Způsoby chemické koncentrace k expresi, jednotky, molalita a molarita



chemické koncentrace je numerická míra relativního množství rozpuštěné látky v roztoku. Toto opatření vyjadřuje vztah rozpuštěné látky k množství nebo objemu rozpouštědla nebo roztoku v jednotkách koncentrace. Termín "koncentrace" je spojen s množstvím přítomné rozpuštěné látky: roztok bude koncentrovanější, zatímco více solutu má.

Tyto jednotky mohou být fyzikální, pokud se vezmou v úvahu veličiny hmotnosti a / nebo objemu složek roztoku nebo chemikálií, když je koncentrace rozpuštěné látky vyjádřena v jednotkách molárních nebo ekvivalentních, přičemž se jako referenční hodnota uvádí hodnota Avogadro..

Díky použití molekulárních nebo atomových hmotností a počtu Avogadro je tedy možné při vyjádření koncentrace určité rozpuštěné látky přeměnit fyzikální jednotky na chemické. Proto mohou být všechny jednotky převedeny na stejné řešení.

Index

  • 1 Roztoky se zředí a koncentrují
  • 2 Způsoby vyjádření koncentrace
    • 2.1 Kvalitativní popis
    • 2.2 Klasifikace podle rozpustnosti
    • 2.3 Kvantitativní zápis
  • 3 koncentrační jednotky
    • 3.1 Jednotky relativní koncentrace
    • 3.2 Jednotky zředěné koncentrace
    • 3.3 Koncentrační jednotky založené na molech
    • 3.4 Formality a normálnost
  • 4 Molarita
    • 4.1 Cvičení 1
    • 4.2 Cvičení 2
  • 5 Normálnost
    • 5.1 Výpočet
    • 5.2 Cvičení 1
  • 6 Molalita
    • 6.1 Cvičení 1
  • 7 Doporučení a důležité poznámky o chemické koncentraci
    • 7.1 Objem roztoku je vždy větší než objem rozpouštědla
    • 7.2 Využití Molarity
    • 7.3 Vzorce nejsou zapamatovány, ale jednotky nebo definice jsou
  • 8 Odkazy 

Roztoky se zředí a koncentrují

Jak je možné si všimnout, zda je koncentrace velmi zředěná nebo koncentrovaná? Na první pohled projevem jakékoliv z jeho organoleptických nebo chemických vlastností; to znamená ty, které vnímají smysly nebo které lze měřit.

Horní obrázek ukazuje ředění koncentrace dichromanu draselného (K2Kr2O7), která vykazuje oranžovou barvu. Zleva doprava můžete vidět, jak barva snižuje svou intenzitu při zředění koncentrace a přidává více rozpouštědla.

Toto ředění umožňuje získat tímto způsobem zředěnou koncentraci z koncentrované. Barva (a další "skryté" vlastnosti v jeho oranžovém ňadru) se mění stejně jako její koncentrace, a to buď fyzikálními nebo chemickými jednotkami..

Ale jaké jsou chemické jednotky koncentrace? Mezi nimi jsou molarita nebo molární koncentrace roztoku, který se vztahuje k molům rozpuštěné látky k celkovému objemu roztoku v litrech..

Také máte molalitu nebo také známou jako koncentraci molal, která se vztahuje na moly solutu, ale které jsou obsaženy ve standardizovaném množství rozpouštědla nebo rozpouštědla, které je přesně jeden kilogram..

Toto rozpouštědlo může být čisté nebo pokud roztok obsahuje více než jedno rozpouštědlo, bude molalita molem rozpuštěné látky na kilogram směsi rozpouštědel..

Třetí jednotka chemické koncentrace je normálnost nebo normální koncentrace roztoku, který vyjadřuje počet chemických ekvivalentů rozpuštěné látky na litr roztoku..

Jednotka, ve které je vyjádřena normálnost, je v ekvivalentech na litr (Eq / L) av medicíně je koncentrace elektrolytů v lidském séru vyjádřena v miliekvivalentech na litr (mEq / L).

Způsoby vyjádření koncentrace

Koncentrace řešení může být označena třemi hlavními způsoby, i když mají samy o sobě velké množství výrazů a jednotek, které mohou být použity k vyjádření míry této hodnoty: kvalitativní popis, kvantitativní zápis a klasifikace v termínech rozpustnosti.

V závislosti na jazyce a kontextu, ve kterém pracujete, vyberete jeden ze tří způsobů, jak vyjádřit koncentraci směsi.

