ХИМИЧЕСКА КОНЦЕНТРАЦИЯ: ЕКСПРЕСИЯ, ЕДИНИЦИ, МОЛАЛНОСТ - ХИМИЯ - 2025

В химическата концентрация е цифровата мярката на относителното количество на разтвореното вещество в разтвор. Това измерване изразява съотношение на разтвореното вещество към количество или обем на разтворителя или разтвора в единица концентрация. Терминът "концентрация" е свързан с количеството присъстващ разтворител: разтворът ще бъде по-концентриран, колкото повече разтворим има.

Тези единици могат да бъдат физични, когато се вземат предвид масовите и / или обемните величини на разтвора или химическите компоненти, когато концентрацията на разтвореното вещество е изразена като моли или еквиваленти, като се приема числото на Avogadro.

От Leiem, от Wikimedia Commons

По този начин, използвайки молекулни или атомни тегла и числото на Avogadro, е възможно да се преобразуват физически единици в химически единици, когато се изразява концентрацията на дадено разтворимо вещество. Следователно, всички единици могат да бъдат преобразувани за едно и също решение.

Разредени и концентрирани разтвори

Как можете да разберете дали концентрацията е много разредена или концентрирана? На пръв поглед чрез проявата на някое от неговите органолептични или химични свойства; тоест тези, които сетивата възприемат или които могат да бъдат измерени.

Горното изображение показва разреждане на концентрация на калиев дихромат (K ₂ Cr ₂ O ₇), който има оранжев цвят. Отляво надясно можете да видите как цветът намалява по интензитет, докато концентрацията се разрежда, добавяйки още разтворител.

Това разреждане позволява да се получи по този начин разредена концентрация от концентрирана. Цветът (и другите "скрити" свойства в оранжевото му ядро) се променя по същия начин, както концентрацията му, или с физически или химически единици.

Но какви са химическите единици за концентрация? Сред тях са моларността или моларната концентрация на разтвор, която свързва молите на разтвореното вещество с общия обем на разтвора в литри.

Съществува също моларност или наричана още концентрация на молал, която се отнася до бенките на разтвореното вещество, но които се съдържат в стандартизирано количество от разтворителя или разтворителя, което е точно един килограм.

Този разтворител може да бъде чист или ако разтворът съдържа повече от един разтворител, молалността ще бъде молите разтворители на килограм от сместа на разтворителя.

И третата единица на химическа концентрация е нормалността или нормалната концентрация на разтвор, която изразява броя на химическите еквиваленти на разтвореното вещество на литър разтвор.

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 обозначена по три основни начина, въпреки че те имат голямо разнообразие от термини и единици, които могат да бъдат използвани за изразяване на мярката на тази стойност: качествено описание, количествено обозначение и класификация в термини разтворимост.

В зависимост от езика и контекста, на който работите, ще бъде избран един от трите начина за изразяване на концентрацията на смес.

Качествено описание

Използвано главно в неформален и нетехнически език, качественото описание на концентрацията на смес се изразява под формата на прилагателни, които обозначават обобщен начин нивото на концентрация, което има разтворът.

По този начин, минималното ниво на концентрация според качественото описание е нивото на "разреден" разтвор, а максималното е на "концентриран".

Говорим за разредени разтвори, когато разтворът има много ниско съотношение на разтвореното вещество като функция от общия обем на разтвора. Ако искате да разреждате разтвор, добавете още разтворител или намерете начин за намаляване на разтворителя.

Сега говорим за концентрирани разтвори, когато те имат висока част на разтвореното вещество като функция от общия обем на разтвора. За да концентрирате разтвор, добавете повече разтворител или намалете количеството разтворител.

В този смисъл тази класификация се нарича качествено описание не само поради липса на математически измервания, а поради емпиричното й качество (може да се припише на визуални особености, миризми и вкусове, без да са необходими научни тестове).

Класификация по разтворимост

Разтворимостта на концентрация означава максималната способност за разтваряне, която разтворът притежава, в зависимост от условия като температура, налягане и вещества, които се разтварят или в суспензия.

Разтворите могат да бъдат класифицирани в три вида според нивото на разтворения разтворител по време на измерването: ненаситени, наситени и свръхнаситени разтвори.

- Ненаситените разтвори са тези, които съдържат по-малко количество разтворим, отколкото разтворът може да разтвори. В този случай разтворът не е достигнал максималната си концентрация.

- Наситените разтвори са тези, при които максимално възможното количество разтворим е разтворено в разтворителя при определена температура. В този случай съществува равновесие между двете вещества и разтворът не може да приеме повече разтворимост (тъй като ще се утаи).

