CHEMICKÁ KONCENTRÁCIA: EXPRESIA, JEDNOTKY, MOLALITA - CHÉMIA - 2025

Chemické koncentrácia je numerická meradlom relatívneho množstva rozpustenej látky v roztoku. Toto meranie vyjadruje pomer rozpustenej látky k množstvu alebo objemu rozpúšťadla alebo roztoku v jednotkách koncentrácie. Termín "koncentrácia" sa vzťahuje na množstvo prítomnej rozpustenej látky: roztok bude koncentrovanejší, čím viac má rozpustená látka.

Tieto jednotky môžu byť fyzikálne, ak sa berú do úvahy hmotnostné a / alebo objemové veličiny roztoku alebo chemických zložiek, ak sa koncentrácia rozpustenej látky vyjadrí v jej móloch alebo ekvivalentoch, pričom sa ako referencia použije Avogadrovo číslo.

Autor: Leiem, z Wikimedia Commons

Teda pomocou molekulárnych alebo atómových hmotností a Avogadrovho čísla je možné previesť fyzikálne jednotky na chemické jednotky, keď sa vyjadruje koncentrácia danej rozpustenej látky. Preto môžu byť všetky jednotky prevedené na rovnaké riešenie.

Zriedené a koncentrované roztoky

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

Horný obrázok ukazuje riedenie s koncentráciou, dvojchrómanu draselného (K ₂ Kr ₂ O ₇ ), ktorá vykazuje oranžovú farbu. Zľava doprava môžete vidieť, ako farba narastá, keď sa koncentrácia nariedi, čím sa pridá ďalšie rozpúšťadlo.

Toto riedenie umožňuje získať týmto spôsobom koncentráciu zriedeného z koncentrovaného. Farba (a iné „skryté“ vlastnosti v jej oranžovom jadre) sa mení rovnako ako jej koncentrácia, a to buď s fyzikálnymi alebo chemickými jednotkami.

Ale aké sú chemické jednotky koncentrácie? Medzi nimi je molarita alebo molárna koncentrácia roztoku, ktorá vyjadruje móly rozpustenej látky z celkového objemu roztoku v litroch.

Existuje tiež molalita alebo tiež nazývaná molalová koncentrácia, 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, bude molalita tvoriť móly rozpustenej látky na kilogram zmesi rozpúšťadiel.

A treťou jednotkou chemickej koncentrácie je normálnosť alebo normálna koncentrácia roztoku, ktorá vyjadruje počet chemických ekvivalentov rozpustenej látky na liter roztoku.

Jednotka, v ktorej je vyjadrená normalita, je v ekvivalentoch na liter (Eq / L) a v 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 samotných, ktoré možno použiť na vyjadrenie miery tejto hodnoty: kvalitatívny opis, kvantitatívne zápisy a klasifikácia podľa pojmov rozpustnosť.

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

Kvalitatívny opis

Kvalitatívny opis koncentrácie zmesi, ktorý sa používa hlavne v neformálnom a netechnickom jazyku, sa vyjadruje vo forme prídavných mien, ktoré všeobecne naznačujú úroveň koncentrácie, ktorú má roztok.

Minimálna hladina koncentrácie podľa kvalitatívneho opisu je teda hladinou „zriedeného“ roztoku a maximálna hladina „koncentrovaného“.

Hovoríme o zriedených roztokoch, keď má roztok veľmi nízky podiel rozpustenej látky v závislosti od celkového objemu roztoku. Ak chcete roztok zriediť, pridajte viac rozpúšťadla alebo nájdite spôsob, ako redukovať rozpustenú látku.

Teraz hovoríme o koncentrovaných roztokoch, keď majú vysoký podiel rozpustenej látky v závislosti od celkového objemu roztoku. Na koncentrovanie roztoku pridajte viac rozpustenej látky alebo znížte množstvo rozpúšťadla.

V tomto zmysle sa táto klasifikácia nazýva kvalitatívnym opisom nielen preto, že jej chýbajú matematické merania, ale aj z dôvodu empirickej kvality (možno ju pripísať vizuálnym prvkom, pachom a chutiam bez potreby vedeckých testov).

Klasifikácia podľa rozpustnosti

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

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

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

- Nasýtené roztoky sú také roztoky, v ktorých sa maximálne množstvo rozpustenej látky rozpustilo v rozpúšťadle pri špecifickej teplote. V tomto prípade existuje rovnováha medzi oboma látkami a roztok nemôže akceptovať viac rozpustenej látky (pretože sa bude zrážať).

- Presýtené roztoky majú viac rozpustnej látky, ako by roztok prijal za rovnovážnych podmienok. Toto sa dosiahne zahrievaním nasýteného roztoku a pridaním viac rozpustenej látky ako je obvyklé. Po vychladnutí automaticky nerozpustí rozpustenú látku, ale akékoľvek rušenie môže spôsobiť tento účinok kvôli jej nestabilite.