Kvalitativní popis

Kvalitativní popis koncentrace směsi se používá především v neformálním a netechnickém jazyce a vyjadřuje se ve formě adjektiv, které všeobecným způsobem indikují úroveň koncentrace, kterou má řešení..

Tímto způsobem je minimální úroveň koncentrace podle kvalitativního popisu „zředěného“ roztoku a maximum je „koncentrováno“.

Hovoříme o zředěných roztocích, kdy roztok má velmi malý podíl rozpuštěné látky v závislosti na celkovém objemu roztoku. Pokud chcete roztok ředit, musíte přidat větší množství rozpouštědla nebo hledat způsoby, jak snížit rozpuštěnou látku.

Nyní hovoříme o koncentrovaných roztocích, které mají vysoký podíl rozpuštěných látek v závislosti na celkovém objemu roztoku. Roztok se koncentruje, přidá se další rozpuštěná látka nebo se sníží množství rozpouštědla.

V tomto smyslu se kvalitativní popis nazývá tato klasifikace, a to nejen proto, že postrádá matematická měření, nýbrž i pro svou empirickou kvalitu (lze jej přičítat vizuálním vlastnostem, pachům a chutí, bez nutnosti vědeckých důkazů).

Klasifikace podle rozpustnosti

Rozpustnost koncentrace označuje maximální kapacitu rozpuštěné látky, která má roztok v závislosti na podmínkách, jako je teplota, tlak a látky, které jsou rozpuštěny nebo suspendovány..

Roztoky lze rozdělit do tří typů podle úrovně rozpuštěné látky v době měření: nenasycené, nasycené a přesycené roztoky.

- Nenasycené roztoky jsou takové, které obsahují menší množství rozpuštěné látky, ze které se roztok může rozpustit. V tomto případě roztok nedosáhl své maximální koncentrace.

- Nasycené roztoky jsou takové, ve kterých bylo maximální množství rozpuštěné látky rozpuštěno v rozpouštědle při specifické teplotě. V tomto případě je rovnováha mezi oběma látkami a roztok nemůže akceptovat více rozpuštěné látky (protože se to stane, že se sráží).

- Přesycené roztoky mají více rozpuštěné látky, než by roztok přijal za rovnovážných podmínek. Toho je dosaženo zahřátím nasyceného roztoku, přidáním více rozpuštěné látky než je obvyklé. Po ochlazení nebude solut automaticky srážet solut, ale jakákoliv porucha může způsobit tento efekt v důsledku jeho nestability.

Kvantitativní zápis

V okamžiku studia roztoku, který má být použit v technické nebo vědecké oblasti, je požadována přesnost měřená a vyjádřená v jednotkách, která popisuje koncentraci podle jejích přesných hodnot hmotnosti a / nebo objemu..

Proto existuje řada jednotek sloužících k vyjádření koncentrace roztoku v jeho kvantitativním zápisu, které jsou rozděleny na fyzikální a chemické, a které zase mají své vlastní dělení..

Jednotky fyzikálních koncentrací jsou „relativní koncentrace“, které jsou vyjádřeny v procentech. Existují tři způsoby, jak vyjádřit procentuální koncentrace: hmotnostní procenta, objemové procenta a procenta hmotnostní.

Naproti tomu jednotky chemických koncentrací jsou založeny na molárních množstvích, ekvivalentech na gram, částech na milion a dalších charakteristikách rozpuštěné látky vzhledem k roztoku..

Tyto jednotky jsou nejběžnější pro svou vysokou přesnost při měření koncentrací, a proto jsou to obvykle ty, které chcete znát pro práci s chemickými roztoky..

Jednotky koncentrace

Jak je popsáno v předchozích kapitolách, při výpočtu koncentrace roztoku kvantitativně by výpočty měly být za tímto účelem řízeny stávajícími jednotkami..

Jednotky koncentrace jsou také rozděleny do jednotek s relativní koncentrací, koncentrací ředěných koncentrací, koncentrací na bázi molů a dalších přídavných jednotek..

Jednotky relativní koncentrace

Relativní koncentrace jsou vyjádřeny v procentech, jak bylo uvedeno v předchozí části. Tyto jednotky se dělí na hmotnostně hmotnostní procento, objemové procento a hmotnostní procento a vypočítají se takto:

- % hmotnostní = hmotnost rozpuštěné látky (g) / hmotnost celkového roztoku (g) ​​x 100

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

- % hmotnost / objem = hmotnost rozpuštěné látky (g) / celkový objem roztoku (ml) x 100

V tomto případě musí být pro výpočet hmotnosti nebo objemu celkového roztoku přidána hmotnost nebo objem rozpuštěné látky v poměru k obsahu rozpouštědla.

