,5 mol kyseliny chlorovodíkovej.

normálnosť

Normálnosť alebo ekvivalentná koncentrácia je jednotka chemickej koncentrácie roztokov, ktorá je označená veľkým písmenom N. Táto jednotka koncentrácie označuje reaktivitu rozpustenej látky a rovná sa počtu ekvivalentov rozpustenej látky (Eq) medzi objemom roztoku vyjadreným v litroch..

N = Eq / L

Počet ekvivalentov (Eq) sa rovná gramom rozpustenej látky medzi ekvivalentnou hmotnosťou (PEq)..

 Eq = g rozpustenej látky / PEq

Ekvivalentná hmotnosť, alebo tiež známa ako gram ekvivalentu, sa vypočíta získaním molekulovej hmotnosti rozpustenej látky a jej rozdelením ekvivalentným faktorom, ktorý sa na účely sumarizácie v rovnici nazýva zeta delta (AZ)..

PEq = PM / ΔZ

kalkulácie

Výpočet normality bude mať veľmi špecifickú odchýlku v ekvivalentnom faktore alebo ΔZ, ktorá tiež závisí od typu chemickej reakcie, na ktorej sa zúčastňuje solut alebo reaktívny druh. Niektoré prípady tejto zmeny možno spomenúť nižšie:

-Ak je to kyselina alebo báza, AZ alebo ekvivalentný faktor, bude sa rovnať počtu vodíkových iónov (H⁺)  alebo OH hydroxy^- mať rozpustenú látku. Napríklad kyselina sírová (H₂SW₄) má dva ekvivalenty, pretože má dve protóny kyseliny.

-Pokiaľ ide o oxidačno-redukčné reakcie, AZ bude zodpovedať počtu elektrónov zapojených do procesu oxidácie alebo redukcie v závislosti od konkrétneho prípadu. Tu prichádza do hry vyváženie chemických rovníc a špecifikácia reakcie.

-Tento ekvivalentný faktor alebo AZ bude tiež zodpovedať počtu iónov, ktoré sa vyzrážajú v reakciách klasifikovaných ako zrážky.

Cvičenie 1

Stanovte normálnosť 185 g Na₂SW₄ ktoré sú v 1,3 1 roztoku.

Najprv sa vypočíta molekulová hmotnosť rozpustenej látky v tomto roztoku:

Druhým krokom je výpočet ekvivalentného faktora alebo AZ. V tomto prípade je ako síran sodný soľ, valencia alebo náboj katiónu alebo kovu Na⁺, ktorá sa vynásobí číslom 2, čo je dolný index chemického vzorca soli alebo rozpustenej látky: \ t

na₂SW₄ => ΔZ = Valencia Cation x Subindex

ΔZ = 1 x 2

Na získanie ekvivalentnej hmotnosti sa nahradí v príslušnej rovnici:

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

 PEq = 71,02 g / ekv

Potom môžete vypočítať počet ekvivalentov, opäť sa uchyľovať k inému jednoduchému výpočtu:

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

Počet ekvivalentov = 2 605 Eq

Nakoniec, so všetkými potrebnými údajmi sa normálnosť vypočíta nahradením podľa definície:

 N = 2,605 Eq / 1,3 L

N = 2,0 N

molarita

Molalita je označená malým písmenom m a rovná sa mólom rozpustenej látky, ktoré sú prítomné v jednom (1) kilograme rozpúšťadla. Nazýva sa tiež molal koncentrácia a vypočíta sa podľa tohto vzorca:

m = moly rozpustenej látky / kg rozpúšťadla

Zatiaľ čo Molarita určuje vzťah mólov rozpustenej látky v jednom litri roztoku, molalita sa vzťahuje na móly rozpustenej látky, ktoré existujú v jednom (1) kilograme rozpúšťadla..

V tých prípadoch, keď sa roztok pripraví s viac ako jedným rozpúšťadlom, bude molalita vyjadrovať to isté ako móly rozpustenej látky na kilogram zmesi rozpúšťadiel..

Cvičenie 1

Stanovte molalitu roztoku, ktorý bol pripravený zmiešaním 150 g sacharózy (C₁₂H₂₂0₁₁) s 300 g vody.

Molekulová hmotnosť sacharózy sa najprv stanoví na výpočet molárnych hodnôt rozpustenej látky v tomto roztoku:

Vypočíta sa počet mólov sacharózy:

n = (150 g sacharózy) / (342,109 g / mol)

n = 0,438 mol sacharózy

Po odobratí gramov rozpúšťadla do kilogramov sa použije konečný vzorec.

