ХИМИЧЕСКАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ: ВЫРАЖЕНИЕ, ЕДИНИЦЫ, МОЛЯЛЬНОСТЬ - ХИМИЯ - 2025

Химическая концентрация является численной мерой относительного количества растворенного вещества в растворе. Это измерение выражает отношение растворенного вещества к количеству или объему растворителя или раствора в единицах концентрации. Термин «концентрация» относится к количеству присутствующего растворенного вещества: раствор будет тем более концентрированным, чем больше в нем растворенного вещества.

Эти единицы могут быть физическими, если принять во внимание массу и / или объем раствора или химических компонентов, когда концентрация растворенного вещества выражается в молях или эквивалентах, принимая число Авогадро в качестве ориентира.

Автор Leiem, из Wikimedia Commons

Таким образом, используя молекулярный или атомный вес и число Авогадро, можно преобразовать физические единицы в химические единицы при выражении концентрации данного растворенного вещества. Следовательно, все единицы могут быть преобразованы в одно и то же решение.

Разбавленные и концентрированные растворы

Как узнать, является ли концентрация очень разбавленной или концентрированной? На первый взгляд по проявлению каких-либо его органолептических или химических свойств; то есть те, которые воспринимаются чувствами или которые можно измерить.

Верхнее изображение показывает разбавленную концентрацию дихромата калия (K ₂ Cr ₂ O ₇ ), которая имеет оранжевый цвет. Слева направо вы можете видеть, как интенсивность цвета уменьшается по мере разбавления концентрации с добавлением большего количества растворителя.

Это разбавление позволяет получить таким образом разбавленную концентрацию из концентрированной. Цвет (и другие «скрытые» свойства его оранжевой сердцевины) изменяется так же, как и его концентрация, с физическими или химическими единицами.

Но каковы химические единицы концентрации? Среди них - молярность или молярная концентрация раствора, которая связывает моли растворенного вещества с общим объемом раствора в литрах.

Существует также молярность или также называемая молярная концентрация, которая относится к молям растворенного вещества, но которые содержатся в стандартизированном количестве растворителя или растворителя, равном точно одному килограмму.

Этот растворитель может быть чистым, или, если раствор содержит более одного растворителя, молярность будет равна молям растворенного вещества на килограмм смеси растворителей.

И третья единица химической концентрации - это нормальность или нормальная концентрация раствора, которая выражает количество химических эквивалентов растворенного вещества на литр раствора.

Единица измерения нормальности выражается в эквивалентах на литр (экв / л), а в медицине концентрация электролитов в сыворотке крови человека выражается в миллиэквивалентах на литр (мг-экв / л).

Способы выражения концентрации

Концентрация раствора может быть обозначена тремя основными способами, даже несмотря на то, что они имеют большое количество самих терминов и единиц, которые могут использоваться для выражения меры этой ценности: качественное описание, количественное обозначение и классификация в терминах. растворимость.

В зависимости от языка и контекста, в котором вы работаете, будет выбран один из трех способов выражения концентрации смеси.

Качественное описание

Используемое в основном на неформальном и нетехническом языке, качественное описание концентрации смеси выражается в форме прилагательных, которые обычно указывают уровень концентрации раствора.

Таким образом, минимальный уровень концентрации согласно качественному описанию - это «разбавленный» раствор, а максимальный - «концентрированный».

Мы говорим о разбавленных растворах, когда в растворе очень малая доля растворенного вещества в зависимости от общего объема раствора. Если вы хотите разбавить раствор, добавьте больше растворителя или найдите способ уменьшить растворенное вещество.

Теперь мы говорим о концентрированных растворах, когда они содержат высокую долю растворенного вещества в зависимости от общего объема раствора. Чтобы сконцентрировать раствор, добавьте больше растворенного вещества или уменьшите количество растворителя.

В этом смысле эта классификация называется качественным описанием не только потому, что в ней отсутствуют математические измерения, но также из-за ее эмпирического качества (ее можно отнести к визуальным характеристикам, запахам и вкусам без необходимости проведения научных тестов).