Jednotky zředěné koncentrace

Jednotky zředěné koncentrace jsou jednotky, které se používají k vyjádření těch velmi malých koncentrací, které jsou ve formě stop ve zředěném roztoku; Nejběžnějším použitím, které se těmto jednotkám předkládá, je najít stopy rozpuštěného plynu v jiném, jako jsou látky znečišťující ovzduší.

Tyto jednotky jsou uvedeny ve formě částí na milion (ppm), dílů na miliardu (ppb) a částí na bilion (ppt) a jsou vyjádřeny následovně:

- ppm = 1 mg solut / 1 I roztok

- ppb = 1 μg solut / 1 1 roztok

- ppt = 1 ng roztoku / 1 1 roztoku

V těchto výrazech se mg rovná miligramům (0,001 g), μg se rovná mikrogramům (0,000001 g) a ng se rovná nanogramům (0,000000001 g). Tyto jednotky mohou být také vyjádřeny jako objem / objem.

Jednotky koncentrace podle mol

Jednotky koncentrace založené na molech jsou jednotky molární frakce, molárního procenta, molarity a molality (tyto poslední dva jsou lépe popsány na konci článku)..

Molární zlomek substance je zlomek všech jeho základních molekul (nebo atomy) jako funkce celkových molekul nebo atomů. Vypočítá se takto:

XA = počet molů látky A / celkový počet molů v roztoku

Tento postup se opakuje pro ostatní látky v roztoku, přičemž se vezme v úvahu, že součet XA + XB + XC ... musí být rovna jedné.

Molární procento funguje podobně jako XA, pouze v závislosti na procentu:

Molární procento A = XA x 100%

V poslední části bude podrobně diskutována molarita a molalita.

Formálnost a normálnost

Konečně existují dvě jednotky koncentrace, které jsou v současné době v nouzi: formalita a normálnost.

Formality roztoku představují hmotnostně-gramové číslo na litr celkového roztoku. Je vyjádřena jako:

F = Č. P.F.G / L roztok

V tomto výrazu se P.F.G rovná hmotnosti každého atomu látky vyjádřené v gramech.

Namísto toho normálnost vyjadřuje počet ekvivalentů rozpuštěných látek dělených litry roztoku, jak je uvedeno níže:

N = ekvivalent gramů roztoku solutu / l

V uvedeném vyjádření lze ekvivalentní gramy solutu vypočítat počtem molů H+, OH- nebo jiné metody, v závislosti na typu molekuly.

Molarita

Molarita nebo molární koncentrace rozpuštěné látky je jednotka chemické koncentrace, která vyjadřuje nebo se týká molů rozpuštěné látky (n), které jsou obsaženy v jednom (1) litru (L) roztoku..

Molarita je označena velkým písmenem M a pro stanovení molů solutu (n) se gramy rozpuštěné látky (g) dělí molekulovou hmotností (MW) rozpuštěné látky..

Rovněž molekulová hmotnost PM rozpuštěné látky se získá ze součtu atomových hmotností (PA) nebo atomové hmotnosti chemických prvků, s přihlédnutím k podílu, ve kterém se spojují za vzniku solutu. Tak, různí soluutos mají jejich vlastní MPs (ačkoli toto není vždy případ) \ t.

Tyto definice jsou shrnuty v následujících vzorcích, které slouží k provedení odpovídajících výpočtů:

Molarita: M = n (moly rozpuštěné látky) / V (litr roztoku)

Počet molů: n = g rozpuštěné látky / PM rozpuštěné látky

Cvičení 1

Vypočte se Molarita roztoku, který se připraví se 45 g Ca (OH).2 rozpuštěný ve 250 ml vody.

První věc, kterou je třeba vypočítat, je molekulová hmotnost Ca (OH)2 (hydroxid vápenatý). Podle svého chemického vzorce je sloučenina vápenatý a dva oxidační anionty. Zde je hmotnost elektronu menší nebo dodatečná k danému druhu zanedbatelná, takže se vezmou atomová hmotnost:

Počet molů solutu pak bude:

n = 45 g / (74 g / mol)

n = 0,61 mol Ca (OH)2

Získá se 0,61 mol solutu, ale je důležité si uvědomit, že tyto moly jsou rozpuštěny ve 250 ml roztoku. Vzhledem k tomu, že definice Molarity je mol v a litr nebo 1000 ml, pak musí být provedeno jednoduché pravidlo tří pro výpočet molů, které jsou v 1000 ml uvedeného roztoku

Pokud je ve 250 ml roztoku => 0,61 mol solutu

           V 1000 ml roztoku => x Kolik molů existuje??

