Načini kemijske koncentracije za izražavanje, jedinice, molalnost i molarnost



kemijska koncentracija je numerička mjera relativne količine otopljene tvari u otopini. Ova mjera izražava odnos otopljene tvari u odnosu na količinu ili volumen otapala ili otopine u jedinicama koncentracije. Izraz "koncentracija" povezan je s količinom prisutne otopljene tvari: otopina će biti koncentriranija dok više otopljene tvari ima.

Ove jedinice mogu biti fizikalne kada se uzimaju u obzir veličine mase i / ili volumena komponenata otopine ili kemikalija, kada je koncentracija otopljene tvari izražena u obliku njenih molova ili ekvivalenata, uzimajući kao referentni broj Avogadro.

Tako je pomoću molekularnih ili atomskih utega i broja Avogadra moguće fizikalne jedinice pretvoriti u kemijske kada se izražava koncentracija određene otopljene tvari. Stoga se sve jedinice mogu pretvoriti za isto rješenje.

indeks

  • Otopine razrijeđene i koncentrirane
  • 2 Načini izražavanja koncentracije
    • 2.1 Kvalitativni opis
    • 2.2 Klasifikacija prema topljivosti
    • 2.3. Kvantitativni zapis
  • 3 jedinice koncentracije
    • 3.1 Jedinice relativne koncentracije
    • 3.2 Jedinice razrijeđene koncentracije
    • 3.3. Koncentracijske jedinice bazirane na molovima
    • 3.4 Formalnost i normalnost
  • 4 Molarnost
    • 4.1 Vježba 1
    • 4.2 Vježba 2
  • 5 Normalnost
    • 5.1 Izračun
    • 5.2 Vježba 1
  • 6 Molalnost
    • 6.1 Vježba 1
  • 7 Preporuke i važne napomene o koncentraciji kemikalija
    • 7.1 Volumen otopine je uvijek veći od volumena otapala
    • 7.2 Korisnost molarnosti
    • 7.3 Formula se ne pamti, ali jedinice ili definicije su
  • 8 Reference 

Otopine su razrijeđene i koncentrirane

Kako se može primijetiti ako je koncentracija vrlo razrijeđena ili koncentrirana? Na prvi pogled očitovanjem bilo kojih njegovih organoleptičkih ili kemijskih svojstava; to jest, oni koji opažaju osjetila ili se mogu mjeriti.

Gornja slika prikazuje razrjeđenje koncentracije kalijevog dikromata (K2Cr2O7), koja pokazuje narančastu boju. S lijeva na desno možete vidjeti kako boja smanjuje njezin intenzitet kako se koncentracija razrjeđuje, dodajući više otapala.

Ovo razrjeđivanje omogućuje da se na taj način dobije koncentrirana koncentracija. Boja (i druga "skrivena" svojstva u narančastom krilu) mijenja se na isti način kao i njegova koncentracija, bilo s fizičkim ili kemijskim jedinicama.

Ali što su jedinice kemijske koncentracije? Među njima su molarnost ili molarna koncentracija otopine koja povezuje molove otopljene tvari s ukupnom količinom otopine u litrama..

Također imate molalnost ili također poznatu kao molna koncentracija, koja se odnosi na molove otopljene tvari, ali koji su sadržani u standardiziranoj količini otapala ili otapala koji je točno jedan kilogram.

To otapalo može biti čisto ili ako otopina sadrži više od jednog otapala, molalnost će biti moli otopljene tvari po kilogramu smjese otapala..

Treća jedinica kemijske koncentracije je normalnost ili normalna koncentracija otopine koja izražava broj kemijskih ekvivalenata otopljene tvari po litri otopine.

Jedinica u kojoj je izražena normalnost je u ekvivalentima po litri (Eq / L) iu medicini koncentracija elektrolita u ljudskom serumu izražena je u miliekvivalentima po litri (mEq / L).

Načini izražavanja koncentracije

Koncentracija rješenja može se označiti na tri glavna načina, čak i ako oni imaju vrlo različite pojmove i jedinice u sebi, koji se mogu koristiti za izražavanje mjere ove vrijednosti: kvalitativni opis, kvantitativni zapis i klasifikacija u smislu topljivosti.

Ovisno o jeziku i kontekstu u kojem radite, odabrat ćete jedan od tri načina za izražavanje koncentracije smjese.

