KONCENTRACIJA KEMIKALIJE: EKSPRESIJA, ENOTE, MOLALNOST - KEMIJA - 2026

Kemična koncentracija je številčna merilo relativne količine topljenca v raztopini. Ta meritev izraža razmerje topljenca do količine ali prostornine topila ali raztopine v enotah koncentracije. Izraz "koncentracija" je povezan s količino prisotne topljenke: raztopina bo bolj koncentrirana, več topljene snovi ima.

Te enote so lahko fizične, če se upoštevata masa mase in / ali prostornina sestavin raztopine ali kemikalij, če je koncentracija topljenca izražena v molih ali ekvivalentih, pri čemer se kot referenca upošteva številka Avogadra.

Avtor Leiem, iz Wikimedia Commons

Tako je z uporabo molekulskih ali atomskih uteži in Avogadrovega števila mogoče pretvoriti fizične enote v kemične enote pri izražanju koncentracije določene topljene snovi. Zato je mogoče vse enote pretvoriti za isto rešitev.

Razredčene in koncentrirane raztopine

Kako lahko ugotovite, ali je koncentracija zelo redčena ali koncentrirana? Na prvi pogled z manifestacijo katere koli njegove organoleptične ali kemične lastnosti; torej tiste, ki jih čutila zaznajo ali jih je mogoče izmeriti.

Zgornja slika prikazuje redčenje koncentracije kalijevega dikromata (K ₂ Cr ₂ O ₇ ), ki ima oranžno barvo. Od leve proti desni lahko vidite, kako se barva zmanjšuje po intenzivnosti, ko koncentracija razredči in dodate več topila.

S takšnim redčenjem lahko na ta način dobimo razredčeno koncentracijo iz koncentrirane. Barva (in druge "skrite" lastnosti v njenem oranžnem jedru) se spreminjajo enako kot koncentracija, bodisi s fizikalnimi ali kemičnimi enotami.

Toda kakšne so kemijske enote koncentracije? Med njimi je molarnost ali molska koncentracija raztopine, ki molove topljene snovi povezuje s celotnim volumnom raztopine v litrih.

Obstaja tudi molalnost ali imenovana tudi koncentracija mola, ki se nanaša na molove topljene snovi, vendar so v standardizirani količini topila ali topila, ki znaša natanko en kilogram.

To topilo je lahko čisto ali če raztopina vsebuje več kot eno topilo, molalnost bo mola topljenca na kilogram zmesi topila.

In tretja enota koncentracije kemikalije je normalnost ali normalna koncentracija raztopine, ki izraža število kemijskih ekvivalentov topila na liter raztopine.

Enota, v kateri je normalnost izražena, je v ekvivalentih na liter (Eq / L), v medicini pa je koncentracija elektrolitov v človeškem serumu izražena v miliekvivalentih na liter (mEq / L).

Načini izražanja koncentracije

Koncentracijo raztopine lahko označimo na tri glavne načine, čeprav imajo same različne izraze in enote, ki jih lahko uporabimo za izražanje mere te vrednosti: kvalitativni opis, količinski zapis in razvrstitev v izraze topnost.

Glede na jezik in kontekst, v katerem delate, boste izbrali enega od treh načinov za izražanje koncentracije zmesi.

Kvalitativni opis

Kakovostni opis koncentracije zmesi, ki se uporablja predvsem v neformalnem in netehničnem jeziku, je izražen v obliki pridevnikov, ki na splošno kažejo raven koncentracije, ki jo ima raztopina.

Tako je najmanjša koncentracija v skladu s kvalitativnim opisom raztopina "razredčene" raztopine, najvišja pa koncentracija "koncentrirane".

O razredčenih raztopinah govorimo, kadar ima raztopina zelo nizek delež topljene snovi kot funkcijo celotne prostornine raztopine. Če želite raztopino razredčiti, dodajte več topila ali poiščite način za zmanjšanje topil.

Zdaj govorimo o koncentriranih raztopinah, kadar imajo visok delež topljene snovi kot funkcijo celotne prostornine raztopine. Za koncentriranje raztopine dodajte več topljene snovi ali zmanjšajte količino topila.