- Свръхнаситените разтвори имат повече разтворимост, отколкото разтворът би приел при равновесни условия. Това се постига чрез нагряване на наситен разтвор, добавяне на повече разтворимо от нормалното. Веднъж изстинал, той няма да утаи автоматично разтвореното вещество, но всяко смущение може да причини този ефект поради неговата нестабилност.

Количествено обозначение

При проучване на разтвор, който да се използва в техническата или научната област, е необходима прецизност, измерена и изразена в единици, които описват концентрацията според нейните точни стойности на маса и / или обем.

Ето защо има поредица от единици, използвани за изразяване на концентрацията на разтвор в неговата количествена нотация, които са разделени на физични и химични и които от своя страна имат свои подразделения.

Единиците на физическите концентрации са тези с "относителна концентрация", които се изразяват в проценти. Има три начина за изразяване на процентни концентрации: масови проценти, обемни проценти и масово-обемни проценти.

Вместо това единиците на химичните концентрации се основават на моларни количества, грамови еквиваленти, части на милион и други характеристики на разтвореното вещество спрямо разтвора.

Тези единици са най-разпространени поради високата им точност при измерване на концентрации и поради тази причина обикновено те са тези, които искате да знаете, когато работите с химически разтвори.

Единици за концентрация

Както е описано в предишните раздели, когато количествено характеризира концентрацията на разтвор, изчисленията трябва да се ръководят от съществуващите единици за тази цел.

По същия начин, концентрационните единици се разделят на тези с относителна концентрация, тези на разредени концентрации, тези на базата на бенки и допълнителни.

Единични единици за концентрация

Относителните концентрации са тези, изразени в проценти, както е посочено в предишния раздел. Тези единици се разделят на масово-масови, обемни и обемни проценти и се изчисляват, както следва:

-% маса = маса на разтвореното вещество (g) / маса на общия разтвор (g) x 100

-% обем = обем на разтворителя (мл) / обем на общия разтвор (мл) х 100

-% маса / обем = маса на разтворен (g) / обем на общия разтвор (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 масата на разтворителя.

Единици на разредена концентрация

Единиците на разредена концентрация са тези, които се използват за изразяване на онези много малки концентрации, които са под формата на следи в разреден разтвор; най-честата употреба за тези единици е да се намерят следи от един газ, разтворен в друг, като агенти, които замърсяват въздуха.

Тези единици са изброени под формата на части на милион (ppm), части на милиард (ppb) и части на трилион (ppt), и се изразяват, както следва:

- ppm = 1 mg разтворим / 1 L разтвор

- ppb = 1 μg разтворен / 1 L разтвор

- ppt = 1 ng разтворен / 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.

Концентрационните единици като функция на бенките

Концентрационните единици на базата на молите са тези на молната фракция, молния процент, моларността и молалността (последните две са по-добре описани в края на статията).

Молната фракция на веществото е фракцията от всички съставни молекули (или атоми) като функция от общите молекули или атоми. Изчислява се по следния начин:

X _A = брой молове на веществото A / общ брой молове в разтвора

Тази процедура се повтаря за останалите вещества в разтвора, като се вземе предвид, че сумата от X _A + X _B + X _C … трябва да е равна на единица.

Молният процент се работи по подобен начин на X _A, само като процент:

Моларен процент от A = X _A x 100%

Последният раздел ще обсъди подробно моларността и моларността.

Формалност и нормалност

И накрая, има две концентрационни единици, които в момента се използват: формалност и нормалност.

Формалността на разтвора представлява броят на теглото-формула грам на литър от общия разтвор. Тя се изразява като:

F = Не PFG / L разтвор

В този израз PFG е равен на теглото на всеки атом на веществото, изразено в грамове.

Вместо това, нормалността представлява броя на разтворимите еквиваленти, разделен на литри разтвор, както е изразено по-долу:

N = еквивалентни грамове разтвор / L разтвор

В споменатия израз, еквивалентните грамове разтворим могат да бъдат изчислени по броя на молите Н ⁺, ОН ^- или други методи, в зависимост от вида на молекулата.

Моларност

Моларността или моларната концентрация на разтвореното вещество е единицата химическа концентрация, която изразява или свързва молите на разтвореното вещество (n), които се съдържат в един (1) литър (L) от разтвора.

Моларността се обозначава с главна буква М и за да се определят молите на разтвореното вещество (n), грамовете разтворено вещество (g) се делят на молекулното тегло (MW) на разтвореното вещество.

По същия начин, молекулното тегло MW на разтвореното вещество се получава от сумата на атомните тегла (PA) или атомната маса на химичните елементи, като се има предвид пропорцията, в която те се комбинират, за да образуват разтвореното вещество. По този начин различните разтворители имат свой собствен ПМ (въпреки че това не винаги е така).

