Πώς να υπολογίσετε τις συγκεντρώσεις διαλυμάτων και μιγμάτων

Η χημεία μπορεί να φαίνεται σαν ένας περίπλοκος κλάδος της επιστήμης, αλλά το μεγαλύτερο μέρος της έρευνας σε αυτόν τον τομέα εξετάζει την ανάμειξη διαφορετικών πραγμάτων μαζί και το να δούμε τι θα συμβεί στη συνέχεια. Ένα πράγμα που κάνουν οι χημικοί είναι να δημιουργούν διαλύματα και μείγματα για να πραγματοποιήσουν τα πειράματά τους. Τι είναι οι λύσεις; Τι είναι τα μείγματα; Πώς χρησιμοποιούν οι χημικοί κάθε τύπο συγκέντρωσης και μπορείτε να επαναλάβετε τη διαδικασία στο σπίτι;

Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά σε αυτές τις ερωτήσεις και ας δούμε τι μπορούμε να μάθουμε για αυτόν τον βασικό μισθωτή της χημείας.

Τι είναι οι λύσεις;

Όταν ανακατεύετε μια κουταλιά ζάχαρη σε ένα ποτήρι ζεστό νερό, τι συμβαίνει; Γυρίστε το κουτάλι μερικές φορές και η ζάχαρη διαλύεται στο νερό, δημιουργώντας κάτι γλυκό για να πιείτε. Συγχαρητήρια — κάνατε την πρώτη σας λύση. Ποια είναι άλλα παραδείγματα λύσεων;

Οι χημικοί ορίζουν τα διαλύματα ως οποιοδήποτε μείγμα δύο ή περισσότερων ουσιών όπου γίνονται ομοιογενή - ή εντελώς αναμεμιγμένα - και δεν μπορούν να διαχωριστούν με μηχανικά μέσα. Για παράδειγμα, δεν μπορείτε να βγάλετε τη ζάχαρη από το ζαχαρόνερο σας περνώντας τη μέσα από μια οθόνη ή ένα φίλτρο. Τα διαλύματα είναι δύο μέρη — ο διαλύτης και η διαλυμένη ουσία. Στο παράδειγμά μας ζάχαρης-νερού, το νερό είναι ο διαλύτης και η ζάχαρη είναι η διαλυμένη ουσία.

Ωστόσο, οι λύσεις δεν περιορίζονται στο εργαστήριο χημείας. Υπάρχουν πολλά που μπορεί να βρείτε γύρω από το σπίτι σας. Για παράδειγμα, η σόδα και άλλα ανθρακούχα ποτά είναι ανθρακούχα λόγω του διοξειδίου του άνθρακα που είναι διαλυμένο στο υγρό. Το οικιακό λευκαντικό είναι ένα διάλυμα νερού, του διαλύτη και υποχλωριώδους νατρίου, της διαλυμένης ουσίας.

Το πρωινό σας φλιτζάνι καφέ είναι ένα διάλυμα που δημιουργείται όταν τα κατακάθια ή τα σωματίδια του καφέ διαλύονται πλήρως στο νερό. Δοκιμάστε αυτή την ιδέα αραιώνοντας τον καφέ σας με νερό - το μείγμα θα φαίνεται διαυγές, όχι θολό. Η μαγιονέζα που απλώνετε στα σάντουιτς είναι επίσης μια λύση γνωστή ως γαλάκτωμα. Είναι ένα ομοιογενές μείγμα αυγών και λαδιού όπου τόσο ο διαλύτης όσο και η διαλυμένη ουσία είναι υγρά.

Τώρα που έχετε μια βασική ιδέα για το ποια είναι η λύση, ας προχωρήσουμε στον επόμενο χαρακτήρα της ιστορίας μας — το μείγμα.

Τι είναι τα μείγματα;

Θυμάστε πώς δεν μπορείτε να διαχωρίσετε λύσεις με μηχανικά μέσα; Τα μείγματα είναι ακριβώς το αντίθετο. Είναι δύο διαφορετικά υλικά, αλλά δεν γίνονται ομοιογενή, επομένως μπορείτε να τα διαχωρίσετε με φιλτράρισμα ή κοσκίνισμα.

Οτιδήποτε ανακατέψετε και μπορείτε να ξαναχωρίσετε, θεωρείται μείγμα. Όταν πρόκειται για παραδείγματα μειγμάτων, σκεφτείτε την απλή ιδέα των πετρωμάτων σε ένα βάζο με νερό. Οι ιδιότητες των λίθων και του νερού παραμένουν οι ίδιες και μπορείτε να αφαιρέσετε τους βράχους και να φιλτράρετε τυχόν μικρά σωματίδια που μπορεί να απομείνουν.

Πού μπορείτε να βρείτε άλλα μείγματα στο νοικοκυριό σας; Ψάξτε στο ψυγείο σας για οποιοδήποτε dressing σαλάτας σε στυλ βινεγκρέτ. Το λάδι και το ξύδι αναμειγνύονται αν ανακινηθούν για να δημιουργήσετε ένα νόστιμο ντρέσινγκ σαλάτας. Ωστόσο, αν τα αφήσετε για λίγο να καθίσουν, τα δύο εξαρτήματα θα χωριστούν. Μιλώντας για σαλάτες, μια ποικιλία από διαφορετικά λαχανικά είναι ένα μείγμα.

Έχετε λάσπη στην αυλή σας; Έχετε ένα μείγμα νερού και βρωμιάς. Τα δύο φαίνονται ομοιογενή, αλλά κανένα δεν αλλάζει από το άλλο. Εάν αντιμετωπίσετε ένα κύμα καύσωνα, το νερό στεγνώνει και η λάσπη γίνεται ξανά βρωμιά. Ο καπνός που επιπλέει από το μπάρμπεκιου είναι επίσης ένα μείγμα στερεών σωματιδίων που απελευθερώνονται από τη φωτιά.