Nahradenie potom:

m = 0,438 mol sacharózy / 0,3 kilogramu vody

m = 1,46 mol C₁₂H₂₂0₁₁/ Kg H₂O

Hoci v súčasnosti prebieha diskusia o konečnom vyjadrení molality, tento výsledok možno vyjadriť aj ako:

1,26 m₁₂H₂₂0₁₁ alebo 1,26 molal

V niektorých prípadoch sa považuje za výhodné vyjadriť koncentráciu roztoku, pokiaľ ide o molalitu, pretože hmotnosti rozpustenej látky a rozpúšťadla netrpia miernymi výkyvmi alebo nezvyčajnými zmenami v dôsledku účinkov teploty alebo tlaku; ako v roztokoch s plynnou rozpustenou látkou.

Okrem toho sa poukazuje na to, že táto jednotka koncentrácie, ktorá sa vzťahuje na špecifickú rozpustenú látku, je nezmenená existenciou iných rozpustených látok v rozpúšťaní..

Odporúčania a dôležité poznámky o chemickej koncentrácii

Objem roztoku je vždy väčší ako objem rozpúšťadla

Ako sa riešenia riešia, vzniká chyba pri interpretácii objemu roztoku, ako keby to bolo rozpúšťadlo. Ak sa napríklad jeden gram čokoládového prášku rozpustí v jednom litri vody, objem roztoku sa rovná objemu jedného litra vody..

Prečo nie? Pretože rozpustená látka bude vždy zaberať priestor medzi molekulami rozpúšťadla. Keď má rozpúšťadlo vysokú afinitu k rozpustenej látke, zmena objemu po rozpustení môže byť smiešna alebo zanedbateľná.

Ale ak nie, a ešte viac, ak je množstvo rozpustenej látky veľké, musí sa vziať do úvahy zmena objemu. Byť teda: Vsolvente + Vsoluto = Vsolución. Platí len v zriedených roztokoch alebo tam, kde sú množstvá rozpustenej látky malé, Volvente = Vsolution.

Túto chybu je potrebné mať na pamäti najmä pri práci s tekutými rozpustenými látkami. Napríklad, ak sa namiesto rozpustenia čokoládového prášku rozpustí med v alkohole, objem pridaného medu bude mať významný vplyv na celkový objem roztoku..

Preto sa v týchto prípadoch musí objem rozpustenej látky pridať k objemu rozpúšťadla.

Využitie Molarity

-Znalosť Molarity koncentrovaného roztoku umožňuje vykonávať výpočty riedenia pomocou jednoduchého vzorca M1V1 = M2V2, kde M1 zodpovedá počiatočnej Molarite roztoku a M2 Molarita roztoku, ktorý chcete pripraviť z roztoku s M1.

-Poznajúc Molaritu roztoku, môžete ľahko vypočítať normálnosť roztoku pomocou nasledujúceho vzorca: Normálnosť = počet ekvivalentných x M

Vzorce nie sú zapamätané, ale jednotky alebo definície sú

Pamäť si však niekedy nepamätá všetky rovnice relevantné pre výpočty koncentrácie. Na to je veľmi užitočné mať jasnú definíciu každej koncepcie.

Z definície sú jednotky zapísané pomocou konverzné faktory vyjadriť tie, ktoré zodpovedajú tomu, čo chcete určiť.

Ak máte napríklad molalitu a chcete ju previesť na normálnosť, postupujte nasledovne:

(mol / kg rozpúšťadla) x (kg / 1000 g) (g rozpúšťadla / ml) (ml rozpúšťadla / ml roztoku) (1000 ml / 1) (Eq / mol)

Všimnite si, že (g rozpúšťadla / ml) je hustota rozpúšťadla. Výraz (ml rozpúšťadla / ml roztok) označuje, aký objem roztoku skutočne zodpovedá rozpúšťadlu. V mnohých cvičeniach je tento posledný termín rovný 1, z praktických dôvodov, hoci to nie je nikdy úplne pravda.

referencie

1. Úvodná chémia-1^st Kanadská edícia. Kvantitatívne jednotky koncentrácie. Kapitola 11 Riešenia. Prevzaté z: opentextbc.ca
2. Wikipedia. (2018). Ekvivalentná koncentrácia Prevzaté z: en.wikipedia.org
3. PharmaFactz. (2018). Čo je molarita? Prevzaté z: pharmafactz.com
4. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chémia. (8. vydanie). CENGAGE Learning, str. 101-103, 512, 513.
5. Vodné roztoky - Molarita. Prevzaté z: chem.ucla.edu
6. Quimicas.net (2018). Príklady normality. Zdroj: quimicas.net.