Тези дефиниции са обобщени в следните формули, използвани за извършване на съответните изчисления:

Моларност: M = n (моли разтворимо вещество) / V (литър разтвор)

Брой бенки: n = g разтворимо вещество / MW разтворено вещество

Упражнение 1

Изчислете моларността на разтвор, който се приготвя с 45 g Ca (OH) _2, разтворен в 250 ml вода.

Първото нещо трябва да се изчисли молекулното тегло на Ca (OH) ₂ (калциев хидроксид). Съгласно химичната му формула, съединението се състои от калциев катион и два хидроксилни аниона. Тук теглото на електрон, по-малко или допълнително за вида, е незначително, така че атомните тегла са взети:

Източник: Габриел Боливар

Тогава броят молове на разтвореното вещество ще бъде:

n = 45 g / (74 g / mol)

n = 0,61 мола Ca (OH) ₂

Получават се 0,61 мола от разтвореното вещество, но е важно да се помни, че тези бенки лежат разтворени в 250 ml разтвор. Тъй като дефиницията на Molarity е бенка в литър или 1000 ml, след това трябва да се направи просто правило от три, за да се изчислят бенките, които са в 1000 ml от разтвора

Ако в 250 мл разтвор има => 0,61 мола разтворено вещество

В 1000 ml разтвор => x Колко бенки има?

x = (0.61 mol) (1000 mL) / 250 mL

X = 2,44 M (mol / L)

Друг начин

Другият начин за получаване на бенките за прилагане на формулата изисква 250 ml да се вземат в литри, като се прилага и правило от три:

Ако 1000 ml => са 1 литър

250 мл => х Колко литра са?

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

x = 0,25 L

Заместване след това във формулата на Molarity:

M = (0,61 mol разтворим) / (0,25 L разтвор)

М = 2,44 мола / л

Упражнение 2

Какво означава разтвор на HCl да бъде 2,5 М?

Разтворът на HCl е 2,5 моларен, тоест в един литър от него са разтворени 2,5 мола солна киселина.

нормален

Нормалността или еквивалентната концентрация е единицата химическа концентрация на разтворите, която се обозначава с главна буква Н. Тази единица за концентрация показва реактивността на разтвореното вещество и е равна на броя еквиваленти на разтвореното вещество (Eq), разделен на обема на разтвора, изразен в литри.

N = Eq / L

Броят на еквивалентите (Eq) е равен на грамовете разтворено вещество, разделено на еквивалентното тегло (PEq).

Eq = g разтворим / PEq

Еквивалентното тегло, или известно също като грамов 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 специфично изменение в еквивалентния коефициент или ΔZ, което също зависи от вида на химическата реакция, в която участва разтвореният или реактивен вид. Някои случаи на тази промяна могат да бъдат споменати по-долу:

-Когато е киселина или основа, ΔZ или еквивалентен коефициент, ще бъде равен на броя на водородните йони (H ⁺) или хидроксил OH ^- какъвто има разтвореното вещество. Например, сярна киселина (H ₂ SO ₄) има два еквивалента защото има два киселинни протони.

-Когато става дума за окислително-редукционни реакции, ΔZ ще съответства на броя на електроните, участващи в процеса на окисляване или редукция, в зависимост от конкретния случай. Тук влизат в сила балансирането на химичните уравнения и спецификацията на реакцията.

-Също така, този еквивалентен коефициент или ΔZ ще съответства на броя на йони, които се утаяват в реакции, класифицирани като утаяване.

Упражнение 1

Определяне на нормалност от 185 г Na ₂ SO ₄ намерено в 1.3 L разтвор.

Първо се изчислява молекулното тегло на разтвореното вещество в този разтвор:

Източник: Габриел Боливар

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 металния Na ⁺, които ще бъдат умножени по 2, което е индексът на химическата формула на солта или разтвореното вещество:

Na ₂ SO ₄ => ∆Z = Валенсия катион x индекс

∆Z = 1 x 2

За да се получи еквивалентното тегло, то се замества в съответното уравнение:

PEq = (142.039 g / mol) / (2 Eq / mol)

PEq = 71.02 g / Eq

И тогава можете да продължите да изчислявате броя на еквивалентите, като отново прибягвате до друго просто изчисление:

Eq = (185 g) / (71.02 g / Eq)

Брой еквиваленти = 2.605 екв

И накрая, с всички необходими данни, сега нормалността се изчислява чрез заместване според нейното определение:

N = 2.605 екв. / 1.3 л

N = 2,0 N

молалност

Моларността се обозначава с малката буква m и е равна на молите разтворители, които присъстват в един (1) килограм разтворител. Известен е също като концентрация на молал и се изчислява по следната формула:

m = молове разтворител / Kg разтворител

Докато Molarity установява съотношението на молите разтвор, съдържащи се в един (1) литър от разтвора, моларността се отнася към молите на разтвореното вещество, които съществуват в един (1) килограм разтворител.