V tem smislu se ta razvrstitev imenuje kvalitativni opis, ne samo zato, ker nima matematičnih meritev, ampak zaradi svoje empirične kakovosti (lahko jo pripišemo vizualnim značilnostim, vonjem in okusom, ne da bi potrebovali znanstvene preizkuse).

Razvrstitev po topnosti

Topnost koncentracije pomeni največjo možno topnostno raztopino, ki jo ima raztopina, odvisno od pogojev, kot so temperatura, tlak in snovi, ki so raztopljene ali v suspenziji.

Raztopine lahko razvrstimo v tri vrste glede na raven raztopljenega topila v času merjenja: nenasičene, nasičene in prenasičene raztopine.

- Nenasičene raztopine so tiste, ki vsebujejo manjšo količino topljene snovi, kot jo lahko raztopi raztopina. V tem primeru raztopina ni dosegla največje koncentracije.

- nasičene raztopine so tiste, pri katerih je bila v topilu pri določeni temperaturi raztopljena največja možna količina topnega topila. V tem primeru obstaja ravnovesje med obema snovma in raztopina ne more sprejeti več topne snovi (ker se bo obarila).

- Prenasičene raztopine so bolj topne, kot bi jih raztopina sprejela v ravnotežnih pogojih. To dosežemo s segrevanjem nasičene raztopine, dodajamo več topljenega kot običajno. Ko je hladen, topila ne bo samodejno obarvala, vendar lahko kakršne koli motnje zaradi njegove nestabilnosti povzročijo ta učinek.

Kvantitativni zapis

Pri preučevanju raztopine, ki se uporablja na tehničnem ali znanstvenem področju, je potrebna natančnost, izmerjena in izražena v enotah, ki opisujejo koncentracijo glede na njene natančne vrednosti mase in / ali prostornine.

Zato obstaja vrsta enot, ki se uporabljajo za izražanje koncentracije raztopine v njenem količinskem zapisu, ki so razdeljene na fizikalne in kemične in ki imajo svoje pododdelke.

Enote fizičnih koncentracij so "relativne koncentracije", ki so izražene v odstotkih. Obstajajo trije načini izražanja odstotnih koncentracij: masni odstotki, volumski odstotki in masni volumski odstotki.

Namesto tega enote kemijskih koncentracij temeljijo na molarnih količinah, gramskih ekvivalentih, delenih na milijon in drugih značilnostih topljenca glede na raztopino.

Te enote so najpogostejše zaradi njihove visoke natančnosti pri merjenju koncentracij, zato so ponavadi tiste, ki jih želite vedeti pri delu s kemičnimi raztopinami.

Koncentracijske enote

Kot je opisano v prejšnjih razdelkih, bi morali izračuni pri količinskem opisu koncentracije raztopine v ta namen voditi obstoječe enote.

Prav tako so koncentracijske enote razdeljene na tiste z relativno koncentracijo, na razredčene koncentracije, tiste, ki temeljijo na molih, in na dodatne.

Enote relativne koncentracije

Relativne koncentracije so tiste, izražene v odstotkih, kot je navedeno v prejšnjem razdelku. Te enote so razdeljene na masno-masni, volumski in volumski odstotek ter se izračunajo na naslednji način:

-% masa = masa topljene snovi (g) / masa celotne raztopine (g) x 100

-% prostornine = prostornina topljene snovi (ml) / prostornina celotne raztopine (ml) x 100

-% masa / prostornina = masa topljene snovi (g) / prostornina celotne raztopine (ml) x 100

V tem primeru je treba za izračun mase ali prostornine celotne raztopine dodati maso ali prostornino topljenca z maso topila.

Enote redčene koncentracije

Enote redčene koncentracije so tiste, ki se uporabljajo za izražanje tistih zelo majhnih koncentracij, ki so v obliki sledi v razredčeni raztopini; najpogostejša uporaba teh enot je iskanje sledov enega plina, raztopljenega v drugem, na primer snovi, ki onesnažujejo zrak.

Te enote so navedene v obliki delov na milijon (ppm), delov na milijardo (ppb) in delov na trilijone (ppt) in so izražene na naslednji način:

- ppm = 1 mg raztopine / 1 L raztopine

- ppb = 1 μg raztopine / 1 L raztopine

- ppt = 1 ng topljene / 1 L raztopine

V teh izrazih je mg enako miligramom (0,001 g), μg je enak mikrogramom (0,000001 g), ng pa nanogramom (0,000000001 g). Te enote se lahko izrazijo tudi v količini / prostornini.