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

X = 2,44 M (mol / l)

Jiný způsob

Jiným způsobem, jak získat krtky k použití vzorce, je, že si vezmete 250 ml na litry, a to i za použití pravidla tří:

Pokud je 1000 ml => 1 litr

250 ml => x Kolik litrů je?

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

x = 0,25 1

Nahrazení pak ve vzorci Molarity:

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

M = 2,44 mol / l

Cvičení 2

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

Roztok HC1 je 2,5 molární, což znamená, že jeden litr rozpouští 2,5 mol kyseliny chlorovodíkové.

Normálnost

Normálnost nebo ekvivalentní koncentrace je jednotka chemické koncentrace roztoků, která je označena velkým písmenem N. Tato jednotka koncentrace označuje reaktivitu rozpuštěné látky a rovná se počtu ekvivalentů rozpuštěných látek (Eq) mezi objemem roztoku vyjádřeným v litrech..

N = Eq / L

Počet ekvivalentů (Eq) se rovná gramům rozpuštěné látky mezi ekvivalentní hmotností (PEq).

 Eq = g solut / PEq

Ekvivalentní hmotnost, nebo také známá jako gram ekvivalentu, se vypočítá získáním molekulové hmotnosti rozpuštěné látky a jejím vydělením ekvivalentním faktorem, který se pro účely shrnutí v rovnici nazývá zeta delta (AZ)..

PEq = PM / ΔZ

Výpočet

Výpočet normality bude mít velmi specifickou odchylku v ekvivalentním faktoru nebo ΔZ, který také závisí na typu chemické reakce, na které se podílí solut nebo reaktivní druhy. Některé případy této varianty mohou být uvedeny níže:

-Pokud se jedná o kyselinu nebo bázi, AZ nebo ekvivalentní faktor, bude se rovnat počtu vodíkových iontů (H+)  nebo hydroxylovou skupinu OH- mít rozpuštěnou látku. Například kyselina sírová (H2SO4) má dva ekvivalenty, protože má dvě protony kyseliny.

-Pokud jde o oxidačně-redukční reakce, AZ bude odpovídat počtu elektronů zapojených do oxidačního nebo redukčního procesu v závislosti na konkrétním případě. Zde přichází do hry vyvážení chemických rovnic a specifikace reakce.

-Rovněž tento ekvivalentní faktor nebo AZ bude odpovídat počtu iontů, které se sráží v reakcích klasifikovaných jako precipitace.

Cvičení 1

Stanovte normálnost 185 g Na2SO4 které jsou v 1,3 l roztoku.

Nejprve se vypočte molekulová hmotnost rozpuštěného roztoku tohoto roztoku:

Druhým krokem je výpočet ekvivalentního faktoru nebo ΔZ. V tomto případě je jako síran sodný sůl, valence nebo náboj kationtu nebo kovu Na+, který se vynásobí 2, což je dolní index chemického vzorce soli nebo rozpuštěné látky:

Na2SO4 => ΔZ = Valencia Cation x Subindex

ΔZ = 1 x 2

Pro získání ekvivalentní váhy je nahrazena odpovídající rovnicí:

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

 PEq = 71,02 g / ekv

A pak můžete vypočítat počet ekvivalentů, opět se uchylovat k dalšímu jednoduchému výpočtu:

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

Počet ekvivalentů = 2 605 Eq

Konečně, se všemi potřebnými údaji, se normálnost nyní vypočítá nahrazením podle své definice:

 N = 2,605 Eq / 1,3 L

N = 2,0 N

Molalita

Molalita je označena malým písmenem m a je rovno molům solutu, které jsou přítomny v jednom (1) kilogramu rozpouštědla. To je také nazýváno molal koncentrace a je vypočítán následujícím vzorcem: \ t

m = moly rozpuštěné látky / kg rozpouštědla

Zatímco Molarita určuje vztah molů solutu obsažených v jednom (1) litru roztoku, molalita se týká molů solutu, které existují v jednom (1) kilogramu rozpouštědla..

V těch případech, kdy se roztok připravuje s více než jedním rozpouštědlem, bude molalita vyjádřena stejně jako moly solutu na kilogram směsi rozpouštědel..

Cvičení 1

Stanoví se molalita roztoku, který byl připraven smícháním 150 g sacharózy (C12H22011) s 300 g vody.