В случаите, когато разтворът се приготвя с повече от един разтворител, молалността ще изрази същите молове разтворител на килограм от сместа на разтворителя.

Упражнение 1

Определете моларността на разтвор, който се приготвя чрез смесване на 150 g захароза (C ₁₂ H ₂₂ 0 ₁₁) с 300 g вода.

Първо се определя молекулното тегло на захарозата, за да се пристъпи към изчисляване на молите на разтвореното вещество в този разтвор:

Източник: Габриел Боливар

Броят молове захароза се изчислява:

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

n = 0,438 мола захароза

След това грамовете разтворител се превръщат в килограми, за да се приложи крайната формула.

Заместване след това:

m = 0,438 мола захароза / 0,3 килограма вода

m = 1.46 мола C ₁₂ H ₂₂ 0 ₁₁ / кг H ₂ O

Въпреки че в момента тече дебат за крайния израз на молалността, този резултат може да се изрази и като:

1,26 m C ₁₂ H ₂₂ 0 ₁₁ или 1,26 molal

Понякога се счита за изгодно да се изразява концентрацията на разтвора по отношение на моларността, тъй като масите на разтворителя и разтворителя не търпят леки колебания или непрозрачни промени поради влиянието на температурата или налягането; както се случва в разтвори с газообразно разтворено вещество.

Освен това се изтъква, че тази единица концентрация, отнасяща се до специфичен разтворител, не се променя от наличието на други разтвори в разтвора.

Препоръки и важни бележки относно химическата концентрация

Обемът на разтвора винаги е по-голям от този на разтворителя

Тъй като упражненията за решение са решени, възниква грешката при интерпретирането на обема на разтвора, сякаш това е на разтворителя. Например, ако един грам шоколад 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 висок 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, промяната в обема трябва да се вземе предвид. По този начин: Vsolvent + Vsolute = Vsolution. Само в разредени разтвори или където количествата на разтвореното вещество са малки, е валидно Vsolvent = Vsolution.

Тази грешка трябва да се има предвид, особено когато се работи с течни разтвори. Например, ако вместо разтваряне на пудрен шоколад, медът се разтваря в алкохол, тогава обемът на добавения мед ще има забележим ефект върху общия обем на разтвора.

Следователно, в тези случаи обемът на разтвореното вещество трябва да се добави към обема на разтворителя.

Полезност на Molarity

-Познаването на моларността на концентриран разтвор позволява да се правят изчисления на разреждане, използвайки простата формула M1V1 = M2V2, където M1 съответства на първоначалната моларност на разтвора, а M2 - моларността на разтвора, който трябва да се приготви от разтвора с М1.

-Познавайки моларността на разтвора, неговата нормалност може лесно да се изчисли по следната формула: нормалност = брой на еквивалента х M

Формулите не са запомнени, но единиците или определенията са

Обаче понякога паметта се проваля, когато се опитвате да запомните всички уравнения, свързани с изчисленията на концентрацията. За това е много полезно да има много ясно определение на всяко понятие.

Изхождайки от дефиницията, единиците се записват, използвайки коефициентите на преобразуване, за да изразят тези, които съответстват на това, което трябва да се определи.

Например, ако имате моларност и искате да го преобразувате в нормално, продължете както следва:

(mol / Kg разтворител) x (kg / 1000 g) (g разтворител / mL) (mL разтворител / mL разтвор) (1000mL / L) (Eq / mol)

Обърнете внимание, че (g разтворител / mL) е плътността на разтворителя. Терминът (mL разтворител / mL разтвор) се отнася до това колко обем на разтвора всъщност съответства на разтворителя. В много упражнения последният мандат е равен на 1 по практически причини, въпреки че никога не е напълно вярно.

Препратки

1. Уводна химия - 1- ^во канадско издание. Количествени единици за концентрация. Глава 11 Решения. Взета от: opentextbc.ca
2. Wikipedia. (2018). Еквивалентна концентрация. Взета от: en.wikipedia.org
3. PharmaFactz. (2018). Какво е моларност? Взета от: pharmafactz.com
4. Уитън, Дейвис, Пек и Стенли. Химия. (8-мо изд.). CENGAGE Learning, p 101-103, 512, 513.
5. Водни разтвори - моларност. Взето от: chem.ucla.edu
6. Quimicas.net (2018). Примери за нормалност. Възстановена от: quimicas.net.