Kvantitatívne vyjadrenie

Pri štúdiu riešenia, ktoré sa má použiť v technickej alebo vedeckej oblasti, sa vyžaduje presnosť meraná a vyjadrená v jednotkách, ktorá opisuje koncentráciu podľa jej presnej hodnoty hmotnosti a / alebo objemu.

To je dôvod, prečo existuje množstvo jednotiek používaných na vyjadrenie koncentrácie roztoku v jeho kvantitatívnom zápise, ktoré sú rozdelené na fyzikálne a chemické a ktoré zase majú svoje vlastné subdivízie.

Jednotkami fyzikálnych koncentrácií sú jednotky „relatívnej koncentrácie“, ktoré sú vyjadrené v percentách. Existujú tri spôsoby vyjadrenia percentuálnych koncentrácií: hmotnostné percentá, objemové percentá a hmotnostné percentá.

Namiesto toho sú jednotky chemických koncentrácií založené na molárnych množstvách, gramových ekvivalentoch, dieloch na milión a ďalších charakteristikách rozpustenej látky vzhľadom na roztok.

Tieto jednotky sú najbežnejšie kvôli svojej vysokej presnosti pri meraní koncentrácií, a preto sú to zvyčajne tie, ktoré chcete vedieť pri práci s chemickými roztokmi.

Koncentračné jednotky

Ako je opísané v predchádzajúcich oddieloch, pri kvantitatívnej charakterizácii koncentrácie roztoku by sa na tento účel mali výpočty riadiť existujúcimi jednotkami.

Podobne sú koncentračné jednotky rozdelené na jednotky relatívnej koncentrácie, jednotky zriedenej koncentrácie, jednotky založené na móloch a ďalšie.

Relatívne koncentračné jednotky

Relatívne koncentrácie sú koncentrácie vyjadrené v percentách, ako je uvedené v predchádzajúcej časti. Tieto jednotky sa delia na hmotnostné percentá, objemové percentá a hmotnostné percentá a vypočítajú sa takto:

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

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

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

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

Jednotky zriedenej koncentrácie

Jednotkami zriedenej koncentrácie sú tie, ktoré sa používajú na vyjadrenie tých veľmi malých koncentrácií, ktoré sú vo forme stôp v zriedenom roztoku; Najbežnejším využitím týchto jednotiek je nájsť stopy jedného plynu rozpusteného v inom, ako sú látky znečisťujúce ovzdušie.

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

- ppm = 1 mg rozpustenej látky / 1 liter roztoku

- ppb = 1 μg rozpustenej látky / 1 liter roztoku

- ppt = 1 ng rozpustenej látky / 1 liter 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 vyjadrené aj ako objem / objem.

Koncentračné jednotky ako funkcia krtkov

Koncentračné jednotky založené na móloch sú jednotky mólovej frakcie, molárne percento, molarita a molalita (posledné dve sú lepšie opísané na konci článku).

Molárna frakcia látky je frakciou všetkých jej podstatných molekúl (alebo atómov) ako funkcia celkových molekúl alebo atómov. Vypočíta sa takto:

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

Tento postup sa opakuje pre ostatné rozpustené látky, pričom sa berie do úvahy, že súčet X _A + X _B + X _C … sa musí rovnať jednej.

Molárne percento sa spracúva podobným spôsobom ako X _A , iba v percentách:

Molárne percento A = X _A x 100%

V záverečnej časti sa bude podrobne diskutovať o molarite a molalite.

Formalita a normálnosť

Napokon sú v súčasnosti nepoužívané dve jednotky koncentrácie: formalita a normálnosť.

Formalita roztoku predstavuje počet hmotností-gram-gram na liter celkového roztoku. Vyjadruje sa ako:

F = č. PFG / L roztok

V tomto vyjadrení sa PFG rovná hmotnosti každého atómu látky vyjadrenej v gramoch.

Namiesto toho normalita predstavuje počet ekvivalentov rozpustených látok vydelený litrami roztoku, ako je vyjadrené nižšie:

N = ekvivalent gramov roztoku solut / l

V uvedenej expresii sa ekvivalentné gramy rozpustenej látky môžu vypočítať podľa počtu mólov H ⁺ , OH ^- alebo inými metódami, v závislosti od typu molekuly.

molarita

Molárnosť alebo molárna koncentrácia rozpustenej látky je jednotka chemickej koncentrácie, ktorá vyjadruje alebo vyjadruje móly 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) vydelia molekulovou hmotnosťou (MW) rozpustenej látky.

Podobne sa molekulová hmotnosť MW rozpustenej látky získa zo súčtu atómových hmotností (PA) alebo atómovej hmotnosti chemických prvkov, berúc do úvahy pomer, v akom sa kombinujú, aby vytvorili rozpustenú látku. Rôzne rozpustené látky majú teda vlastného PM (aj keď to tak nie je vždy).