Классификация по растворимости

Растворимость концентрации означает максимальную растворяющую способность, которой обладает раствор, в зависимости от таких условий, как температура, давление и вещества, которые растворены или находятся в суспензии.

Растворы можно разделить на три типа в зависимости от уровня растворенного в них растворенного вещества во время измерения: ненасыщенные, насыщенные и перенасыщенные растворы.

- Ненасыщенные растворы - это те, которые содержат меньшее количество растворенного вещества, чем раствор может растворить. В этом случае раствор не достиг максимальной концентрации.

- Насыщенные растворы - это те, в которых максимально возможное количество растворенного вещества было растворено в растворителе при определенной температуре. В этом случае существует равновесие между обоими веществами, и раствор не может принимать больше растворенного вещества (так как он выпадает в осадок).

- Перенасыщенные растворы содержат больше растворенного вещества, чем раствор принял бы в условиях равновесия. Это достигается путем нагревания насыщенного раствора с добавлением большего количества растворенного вещества, чем обычно. Когда он остынет, раствор не осаждается автоматически, но любое нарушение может вызвать этот эффект из-за его нестабильности.

Количественное обозначение

При изучении раствора, который будет использоваться в технической или научной области, требуется точность, измеренная и выраженная в единицах, которые описывают концентрацию в соответствии с ее точными значениями массы и / или объема.

Вот почему существует ряд единиц, используемых для выражения концентрации раствора в его количественном обозначении, которые делятся на физические и химические, и которые, в свою очередь, имеют свои собственные подразделения.

Единицами физических концентраций являются единицы «относительной концентрации», которые выражаются в процентах. Есть три способа выразить процентные концентрации: массовые проценты, объемные проценты и массово-объемные проценты.

Вместо этого единицы химической концентрации основаны на молярных количествах, граммах-эквивалентах, частях на миллион и других характеристиках растворенного вещества по отношению к раствору.

Эти единицы являются наиболее распространенными из-за их высокой точности при измерении концентраций, и по этой причине они обычно являются теми, которые вы хотите знать при работе с химическими растворами.

Единицы концентрации

Как описано в предыдущих разделах, при количественном определении концентрации раствора при расчетах следует руководствоваться существующими для этой цели единицами измерения.

Подобным образом единицы концентрации делятся на единицы относительной концентрации, единицы разбавленной концентрации, единицы, основанные на молях, и дополнительные единицы.

Относительные единицы концентрации

Относительные концентрации выражаются в процентах, как указано в предыдущем разделе. Эти единицы делятся на массовый процент, объемный процент и массовый объемный процент и рассчитываются следующим образом:

-% массы = масса растворенного вещества (г) / масса всего раствора (г) x 100

-% объема = объем растворенного вещества (мл) / объем всего раствора (мл) x 100

-% масса / объем = масса растворенного вещества (г) / объем всего раствора (мл) x 100

В этом случае для расчета массы или объема всего раствора массу или объем растворенного вещества необходимо добавить к массе или объему растворителя.

Единицы разбавленной концентрации

Единицы измерения разбавленной концентрации - это единицы, которые используются для выражения тех очень малых концентраций, которые находятся в виде следов в разбавленном растворе; Чаще всего эти устройства используются для поиска следов одного газа, растворенного в другом, например, агентов, загрязняющих воздух.

Эти единицы представлены в виде частей на миллион (ppm), частей на миллиард (ppb) и частей на триллион (ppt) и выражаются следующим образом:

- ppm = 1 мг растворенного вещества / 1 л раствора

- ppb = 1 мкг растворенного вещества / 1 л раствора

- ppt = 1 нг растворенного вещества / 1 л раствора

В этих выражениях мг равен миллиграмму (0,001 г), мкг равен микрограмм (0,000001 г), а нг равен нанограммам (0,000000001 г). Эти единицы также могут быть выражены в единицах объема / объема.

Единицы концентрации как функция молей

Единицами концентрации, основанными на молях, являются единицы мольной доли, молярного процента, молярности и моляльности (последние два лучше описаны в конце статьи).