Kvalitativni opis

Korišten uglavnom u neformalnom i ne-tehničkom jeziku, kvalitativni opis koncentracije mješavine izražava se u obliku pridjeva, koji općenito ukazuju na razinu koncentracije koju rješenje ima..

Na taj način, minimalna razina koncentracije prema kvalitativnom opisu je ona "razrijeđene" otopine, a maksimum je "koncentriran"..

Govorimo o razrijeđenim otopinama kada otopina ima vrlo mali udio otopljene tvari ovisno o ukupnom volumenu otopine. Ako želite razrijediti otopinu, morate dodati veću količinu otapala ili potražiti načine za smanjenje otopljene tvari.

Sada govorimo o koncentriranim otopinama kada imaju visok udio otopljene tvari ovisno o ukupnom volumenu otopine. Za koncentriranje otopine, dodajte više otopljene tvari ili smanjite količinu otapala.

U tom smislu, kvalitativni opis se naziva ta klasifikacija, ne samo zato što joj nedostaju matematička mjerenja, nego i njezina empirijska kvaliteta (može se pripisati vizualnim značajkama, mirisima i okusima, bez potrebe za znanstvenim dokazima)..

Klasifikacija prema topljivosti

Topivost koncentracije označava maksimalni kapacitet otopljene tvari koja ima otopinu, ovisno o uvjetima kao što su temperatura, tlak i tvari koje su otopljene ili suspendirane..

Otopine se mogu razvrstati u tri vrste prema njihovoj razini otopljene otopine u vrijeme mjerenja: nezasićene, zasićene i prezasićene otopine..

- Nezasićene otopine su one koje sadrže manju količinu otopljene tvari iz koje se otopina može otopiti. U ovom slučaju, otopina nije dostigla maksimalnu koncentraciju.

- Zasićene otopine su one u kojima je maksimalna količina otopljene tvari otopljena u otapalu na određenoj temperaturi. U ovom slučaju postoji ravnoteža između tvari i otopina ne može prihvatiti više otopljene tvari (jer će se dogoditi da se istaloži).

- Supersaturirane otopine imaju više otopljene tvari nego što bi otopina prihvatila u uvjetima ravnoteže. To se postiže zagrijavanjem zasićene otopine, dodavanjem više otopljene tvari nego što je normalno. Kada se ohladi, neće se automatski istaložiti, ali svaki poremećaj može uzrokovati ovaj učinak zbog njegove nestabilnosti.

Kvantitativni zapis

U trenutku proučavanja rješenja koje će se koristiti u tehničkom ili znanstvenom području, potrebna je preciznost izmjerena i izražena u jedinicama, koja opisuje koncentraciju prema točnim vrijednostima mase i / ili volumena.

Zbog toga postoji niz jedinica kojima se izražava koncentracija rješenja u njegovoj kvantitativnoj oznaci, koje se dijele na fizičke i kemijske, a koje zauzvrat imaju svoje podjele..

Jedinice fizikalnih koncentracija su one "relativne koncentracije", koje su izražene u postocima. Postoje tri načina za izražavanje postotnih koncentracija: maseni postotak, postotni udjeli i postotci po masenom volumenu.

Nasuprot tome, jedinice kemijskih koncentracija temelje se na molarnim količinama, ekvivalentima po gramu, dijelovima na milijun i drugim značajkama otopljene tvari u odnosu na otopinu.

Ove jedinice su najčešće za njihovu visoku preciznost pri mjerenju koncentracija, i zato su obično one koje želite znati raditi s kemijskim otopinama..

Jedinice koncentracije

Kao što je opisano u prethodnim odjeljcima, kada se kvantitativno izračunava koncentracija rješenja, izračune bi trebale regulirati postojeće jedinice za tu svrhu..

Također, jedinice koncentracije su podijeljene na one relativne koncentracije, one razrijeđenih koncentracija, one temeljene na molovima, i druge dodatne jedinice..

Jedinice relativne koncentracije

Relativne koncentracije su izražene u postocima, kao što je navedeno u prethodnom odjeljku. Te se jedinice dijele na postotak masa-masa, volumno-volumni postotak i postotak mase i volumena, a izračunavaju se kako slijedi:

- % masa = masa otopljene tvari (g) / masa ukupne otopine (g) x 100

- % volumen = volumen otopljene tvari (ml) / volumen ukupne otopine (ml) x 100

- % masa / volumen = masa otopljene tvari (g) / ukupni volumen otopine (ml) x 100

U tom slučaju, za izračun mase ili volumena ukupne otopine mora se dodati masa ili volumen otopljene tvari s otapalom.