Koncentracijske enote kot funkcija molov

Koncentracijske enote, ki temeljijo na molih, so molekularna frakcija, molska stopnja, molarnost in molalnost (zadnja dva sta bolje opisana na koncu članka).

Molski delež snovi je delež vseh njegovih sestavnih molekul (ali atomov) kot odvisnosti od skupnih molekul ali atomov. Izračuna se na naslednji način:

X _A = število molov snovi A / skupno število molov v raztopini

Ta postopek se ponovi za ostale snovi v raztopini, ob upoštevanju, da mora biti vsota X _A + X _B + X _C … enaka enaki.

Motni odstotek se dela podobno kot X _A , le v odstotkih:

Molarni odstotek A = X _A x 100%

V zadnjem delu bo podrobno obravnavana molarnost in molalnost.

Formalnost in normalnost

Na koncu sta še dve uporabi koncentracije: formalnost in normalnost.

Formalnost raztopine predstavlja število gram-formule na gram celotne raztopine. Izraženo je kot:

F = Št. Raztopina PFG / L

V tem izrazu je PFG enak teži vsakega atoma snovi, izražene v gramih.

Namesto tega normalnost predstavlja število ekvivalentov topljene snovi, deljeno z litri raztopine, kot je navedeno spodaj:

N = ekvivalent gramov raztopine sol / L

V omenjenem izražanju lahko ekvivalentne grame topljene snovi izračunamo glede na število molov H ⁺ , OH ^- ali druge metode, odvisno od vrste molekule.

Molarnost

Molarnost ali molska koncentracija topljene snovi je enota kemijske koncentracije, ki izraža ali navezuje molove topila (n), ki jih vsebuje en (1) liter (L) raztopine.

Molarnost je označena z veliko začetnico M in za določitev molov topljene snovi (n) se grami topljene snovi (g) delijo z molekulsko maso (MW) topljene snovi.

Prav tako je molekulska masa toplotnega topila MW dobljena iz vsote atomske mase (PA) ali atomske mase kemičnih elementov, upoštevajoč delež, v katerem se združijo, da tvorijo topilo. Tako imajo različni topili lastni PM (čeprav to ni vedno tako).

Te opredelitve so povzete v naslednjih formulah, uporabljenih za izvedbo ustreznih izračunov:

Molarnost: M = n (moli topljene snovi) / V (liter raztopine)

Število molov: n = g topljene snovi / MW topljene snovi

Vaja 1

Izračunamo Molarnost raztopine, ki jo pripravimo s 45 g Ca (OH) _2, raztopljenega v 250 ml vode.

Prva stvar za izračun je molekulska masa Ca (OH) ₂ (kalcijev hidroksid). Po kemijski formuli spojino sestavljata kalcijev kation in dva hidroksilna aniona. Tu je teža elektrona, ki je manj ali več vrst, zanemarljiva, zato se upošteva atomska teža:

Vir: Gabriel Bolívar

Število molov topljene snovi je potem:

n = 45 g / (74 g / mol)

n = 0,61 molov Ca (OH) ₂

Dobimo 0,61 mola topljene snovi, vendar je pomembno vedeti, da ti moli ležijo raztopljeni v 250 ml raztopine. Ker je definicija molarnosti moli v litru ali 1000 ml, je treba za izračunavanje molov, ki so v 1000 ml omenjene raztopine, narediti preprosto pravilo treh.

Če je v 250 ml raztopine => 0,61 molov topljene snovi

V 1000 ml raztopine => x Koliko molov je?

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

X = 2,44 M (mol / L)

Še en način

Drugi način pridobitve molov za uporabo formule zahteva, da se 250 ml odnese v litre, pri čemer se uporabi tudi pravilo treh:

Če je 1000 ml => 1 liter

250 ml => x Koliko litrov je?

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

x = 0,25 L

Nadomestitev nato v formuli molarnosti:

M = (0,61 mol topljene snovi) / (0,25 L raztopine)

M = 2,44 mol / L

Vaja 2

Kaj pomeni, da raztopina HCl znaša 2,5 M?