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

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

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

Cvičenie 1

Vypočítajte molárnosť roztoku, ktorý sa pripraví so 45 g Ca (OH) ₂ rozpusteného v 250 ml vody.

Prvá vec, ktorá sa má počítať, je molekulová hmotnosť Ca (OH) ₂ (hydroxid vápenatý). Podľa svojho chemického vzorca je zlúčenina tvorená vápnikovým katiónom a dvoma hydroxylovými aniónmi. Tu je hmotnosť elektrónu menšia alebo väčšia ako druh, zanedbateľná, takže sa berú atómové hmotnosti:

Zdroj: Gabriel Bolívar

Počet mólov rozpustenej látky bude potom:

n = 45 g / (74 g / mol)

n = 0,61 mol Ca (OH) ₂

Získa sa 0,61 mol rozpustenej látky, je však potrebné si uvedomiť, že tieto mol ležia rozpustené v 250 ml roztoku. Pretože definícia Molarity je móly v litri alebo 1 000 ml, musí sa urobiť jednoduché pravidlo troch na výpočet mólov, ktoré sú v 1 000 ml uvedeného roztoku.

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

V 1 000 ml roztoku => x Koľko mólov je?

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

X = 2,44 M (mol / l)

Inač

Ďalší spôsob, ako získať móly na aplikáciu vzorca, vyžaduje, aby sa 250 ml odobralo do litrov, pričom sa použije pravidlo troch:

Ak 1 000 ml => je 1 liter

250 ml => x Koľko je litrov?

x = (250 ml) (1 I) / 1 000 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 molárny, to znamená, že jeden liter tohto roztoku rozpustil 2,5 mólu kyseliny chlorovodíkovej.

normálne

Normalita 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) vydelenému objemom roztoku vyjadreného v litroch.

N = Eq / L

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

Eq = rozpustená látka / PEq

Ekvivalentná hmotnosť alebo tiež známa ako gram ekvivalent sa vypočíta získaním molekulovej hmotnosti rozpustenej látky a vydelením ekvivalentným faktorom, ktorý sa na účely zhrnutia v rovnici nazýva delta zeta (ΔZ).

PEq = PM / AZ

Kalkulácia

Výpočet normality bude mať veľmi špecifickú variáciu v ekvivalentnom faktore alebo ΔZ, ktorá tiež závisí od typu chemickej reakcie, na ktorej sa zúčastňujú rozpustené látky alebo reaktívne látky. Niektoré prípady tejto variácie sú uvedené nižšie:

- Ak sa jedná o kyselinu alebo bázu, orZ alebo ekvivalentný faktor, bude sa rovnať počtu atómov vodíka (H ⁺ ) alebo hydroxylu OH ^- aké má rozpustená látka. Napríklad, kyselina sírová (H ₂ SO ₄ ) má dva ekvivalenty, pretože má dve kyslé protóny.

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

- Tento ekvivalentný faktor alebo AZ bude tiež zodpovedať počtu iónov, ktoré sa zrážajú pri reakciách klasifikovaných ako zrážanie.

Cvičenie 1

Určite normalitu 185 g Na ₂ SO ₄ nachádzajú v 1,3 litra roztoku.

Najprv sa vypočíta molekulová hmotnosť rozpustenej látky v tomto roztoku:

Zdroj: Gabriel Bolívar

Druhým krokom je výpočet ekvivalentného faktora alebo ΔZ. V tomto prípade, pretože síran sodný je soľ, ^{bude sa brať do úvahy} valencia alebo náboj katiónu alebo Na ⁺ kovu , ktorý sa vynásobí 2, čo je dolný index chemického vzorca soli alebo rozpustenej látky:

Na ₂ SO ₄ => ΔZ = Valencia Cation x Dolný index

∆Z = 1 x 2

Aby sa získala ekvivalentná hmotnosť, je nahradená v príslušnej rovnici:

PEq = (142,039 g / mol) / (2 ekv. / Mol)

PEq = 71,02 g / ekv

Potom môžete pokračovať vo výpočte počtu ekvivalentov a opäť sa uchýliť k inému jednoduchému výpočtu:

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

Počet ekvivalentov = 2,605 ekv

Nakoniec sa so všetkými potrebnými údajmi počíta normalita nahradením podľa jej definície:

N = 2,605 ekv. / 1,3 1

N = 2,0 N

molarita

Molalita je označená malým písmenom ma je rovná mólom rozpustenej látky, ktoré sú prítomné v jednom (1) kilogramu rozpúšťadla. Je tiež známa ako koncentrácia molalu a počíta sa pomocou tohto vzorca:

m = móly rozpustenej látky / kg rozpúšťadla

Zatiaľ čo molárnosť určuje pomer mólov rozpustenej látky obsiahnutej v jednom (1) litri roztoku, molalita sa vzťahuje na móly rozpustenej látky, ktoré existujú v jednom (1) kilogramu rozpúšťadla.