Τώρα που έχετε μια καλή ιδέα για το τι είναι τα διαλύματα και τα μείγματα, πώς μπορείτε να υπολογίσετε τη συγκέντρωση του καθενός;

Φόρμουλα συγκέντρωσης που πρέπει να έχετε κατά νου

Υπάρχουν μερικοί τρόποι για τον υπολογισμό της συγκέντρωσης ενός διαλύματος. Το πρώτο βήμα είναι να προσδιοριστεί ποιος είναι ο διαλύτης και η διαλυμένη ουσία στο διάλυμα. Για αυτό το παράδειγμα, θα επιστρέψουμε σε αυτήν την αναλογία ζάχαρης-νερού που χρησιμοποιήθηκε νωρίτερα, όπου ο διαλύτης μας είναι το νερό και η διαλυμένη μας ουσία είναι η ζάχαρη. Τώρα έχουμε μερικούς διαφορετικούς τύπους συγκέντρωσης για να διαλέξουμε:

1. Μέρη ανά εκατομμύριο/δισεκατομμύριο (ppm/ppb): Αυτός ο υπολογισμός ισχύει μόνο για πολύ αραιωμένα διαλύματα. Εάν είχατε 1 εκατομμύριο μέρη νερού και 50 μέρη του ήταν ζάχαρη, θα είχατε μέτρηση 50 ppm.
2. Γραμάρια ανά λίτρο (g/L): Μια απλή μέτρηση ιδανική για χημικούς στο σπίτι. Εάν έχετε 50 γραμμάρια ζάχαρης και 1 λίτρο νερό, το αποτέλεσμα θα είναι 50 g/L.
3. Ποσοστό σύνθεσης κατά μάζα: Για αυτόν τον υπολογισμό, διαιρέστε τη μάζα της διαλυμένης ουσίας - της ζάχαρης σε αυτήν την περίπτωση - με τη μάζα του διαλύτη. Εάν ολόκληρο το διάλυμά σας ζυγίζει 100 γραμμάρια και προσθέσατε 50 γραμμάρια ζάχαρη, έχετε ένα διάλυμα ζάχαρης 50%.
4. Ποσοστό όγκου: Για αυτόν τον τύπο, διαιρέστε τον όγκο του διαλύματος με τον όγκο της διαλυμένης ουσίας και πολλαπλασιάστε τον κατά 100%. Τα αλκοολούχα ποτά είναι ένα εξαιρετικό παράδειγμα αυτού, καθώς οι ετικέτες περιέχουν ένα ποσοστό αιθανόλης — ίσως 12 έως 15%. Αυτό σημαίνει ότι υπάρχουν 12 έως 15 ml αιθανόλης για κάθε 100 ml του υγρού.

Όταν εξετάζετε λύσεις, υπάρχει επίσης η έννοια του mol, της molality και της molality. Τα mole είναι μεμονωμένα κομμάτια της διαλυμένης ουσίας και η μοριακότητα είναι ο αριθμός των moles σε ένα διάλυμα. Για να ανακαλύψετε τη μοριακή μάζα μιας διαλυμένης ουσίας, πρέπει να γνωρίζετε τη μοριακή μάζα κάθε στοιχείου στη διαλυμένη ουσία. Αυτό είναι κάτι που μπορείτε να βρείτε συχνά στον περιοδικό πίνακα.

Υπολογισμός της συγκέντρωσης των μιγμάτων

Ο τύπος συγκέντρωσης για μείγματα αντί για ομογενή διαλύματα είναι απλός σε περιπτώσεις όπου μπορείτε να διαχωρίσετε τη διαλυμένη ουσία από τον διαλύτη. Εάν έχετε ένα μείγμα πετρωμάτων και νερού, φιλτράρετε τις πέτρες και μετρήστε κάθε συστατικό μόνο του.

Εάν ανακατεύετε υγρά, όπως λάδι και ξύδι, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το μείγμα ποσοστού όγκου που αναφέρεται παραπάνω. Οι περισσότερες βινεγκρέτ είναι ένα μέρος ξίδι σε δύο μέρη λάδι, καθώς και άλλα πρόσθετα συστατικά για να δώσουν γεύση.

Εάν τα συστατικά σας δεν είναι εύκολο να διαχωριστούν, χρησιμοποιήστε τη μέθοδο μοριακής συγκέντρωσης. Τα βήματα είναι σχεδόν ίδια για τον υπολογισμό της συγκέντρωσης ενός μείγματος όπως και για τον υπολογισμό της συγκέντρωσης ενός διαλύματος.

Το μέλλον σας στη Χημεία

Όσον αφορά τη χημεία, τα μείγματα και τα διαλύματα αποτελούν αναπόσπαστο μέρος της επιστήμης — αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι περιορίζονται στο εργαστήριο. Ρίξτε μια ματιά στην κουζίνα ή το νοικοκυριό σας. Ποιες άλλες λύσεις και μείγματα μπορείτε να ανακαλύψετε;

Εάν θέλετε ένα μέλλον στη χημεία, το να γνωρίζετε πώς να χρησιμοποιείτε κάθε τύπο συγκέντρωσης είναι ζωτικής σημασίας. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τις γνώσεις σας για να διαπρέψετε σε διάφορους κλάδους της επιστήμης, όπως η ανόργανη χημεία. Πριν το καταλάβετε, θα είστε σε θέση να αντιμετωπίσετε ειδικούς όπως ο William Lipscomb, ο οποίος κέρδισε το Νόμπελ Χημείας το 2976 για τη μελέτη του για τα βοράνια με τεχνικές ακτίνων Χ.