Πώς να υπολογίσετε τη συγκέντρωση ενός χημικού διαλύματος

Η συγκέντρωση Το χημικό διάλυμα αναφέρεται στην ποσότητα της διαλυμένης ουσίας που διαλύεται σε έναν διαλύτη. Αν και είναι σύνηθες να σκεφτόμαστε μια διαλυμένη ουσία ως ένα στερεό που προστίθεται σε έναν διαλύτη (π.χ. προσθήκη επιτραπέζιου αλατιού στο νερό), η διαλυμένη ουσία μπορεί να υπάρχει σε άλλη φάση. Εάν η διαλυμένη ουσία και ο διαλύτης βρίσκονται στην ίδια φάση, τότε ο διαλύτης είναι η παρουσία ουσίας στο μεγαλύτερο ποσοστό. Για παράδειγμα, αν προσθέσουμε μια μικρή ποσότητα αιθανόλης στο νερό, τότε η αιθανόλη είναι η διαλυμένη ουσία και το νερό είναι ο διαλύτης. Εάν προσθέσουμε μικρότερη ποσότητα νερού σε μεγαλύτερη ποσότητα αιθανόλης, τότε το νερό θα είναι η διαλυμένη ουσία.

Μονάδες συγκέντρωσης

Μόλις εντοπιστεί η διαλυμένη ουσία και ο διαλύτης, μπορείτε να προσδιορίσετε τη συγκέντρωση του διαλύματος. Υπάρχουν διάφοροι τρόποι έκφρασης συγκέντρωσης. Οι πιο συνηθισμένες μονάδες είναι το ποσοστό σύνθεσης κατά μάζα , μοριακό κλάσμα , μοριακότητα , molality , ή κανονικότητα .

Ποσοστό σύνθεσης κατά μάζα (%)

Αυτή είναι η μάζα της διαλυμένης ουσίας διαιρούμενη με τη μάζα του διαλύματος (μάζα διαλυμένης ουσίας συν μάζα διαλύτη), πολλαπλασιαζόμενη επί 100.

Παράδειγμα:
Προσδιορίστε την εκατοστιαία σύνθεση κατά μάζα ενός διαλύματος άλατος 100 g που περιέχει 20 g αλατιού.

20 g NaCl / 100 g διάλυμα x 100 =20% διάλυμα NaCl

Μοριακό κλάσμα (X)

Μοριακό κλάσμα είναι ο αριθμός των γραμμομορίων μιας ένωσης διαιρεμένος με τον συνολικό αριθμό γραμμομορίων όλων των χημικών ειδών στο διάλυμα. Το άθροισμα όλων των μοριακών κλασμάτων σε ένα διάλυμα πρέπει να ισούται με 1.

Παράδειγμα:
Ποια είναι τα μοριακά κλάσματα των συστατικών του διαλύματος που σχηματίζονται όταν αναμιγνύονται 92 g γλυκερίνης με 90 g νερό; (μοριακό βάρος νερό =18, μοριακό βάρος γλυκερόλης =92)

90 g νερό =90 g x 1 mol / 18 g =5 mol νερό
92 g γλυκερόλη =92 g x 1 mol / 92 g =1 mol γλυκερόλη
ολικό mol =5 + 1 =6 mol
x_νερό =5 mol / 6 mol =0,833
x _{γλυκερόλη} =1 mol / 6 mol =0,167

Είναι καλή ιδέα να ελέγξετε τα μαθηματικά σας βεβαιώνοντας ότι τα μοριακά κλάσματα αθροίζονται σε 1:
x_νερό + x_{γλυκερόλη} =.833 + 0.167 =1.000

Μοριακότητα (Μ)

Η μοριακότητα είναι ίσως η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη μονάδα συγκέντρωσης. Είναι ο αριθμός των mol της διαλυμένης ουσίας ανά λίτρο διαλύματος (όχι ο όγκος του διαλύτη).