Мольная доля вещества - это доля всех составляющих его молекул (или атомов) как функция от общего количества молекул или атомов. Он рассчитывается следующим образом:

X _A = количество молей вещества A / общее количество молей в растворе

Эта процедура повторяется для других веществ в растворе, учитывая, что сумма X _A + X _B + X _C … должна быть равна единице.

Молярный процент рассчитывается аналогично X _A , только в процентах:

Молярный процент от A = X _A x 100%

В последнем разделе подробно обсуждается молярность и моляльность.

Формальность и нормальность

Наконец, есть две единицы концентрации, которые в настоящее время не используются: формальность и нормальность.

Формальность решения представляет собой количество граммов веса-формулы на литр общего раствора. Это выражается как:

F = № раствора ПФГ / л

В этом выражении PFG равен весу каждого атома вещества, выраженному в граммах.

Вместо этого нормальность представляет собой количество эквивалентов растворенного вещества, деленное на литры раствора, как указано ниже:

N = эквивалентные граммы растворенного вещества / л раствора

В указанном выражении эквивалентные граммы растворенного вещества можно рассчитать по количеству молей H ⁺ , OH ^- или другими методами, в зависимости от типа молекулы.

молярность

Молярность или молярная концентрация растворенного вещества - это единица химической концентрации, которая выражает или связывает моли растворенного вещества (n), которые содержатся в одном (1) литре (л) раствора.

Молярность обозначается заглавной буквой M, и для определения молей растворенного вещества (n) граммы растворенного вещества (г) делятся на молекулярную массу (MW) растворенного вещества.

Точно так же молекулярная масса MW растворенного вещества получается из суммы атомных масс (PA) или атомных масс химических элементов с учетом пропорции, в которой они объединяются, образуя растворенное вещество. Таким образом, разные растворенные вещества имеют свои собственные PM (хотя это не всегда так).

Эти определения суммированы в следующих формулах, используемых для выполнения соответствующих расчетов:

Молярность: M = n (моль растворенного вещества) / V (литр раствора)

Число молей: n = г растворенного вещества / МВт растворенного вещества

Упражнение 1

Рассчитайте молярность раствора, приготовленного из 45 г Ca (OH) _2, растворенных в 250 мл воды.

Первое, что нужно вычислить, - это молекулярный вес Ca (OH) ₂ (гидроксид кальция). Согласно своей химической формуле соединение состоит из катиона кальция и двух гидроксильных анионов. Здесь вес электрона, меньший или дополнительный к разновидности, незначителен, поэтому взяты атомные веса:

Источник: Габриэль Боливар

Тогда количество молей растворенного вещества будет:

n = 45 г / (74 г / моль)

n = 0,61 моль Ca (OH) ₂

Получено 0,61 моль растворенного вещества, но важно помнить, что эти моль растворены в 250 мл раствора. Поскольку определение молярности - это моль в литре или 1000 мл, тогда должно быть применено простое правило трех, чтобы вычислить моль, которая находится в 1000 мл указанного раствора.

Если в 250 мл раствора содержится> 0,61 моль растворенного вещества

В 1000 мл раствора => x Сколько молей?

x = (0,61 моль) (1000 мл) / 250 мл

X = 2,44 M (моль / л)

По-другому

Другой способ получения молей для применения формулы требует, чтобы 250 мл были переведены в литры, также применяя правило трех:

Если 1000 мл => 1 литр

250 мл => x Сколько это литров?

x = (250 мл) (1 л) / 1000 мл

х = 0,25 л

Подставляя затем в формулу Молярности:

M = (0,61 моль растворенного вещества) / (0,25 л раствора)

M = 2,44 моль / л

Упражнение 2.

Что значит 2,5 М раствора HCl?

Раствор HCl 2,5 молярный, то есть в одном литре растворено 2,5 моля соляной кислоты.