Molekulová hmotnost sacharózy se nejprve stanoví pro výpočet molů solutu tohoto roztoku:

Vypočítá se počet molů sacharózy:

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

n = 0,438 mol sacharózy

Po odečtení gramů rozpouštědla do kilogramů se použije konečný vzorec.

Nahrazení pak:

m = 0,438 mol sacharózy / 0,3 kg vody

m = 1,46 mol C12H22011/ Kg H2O

Ačkoli v současné době probíhá debata o konečném vyjádření molality, tento výsledek lze vyjádřit také jako:

1,26 m12H22011 nebo 1,26 molal

V některých případech se považuje za výhodné vyjádřit koncentraci roztoku z hlediska molality, protože hmoty solutu a rozpouštědla netrpí nepatrnými výkyvy nebo nevýznamnými změnami v důsledku působení teploty nebo tlaku; jako v roztocích s plynnou solut.

Kromě toho je třeba zdůraznit, že tato jednotka koncentrace označená specifickou rozpuštěnou látkou je nezměněna existencí jiných rozpuštěných látek v rozpouštění..

Doporučení a důležité poznámky o chemické koncentraci

Objem roztoku je vždy větší než objem rozpouštědla

Při řešení řešení problémů vzniká chyba při interpretaci objemu roztoku, jako by to bylo rozpouštědlo. Pokud je například jeden gram čokoládového prášku rozpuštěn v jednom litru vody, objem roztoku není roven objemu jednoho litru vody..

Proč ne? Protože rozpuštěná látka bude vždy zabírat prostor mezi molekulami rozpouštědla. Pokud má rozpouštědlo vysokou afinitu pro rozpuštěnou látku, může být změna objemu po rozpuštění smíchatelná nebo zanedbatelná.

Ale pokud ne, a ještě více, pokud je množství rozpuštěné látky velké, je třeba vzít v úvahu změnu objemu. Být takto: Vsolvente + Vsoluto = Vsolución. Pouze ve zředěných roztocích nebo tam, kde je množství solutu malé, platí Volvente = Vsolution.

Tuto chybu je třeba mít na paměti zejména při práci s kapalnými rozpuštěnými látkami. Například, pokud se místo rozpuštění čokoládového prášku rozpustí med v alkoholu, pak objem přidaného medu bude mít významný vliv na celkový objem roztoku..

Proto v těchto případech musí být objem rozpuštěné látky přidán k objemu rozpouštědla.

Využití Molarity

-Znalost Molarity koncentrovaného roztoku umožňuje provádět výpočty ředění pomocí jednoduchého vzorce M1V1 = M2V2, kde M1 odpovídá počáteční Molaritě roztoku a M2 Molaritě roztoku, který chcete připravit z roztoku s M1.

-Pokud znáte molaritu roztoku, můžete snadno vypočítat normálnost roztoku pomocí následujícího vzorce: Normálnost = počet ekvivalentních x M

Vzorce nejsou zapamatovány, ale jednotky nebo definice jsou

Paměť si však někdy nepamatuje všechny rovnice relevantní pro výpočty koncentrace. Pro to je velmi užitečné mít jasnou definici každého konceptu.

Z definice jsou jednotky zapsány pomocí konverzní faktory vyjádřit ty, které odpovídají tomu, co chcete určit.

Pokud máte například molalitu a chcete ji převést na normálnost, postupujte následovně:

(mol / kg rozpouštědla) x (kg / 1000 g) (g rozpouštědla / ml) (ml rozpouštědla / ml roztoku) (1000 ml / l) (Eq / mol)

(G rozpouštědlo / ml) je hustota rozpouštědla. Termín (ml rozpouštědlo / ml roztok) označuje, kolik objemu roztoku skutečně odpovídá rozpouštědlu. V mnoha cvičeních je tento poslední termín roven 1, z praktických důvodů, i když to není nikdy úplně pravda.

Odkazy

  1. Úvodní chemie-1st Kanadské vydání. Kvantitativní jednotky koncentrace. Kapitola 11 Řešení. Převzato z: opentextbc.ca
  2. Wikipedia. (2018). Ekvivalentní koncentrace Převzato z: en.wikipedia.org
  3. PharmaFactz. (2018). Co je molarita? Převzato z: pharmafactz.com
  4. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemie (8. vydání). CENGAGE Learning, str. 101-103, 512, 513.
  5. Vodné roztoky - Molarita. Převzato z: chem.ucla.edu
  6. Quimicas.net (2018). Příklady normality. Zdroj: quimicas.net.