Παράδειγμα:
Ποια είναι η μοριακότητα ενός διαλύματος που παράγεται όταν προστίθεται νερό σε 11 g CaCl₂ για να φτιάξετε 100 mL διαλύματος;

11 g CaCl₂ / (110 g CaCl₂ / mol CaCl₂ ) =0,10 mol CaCl₂
100 mL x 1 L / 1000 mL =0,10 L
μοριακότητα =0,10 mol / 0,10 L
μοριακότητα =1,0 Μ

Molality (m)

Μοριακότητα είναι ο αριθμός γραμμομορίων διαλυμένης ουσίας ανά κιλό διαλύτη. Επειδή η πυκνότητα του νερού στους 25 °C είναι περίπου 1 κιλό ανά λίτρο, η μοριακότητα είναι περίπου ίση με τη μοριακότητα για αραιά υδατικά διαλύματα σε αυτή τη θερμοκρασία. Αυτή είναι μια χρήσιμη προσέγγιση, αλλά να θυμάστε ότι είναι μόνο μια προσέγγιση και δεν ισχύει όταν το διάλυμα είναι σε διαφορετική θερμοκρασία, δεν είναι αραιωμένο ή χρησιμοποιεί διαλύτη διαφορετικό από νερό.

Παράδειγμα:
Ποια είναι η μοριακότητα ενός διαλύματος 10 g NaOH σε 500 g νερού;

10 g NaOH / (4 g NaOH / 1 mol NaOH) =0,25 mol NaOH
500 g νερό x 1 kg / 1000 g =0,50 kg νερό
molality =0,25 mol / 0,50 kg
μοριακότητα =0,05 M / kg
molality =0,50 m

Κανονικότητα (Ν)

Η κανονικότητα ισούται με το ισόποσο βάρος σε γραμμάρια μιας διαλυμένης ουσίας ανά λίτρο διαλύματος. Ένα γραμμάριο ισοδύναμο βάρος ή ισοδύναμο είναι ένα μέτρο της αντιδραστικής ικανότητας ενός δεδομένου μορίου. Η κανονικότητα είναι η μόνη μονάδα συγκέντρωσης που εξαρτάται από την αντίδραση.

Παράδειγμα:
1 M θειικό οξύ (H₂ SO₄ ) είναι 2 N για αντιδράσεις οξέος-βάσης επειδή κάθε mole θειικού οξέος παρέχει 2 mole ιόντων Η. Από την άλλη πλευρά, το θειικό οξύ 1 M είναι 1 N για την κατακρήμνιση θειικών, καθώς 1 mole θειικού οξέος παρέχει 1 mole θειικών ιόντων.

Παρασκευή αραιώσεων

αραιώνεις ένα διάλυμα κάθε φορά που προσθέτετε διαλύτη σε ένα διάλυμα. Η προσθήκη διαλύτη οδηγεί σε διάλυμα χαμηλότερης συγκέντρωσης. Μπορείτε να υπολογίσετε τη συγκέντρωση ενός διαλύματος μετά από αραίωση εφαρμόζοντας αυτήν την εξίσωση:

Μ_i V_i =M_f V_f

όπου M είναι μοριακότητα, V είναι όγκος και οι δείκτης i και f αναφέρονται στις αρχικές και τελικές τιμές.

Παράδειγμα:
Πόσα χιλιοστά NaOH 5,5 M χρειάζονται για να παρασκευαστούν 300 mL NaOH 1,2 M;

Λύση:
5,5 M x V₁ =1,2 M x 0,3 L
V₁ =1,2 M x 0,3 L / 5,5 M
V₁ =0,065 L
V₁ =65 mL

Έτσι, για να παρασκευάσετε το διάλυμα NaOH 1,2 M, ρίχνετε 65 mL NaOH 5,5 M στο δοχείο σας και προσθέτετε νερό για να πάρετε 300 mL τελικό όγκο.