Нормальный

Нормальность или эквивалентная концентрация - это единица химической концентрации растворов, которая обозначается заглавной буквой N. Эта единица концентрации указывает на реакционную способность растворенного вещества и равна количеству эквивалентов растворенного вещества (уравнение), деленному на объем раствора, выраженный в литрах.

N = экв / л

Количество эквивалентов (Eq) равно количеству граммов растворенного вещества, деленному на эквивалентный вес (PEq).

Eq = г растворенного вещества / PEq

Эквивалентный вес, или также известный как граммовый эквивалент, рассчитывается путем получения молекулярного веса растворенного вещества и деления его на эквивалентный коэффициент, который в целях резюмирования в уравнении называется дельта-дзета (ΔZ).

PEq = PM / ΔZ

расчет

Расчет нормальности будет иметь очень специфические вариации в эквивалентном коэффициенте или ΔZ, который также зависит от типа химической реакции, в которой участвует растворенное или химически активное вещество. Некоторые случаи этой вариации можно упомянуть ниже:

-Когда она является кислотой или основанием, DZ или эквивалентный коэффициент, будет равно числу ионов водорода (Н ⁺ ) или гидроксил ОН ^- , что растворенное вещество имеет. Например, серная кислота (H ₂ SO ₄ ) имеет два эквивалента, потому что у нее есть два кислых протона.

-Когда речь идет о реакциях окисления и восстановления, ΔZ будет соответствовать количеству электронов, участвующих в процессе окисления или восстановления, в зависимости от конкретного случая. Здесь вступает в игру баланс химических уравнений и описание реакции.

-Кроме того, этот эквивалентный коэффициент или ΔZ будет соответствовать количеству ионов, которые осаждаются в реакциях, классифицируемых как осаждение.

Упражнение 1

Определите нормальность 185 г Na ₂ SO _4, обнаруженного в 1,3 л раствора.

Сначала будет рассчитана молекулярная масса растворенного вещества в этом растворе:

Источник: Габриэль Боливар

Второй шаг - вычислить эквивалентный коэффициент или ΔZ. В этом случае, поскольку сульфат натрия является солью, ^{будет учитываться} валентность или заряд катиона или металла Na ⁺ , который будет умножен на 2, что является нижним индексом химической формулы соли или растворенного вещества:

Na ₂ SO ₄ => ∆Z = Валенсийский катион x нижний индекс

∆Z = 1 х 2

Чтобы получить эквивалентный вес, он подставляется в соответствующее уравнение:

PEq = (142,039 г / моль) / (2 экв / моль)

PEq = 71,02 г / экв.

А затем можно переходить к подсчету количества эквивалентов, снова прибегая к другому простому расчету:

Уравнение = (185 г) / (71,02 г / экв)

Количество эквивалентов = 2,605 экв.

Наконец, со всеми необходимыми данными, нормальность теперь вычисляется путем замены в соответствии с его определением:

N = 2,605 экв. / 1,3 л

N = 2,0 Н

моляльность

Моляльность обозначается строчной буквой m и равна молям растворенного вещества, присутствующих в одном (1) килограмме растворителя. Он также известен как молярная концентрация и рассчитывается по следующей формуле:

m = моль растворенного вещества / кг растворителя

В то время как молярность устанавливает соотношение молей растворенного вещества, содержащихся в одном (1) литре раствора, молярность относится к молям растворенного вещества, которые существуют в одном (1) килограмме растворителя.

В тех случаях, когда раствор приготовлен с использованием более чем одного растворителя, моляльность будет выражать одни и те же моли растворенного вещества на килограмм смеси растворителей.

Упражнение 1

Определите молярность раствора, который был приготовлен путем смешивания 150 г сахарозы (C ₁₂ H ₂₂ 0 ₁₁ ) с 300 г воды.

Молекулярная масса сахарозы сначала определяется, чтобы перейти к вычислению молей растворенного вещества в этом растворе:

Источник: Габриэль Боливар

Количество молей сахарозы рассчитывается:

n = (150 г сахарозы) / (342,109 г / моль)

n = 0,438 моль сахарозы

Затем граммы растворителя конвертируются в килограммы для применения окончательной формулы.