Jedinice razrijeđene koncentracije

Jedinice razrijeđene koncentracije su one koje se koriste za izražavanje tih vrlo malih koncentracija koje su u obliku tragova unutar razrijeđene otopine; Najčešća uporaba koja se prezentira ovim jedinicama je pronalaženje tragova otopljenog plina u drugom, kao agensa koji zagađuju zrak.

Te su jedinice označene u obliku dijelova na milijun (ppm), dijelova na milijardu (ppb) i dijelova na trilijun (ppt), a izražavaju se kako slijedi:

- ppm = 1 mg otopljene tvari / 1 L otopine

- ppb = 1 μg otopljene tvari / 1 L otopine

- ppt = 1 ng otopljene tvari / 1 L otopine

U tim izrazima mg je jednak miligramima (0.001 g), μg je jednak mikrogramima (0.000001 g) i ng je jednak nanogramima (0.000000001 g). Ove jedinice se također mogu izraziti u smislu volumena / volumena.

Jedinice koncentracije prema molovima

Jedinice koncentracije bazirane na molovima su one molarne frakcije, molarnog postotka, molarnosti i molalnosti (posljednja dva su bolje opisana na kraju članka).

Molarni udio tvari je udio svih njegovih sastavnih molekula (ili atoma) kao funkcija ukupnih molekula ili atoma. Izračunava se na sljedeći način:

X = broj molova tvari A / ukupan broj molova u otopini

Ovaj postupak se ponavlja za druge tvari u otopini, uzimajući u obzir da je zbroj X + XB + XC ... mora biti jednako jedan.

Molarni postotak radi na sličan način kao X, samo to ovisno o postotku:

Molarni postotak A = X x 100%

U posljednjem dijelu detaljno će se raspravljati o molarnosti i molalnosti.

Formalnost i normalnost

Konačno, postoje dvije koncentracijske jedinice koje se trenutno ne koriste: formalnost i normalnost.

Formalnost otopine predstavlja broj težinskih formula-gram po litri ukupne otopine. Izražava se kao:

F = Ne. P.F.G / L otopina

U ovom izrazu P.F.G je jednak težini svakog atoma tvari, izražen u gramima.

Umjesto toga, normalnost predstavlja broj ekvivalenata otopljene tvari podijeljene s litrama otopine, kako je navedeno u nastavku:

N = ekvivalent grama otopljene tvari / L otopine

U navedenom izrazu ekvivalentni grami otopljene tvari mogu se izračunati pomoću broja molova H+, OH- ili druge metode, ovisno o vrsti molekule.

molaritet

Molarnost ili molarna koncentracija otopljene tvari je jedinica kemijske koncentracije koja izražava ili odnosi molove otopljene tvari (n) sadržane u jednoj (1) litri (L) otopine.

Molarnost je označena velikim slovom M, a da bi se odredili moli otopljene tvari (n), grami otopljene tvari (g) podijeljeni su molekulskom masom (MW) otopljene tvari.

Također, molekularna težina PM otopljene tvari dobiva se iz zbroja atomskih težina (PA) ili atomske mase kemijskih elemenata, uzimajući u obzir udio u kojem se kombiniraju da bi se dobila otopljena tvar. Dakle, različiti soluuti imaju svoje zastupnike (iako to nije uvijek slučaj).

Te su definicije sažete u sljedećim formulama koje se koriste za izvođenje odgovarajućih izračuna:

Molarnost: M = n (mola otopljene tvari) / V (litra otopine)

Broj mola: n = g otopljene tvari / PM otopljene tvari

Vježba 1

Izračunajte molarnost otopine koja je pripremljena s 45 g Ca (OH)2 otopljen u 250 ml vode.

Prva stvar koja se mora izračunati je molekularna težina Ca (OH)2 (kalcijev hidroksid). Prema svojoj kemijskoj formuli, spoj je kalcij kation i dva oksidrilna aniona. Ovdje je težina elektrona manja ili veća od vrste zanemariva, tako da se uzimaju atomske težine:

Broj mola otopljene tvari će tada biti:

n = 45 g / (74 g / mol)

n = 0,61 mola Ca (OH)2

Dobije se 0,61 mola otopljene tvari, ali je važno zapamtiti da su ovi moli otopljeni u 250 mL otopine. Kao što je definicija molarnosti molova u a litra ili 1000 mL, tada se mora napraviti jednostavno pravilo tri da se izračunaju moli koji su u 1000 mL navedene otopine