Raztopina HCl je 2,5 molarna, to je, da se v njenem litru raztopi 2,5 mola klorovodikove kisline.

Običajno

Normalnost ali enakovredna koncentracija je enota koncentracije kemičnih raztopin, ki je označena z veliko začetnico. Ta enota koncentracije kaže reaktivnost topila in je enaka številu ekvivalentov topljene snovi (Eq), deljeni s prostornino raztopine, izraženo v litrih.

N = Eq / L

Število ekvivalentov (Eq) je enako gramom topljene snovi, deljeno z ekvivalentno maso (PEq).

Eq = g topljenca / PEq

Ekvivalentna teža ali znana tudi kot gram ekvivalent se izračuna tako, da dobimo molekulsko maso topljene snovi in ​​jo delimo z enakovrednim faktorjem, ki se za seštevanje v enačbi imenuje delta zeta (ΔZ).

PEq = PM / ΔZ

Izračun

Izračun normalnosti bo imel zelo specifično nihanje enakovrednega faktorja ali ΔZ, kar je odvisno tudi od vrste kemijske reakcije, v kateri sodelujejo topne ali reaktivne vrste. Spodaj je mogoče navesti nekaj primerov te različice:

-Če gre za kislino ali bazo, je ΔZ ali enakovreden faktor, ki bo enak številu vodikovih ionov (H ⁺ ) ali hidroksil OH ^-, ki jih ima topen. Na primer, žveplova kislina (H ₂ SO ₄ ) ima dva ekvivalenta, ker ima dva kisla protona.

-Ko gre za oksidacijsko-redukcijske reakcije, bo ΔZ ustrezal številu elektronov, vključenih v postopek oksidacije ali redukcije, odvisno od posameznega primera. Tu se začneta uravnavati kemijske enačbe in specifikacija reakcije.

-Torej bo ta ekvivalentni faktor ali ΔZ ustrezal številu ionov, ki se oborijo v reakcijah, razvrščenih kot padavine.

Vaja 1

Določite normalnost 185 g Na ₂ SO _{4, ki ga} najdemo v 1,3 L raztopine.

Najprej se izračuna molekulska teža topila v tej raztopini:

Vir: Gabriel Bolívar

Drugi korak je izračun ekvivalentnega faktorja ali ΔZ. Ker je natrijev sulfat sol, bomo upoštevali valenco ali naboj kationa ali kovine Na ⁺ , ki se pomnoži z 2, kar je podpis kemične formule soli ali topljene snovi:

Na ₂ SO ₄ => AZ = Valencija Kationska x podpisano

∆Z = 1 x 2

Da dobimo ekvivalentno maso, jo nadomestimo v ustrezni enačbi:

PEq = (142.039 g / mol) / (2 ekv. / Mol)

PEq = 71,02 g / ekv

In nato lahko nadaljujete s izračunavanjem števila ekvivalentov, pri čemer se ponovno zateče k drugemu preprostemu izračunu:

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

Število ekvivalentov = 2.605 Eq

Končno, z vsemi potrebnimi podatki se zdaj normalnost izračuna z nadomestitvijo v skladu z njeno definicijo:

N = 2.605 Eq / 1.3 L

N = 2,0 N

Molality

Molalnost je označena z malo črko m in je enaka molom topljene snovi, ki so prisotni v enem (1) kilogramu topila. Znana je tudi kot koncentracija molala in se izračuna po naslednji formuli:

m = moli topila / kg topila

Medtem ko Molarity vzpostavi razmerje molov topljene snovi v enem (1) litru raztopine, molalnost navezuje molove topljene snovi, ki obstajajo v enem (1) kilogramu topila.

V primerih, ko raztopino pripravimo z več kot enim topilom, se molalnost izrazi na mole topne snovi na kilogram zmesi topila.

Vaja 1

Določite molalnost raztopine, ki smo jo pripravili z mešanjem 150 g saharoze (C ₁₂ H ₂₂ 0 ₁₁ ) s 300 g vode.

Najprej se določi molekulska masa saharoze, da se v tej raztopini izračuna moli topila:

Vir: Gabriel Bolívar

Število molov saharoze se izračuna:

n = (150 g saharoze) / (342.109 g / mol)

n = 0,438 molov saharoze

Grami topila se nato pretvorijo v kilograme, da se uporabi končna formula.