Подставив затем:

m = 0,438 моль сахарозы / 0,3 кг воды

m = 1,46 моль C ₁₂ H ₂₂ 0 ₁₁ / кг H ₂ O

Хотя в настоящее время ведутся споры об окончательном выражении моляльности, этот результат также можно выразить как:

1,26 м C ₁₂ H ₂₂ 0 ₁₁ или 1,26 моль

Иногда считается выгодным выражать концентрацию раствора в терминах моляльности, поскольку массы растворенного вещества и растворителя не подвержены незначительным колебаниям или неявным изменениям из-за воздействия температуры или давления; как это происходит в растворах с газообразным растворенным веществом.

Кроме того, следует отметить, что эта единица концентрации, относящаяся к конкретному растворенному веществу, не изменяется из-за наличия в растворе других растворенных веществ.

Рекомендации и важные примечания относительно концентрации химикатов

Объем раствора всегда больше, чем у растворителя.

По мере решения упражнений на решение возникает ошибка интерпретации объема раствора, как если бы это был объем растворителя. Например, если один грамм порошкообразного шоколада растворить в одном литре воды, объем раствора не будет равен объему одного литра воды.

Почему нет? Потому что растворенное вещество всегда будет занимать пространство между молекулами растворителя. Когда растворитель имеет высокое сродство к растворенному веществу, изменение объема после растворения может быть незначительным или незначительным.

Но если нет, и тем более, если количество растворенного вещества велико, изменение объема необходимо учитывать. Таким образом: Vsolvent + Vsolute = Vsolution. Vsolvent = Vsolution только в разбавленных растворах или в небольших количествах растворенного вещества.

Об этой ошибке следует помнить, особенно при работе с жидкими растворами. Например, если вместо растворения порошкообразного шоколада мед растворить в спирте, то добавленный объем меда окажет заметное влияние на общий объем раствора.

Следовательно, в этих случаях объем растворенного вещества должен быть добавлен к объему растворителя.

Полезность молярности

-Знание молярности концентрированного раствора позволяет производить расчеты разбавления с использованием простой формулы M1V1 = M2V2, где M1 соответствует начальной молярности раствора, а M2 - молярности раствора, который должен быть приготовлен из раствора. с M1.

- Зная молярность раствора, его нормальность можно легко рассчитать по следующей формуле: Нормальность = количество эквивалентов x M

Формулы не запоминаются, но единицы измерения или определения

Однако иногда происходит сбой памяти при попытке запомнить все уравнения, относящиеся к расчетам концентрации. Для этого очень полезно иметь очень четкое определение каждого понятия.

Согласно определению, единицы записываются с использованием коэффициентов пересчета, чтобы выразить те, которые соответствуют тому, что должно быть определено.

Например, если у вас есть моляльность и вы хотите преобразовать ее в нормальную, действуйте следующим образом:

(моль / кг растворителя) x (кг / 1000 г) (г растворителя / мл) (мл растворителя / мл раствора) (1000 мл / л) (экв / моль)

Обратите внимание, что (г растворителя / мл) - это плотность растворителя. Термин (мл растворителя / мл раствора) относится к тому, какой объем раствора фактически соответствует растворителю. Во многих упражнениях последний член равен 1 по практическим соображениям, хотя он никогда не бывает полностью верным.

Ссылки

1. Вводная химия - 1- ^е канадское издание. Количественные единицы концентрации. Глава 11 Решения. Взято с: opentextbc.ca
2. Wikipedia. (2018). Эквивалентная концентрация. Взято с: en.wikipedia.org
3. PharmaFactz. (2018). Что такое молярность? Взято с: pharmafactz.com
4. Уиттен, Дэвис, Пек и Стэнли. Химия. (8-е изд.). CENGAGE Learning, стр 101-103, 512, 513.
5. Водные растворы-молярность. Взято с: chem.ucla.edu
6. Quimicas.net (2018). Примеры нормальности. Получено с: quimicas.net.