V prípadoch, keď je roztok pripravený s viac ako jedným rozpúšťadlom, bude molalita vyjadrovať rovnaké moly rozpustenej látky na kilogram zmesi rozpúšťadiel.

Cvičenie 1

Určite molarita roztoku, ktorý bol pripravený zmiešaním 150 g sacharózy (C ₁₂ H ₂₂ 0 ₁₁ ) s 300 g vody.

Najskôr sa stanoví molekulová hmotnosť sacharózy na výpočet mólov rozpustenej látky v tomto roztoku:

Zdroj: Gabriel Bolívar

Počet mólov sacharózy sa vypočíta:

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

n = 0,438 mol sacharózy

Gramy rozpúšťadla sa potom prevedú na kilogramy, aby sa aplikoval konečný vzorec.

Nahradenie potom:

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

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

Aj keď v súčasnosti prebieha diskusia o konečnom vyjadrení molality, tento výsledok možno vyjadriť aj takto:

1,26 C ₁₂ H ₂₂ 0 ₁₁ alebo 1,26 molal

Niekedy sa považuje za výhodné vyjadriť koncentráciu roztoku, pokiaľ ide o molalitu, pretože hmotnosti rozpustenej látky a rozpúšťadla nedochádza k miernym výkyvom alebo nezmyselným zmenám v dôsledku účinkov teploty alebo tlaku; ako sa to deje v roztokoch s plynnou rozpustnou látkou.

Ďalej je potrebné zdôrazniť, že táto jednotka koncentrácie, ktorá sa týka konkrétnej rozpustenej látky, sa nezmení existenciou iných rozpustených látok v roztoku.

Odporúčania a dôležité poznámky o chemickej koncentrácii

Objem roztoku je vždy väčší ako objem rozpúšťadla

Keď sú cvičenia na riešenie vyriešené, vzniká chyba pri interpretácii objemu roztoku, akoby išlo o objem rozpúšťadla. Napríklad, ak sa jeden gram práškovej čokolády rozpustí v jednom litri vody, objem roztoku sa nerovná objemu jedného litra vody.

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

Ak nie, a ešte viac, ak je množstvo rozpustenej látky veľké, musí sa zohľadniť zmena objemu. Takto: Vsolvent + Vsolute = Vsolution. Platí iba pre zriedené roztoky alebo pre malé množstvá rozpustenej látky. Vsolvent = Vsolution.

Túto chybu treba mať na pamäti najmä pri práci s tekutými rozpustenými látkami. Napríklad, ak sa namiesto rozpustenia práškovej čokolády med rozpustí v alkohole, potom bude mať objem pridaného medu zreteľný účinok na celkový objem roztoku.

Preto v týchto prípadoch musí byť objem rozpustenej látky pridaný k objemu rozpúšťadla.

Úžitková sila

- Poznanie Molarity koncentrovaného roztoku umožňuje výpočty riedenia pomocou jednoduchého vzorca M1V1 = M2V2, kde M1 zodpovedá počiatočnej Molarity roztoku a M2 Molarity roztoku, ktorý sa má pripraviť z roztoku s M1.

-Vedomosť o molarite riešenia, jeho normálnosť sa dá ľahko vypočítať pomocou nasledujúceho vzorca: Normálnosť = počet ekvivalentov x M

Vzorce nie sú zapamätané, ale jednotky alebo definície sú

Pamäť však niekedy zlyháva, keď sa snaží zapamätať si všetky rovnice vzťahujúce sa na výpočty koncentrácie. Preto je veľmi užitočné mať jasnú definíciu každého pojmu.

Od definície sa jednotky zapisujú pomocou prevodných faktorov na vyjadrenie tých, ktoré zodpovedajú tomu, čo sa má určiť.

Napríklad, ak máte molalitu a chcete ju previesť na normálnu, postupujte takto:

(mol / kg rozpúšťadla) x (kg / 1 000 g) (g rozpúšťadlo / ml) (ml rozpúšťadla / ml roztoku) (1 000 ml / l) (Eq / mol)

Všimnite si, že (g rozpúšťadlo / ml) je hustota rozpúšťadla. Pojem (ml rozpúšťadla / ml roztoku) sa týka toho, koľko objemu roztoku skutočne zodpovedá rozpúšťadlu. V mnohých cvičeniach je tento posledný termín rovný 1 z praktických dôvodov, hoci to nikdy nie je úplne pravda.

Referencie

1. Úvodná chémia - ^1. kanadské vydanie. 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 to molarita? Prevzaté z: pharmafactz.com
4. Whitten, Davis, Peck a 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. Obnovené z: quimicas.net.