Nadomestitev:

m = 0,438 molov saharoze / 0,3 kilograma vode

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

Čeprav trenutno poteka razprava o končnem izražanju molalnosti, se lahko ta rezultat izrazi tudi kot:

1,26 m C ₁₂ H ₂₂ 0 ₁₁ ali 1,26 molal

Včasih se zdi koristno izraziti koncentracijo raztopine v smislu molalnosti, saj mase topljenca in topila ne vplivajo na rahla nihanja ali navidezne spremembe zaradi vplivov temperature ali tlaka; kot se dogaja v raztopinah s plinastim topljenjem.

Poleg tega je poudarjeno, da ta koncentracijska enota, ki se nanaša na določeno topilo, ni spremenjena z obstojem drugih topljenih snovi v raztopini.

Priporočila in pomembne opombe o koncentraciji kemikalij

Prostornina raztopine je vedno večja od volumna topila

Ko se vaje z raztopino rešijo, se pojavi interpretacija volumna raztopine, kot da je topilo. Na primer, če v enem litru vode raztopimo en gram čokolade v prahu, prostornina raztopine ni enaka litru vode.

Zakaj ne? Ker bo topilo vedno zasedalo prostor med molekulami topila. Kadar ima topilo visoko afiniteto do topljene snovi, je lahko sprememba volumna po raztapljanju zanemarljiva ali zanemarljiva.

Če pa ni, še bolj pa, če je količina topljene snovi velika, je treba upoštevati spremembo prostornine. Tako: Vsolvent + Vsolute = raztopina. Vsolvent = Vsolution velja le v razredčenih raztopinah ali kjer so količine topljene majhne.

Upoštevati morate to napako, zlasti pri delu s tekočimi topili. Na primer, če namesto da raztopimo čokolado v prahu, med raztopimo v alkoholu, potem bo količina dodanega medu opazno vplivala na celotno prostornino raztopine.

Zato je treba v teh primerih dodati prostornini topljenca prostornini topila.

Uporabnost molarnosti

- Poznavanje molarnosti koncentrirane raztopine omogoča izračune redčenja po preprosti formuli M1V1 = M2V2, kjer M1 ustreza začetni Molarnosti raztopine, M2 pa Molarnosti raztopine, ki jo pripravimo iz raztopine z M1.

-Za poznavanje Molarnosti raztopine je mogoče njeno normalno stanje enostavno izračunati po naslednji formuli: Normalnost = število enakovrednih x M

Formule niso zapomnjene, vendar so enote ali definicije

Vendar včasih spomin ne uspe, ko se spomnimo vseh enačb, ki se nanašajo na izračune koncentracije. Za to je zelo koristno imeti zelo jasno opredelitev vsakega koncepta.

Izhajajoč iz definicije, enote zapišemo s pomočjo faktorjev pretvorbe, da izrazimo tiste, ki ustrezajo temu, kar je treba določiti.

Če imate na primer molalnost in jo želite spremeniti v normalno stanje, nadaljujte tako:

(mol / kg topilo) x (kg / 1000 g) (g topilo / ml) (ml topilo / ml raztopine) (1000 ml / l) (ekv / mol)

Upoštevajte, da je (g topilo / ml) gostota topila. Izraz (ml topilo / ml raztopine) se nanaša na to, koliko prostornine raztopine dejansko ustreza topilu. V mnogih vajah je ta zadnji izraz iz praktičnih razlogov enak 1, čeprav nikoli ni povsem resničen.

Reference

1. Uvodni Chemistry- 1 ^st kanadski Edition. Količinske koncentracijske enote. Poglavje 11 Rešitve Izvedeno iz: opentextbc.ca
2. Wikipedija. (2018). Enakovredna koncentracija Izvedeno iz: en.wikipedia.org
3. PharmaFactz. (2018). Kaj je molarnost? Vzeto iz: pharmafactz.com
4. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje, str 101-103, 512, 513.
5. Vodne raztopine - Molarnost. Vzeto iz: chem.ucla.edu
6. Quimicas.net (2018). Primeri normalnosti. Pridobljeno: quimicas.net.