Ako je u 250 ml otopine => 0,61 mola otopljene tvari

           U 1000 mL otopine => x Koliko mola ima??

x = (0.61 mol) (1000 mL) / 250 mL

X = 2,44 M (mol / L)

Drugi način

Drugi način dobivanja molova za primjenu formule zahtijeva da uzmete 250 ml u litre, uz primjenu pravila tri:

Ako je 1000 ml => 1 litra

250 ml => x Koliko litara je?

x = (250 mL) (1 L) / 1000 mL

x = 0,25 L

Potom zamjenjuje molekularnu formulu:

M = (0,61 mol otopljene tvari) / (0,25 L otopine)

M = 2,44 mol / L

Vježba 2

Što znači da je otopina HCl 2,5 M?

Otopina HCl je 2,5 molarna, što znači da je jedna litra otopila 2,5 mola klorovodične kiseline.

normalnost

Normalnost ili ekvivalentna koncentracija je jedinica kemijske koncentracije otopina koja je označena velikim slovom N. Ova jedinica koncentracije ukazuje na reaktivnost otopljene tvari i jednaka je broju ekvivalenata otopljene tvari (Eq) između volumena otopine izraženog u litrama.

N = Eq / L

Broj ekvivalenata (Eq) jednak je gramima otopljene tvari između ekvivalentne težine (PEq).

 Eq = g otopljene tvari / PEq

Ekvivalentna masa, ili također poznata kao gram ekvivalent, izračunava se dobivanjem molekulske težine otopljene tvari i podjelom na ekvivalentni faktor koji se za potrebe sumiranja u jednadžbi naziva zeta delta (ΔZ).

PEq = PM / ΔZ

računanje

Izračun normalnosti imat će vrlo specifičnu varijaciju ekvivalentnog faktora ili ΔZ, što također ovisi o tipu kemijske reakcije u kojoj sudjeluje otopljena tvar ili reaktivna vrsta. Neki slučajevi ove varijacije mogu se spomenuti u nastavku:

-Kada je to kiselina ili baza, ΔZ ili ekvivalentni faktor, ona će biti jednaka broju vodikovih iona (H+)  ili OH hidroksil- imati otopljenu tvar. Na primjer, sumporna kiselina (H2SW4) ima dva ekvivalenta jer ima dva protona kiseline.

-Kada je riječ o oksidacijsko-redukcijskim reakcijama ΔZ će odgovarati broju elektrona uključenih u proces oksidacije ili redukcije ovisno o specifičnom slučaju. Ovdje dolazi do balansiranja kemijskih jednadžbi i specifikacije reakcije.

-Također, taj ekvivalentni faktor ili ΔZ će odgovarati broju iona koji se talože u reakcijama klasificiranim kao taloženje.

Vježba 1

Odrediti normalnost od 185 g Na2SW4 koji su u 1,3 L otopine.

Prvo će se izračunati molekulska masa otopljene tvari iz ove otopine:

Drugi korak je izračunavanje ekvivalentnog faktora ili ΔZ. U ovom slučaju, kao što je natrijev sulfat sol, valencija ili naboj kationa ili metala Na+, koji će biti pomnožen s 2, što je indeks kemijske formule soli ili otopljene tvari:

na2SW4 => ΔZ = Valencia kation x subindeks

ΔZ = 1 x 2

Za dobivanje ekvivalentne težine zamjenjuje se u odgovarajućoj jednadžbi:

 PEq = (142.039 g / mol) / (2 ekv. / Mol)

 PEq = 71,02 g / ekv

I onda možete nastaviti s izračunavanjem broja ekvivalenata, ponovno pribjegavajući još jednom jednostavnom izračunu:

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

Broj ekvivalenata = 2,605 ekv

Konačno, sa svim potrebnim podacima, normalnost se sada izračunava zamjenom prema njezinoj definiciji:

 N = 2,605 ekv. / 1,3 L

N = 2,0 N

molalnosti

Molalnost je označena malim slovom m i jednak je molovima otopljene tvari koji su prisutni u jednom (1) kilogramu otapala. Naziva se i molska koncentracija i izračunava se pomoću sljedeće formule:

m = mola otopljene tvari / kg otapala

Dok molarnost uspostavlja odnos molova otopljene tvari sadržane u jednoj (1) litri otopine, molalnost se odnosi na mole otopljene tvari koje postoje u jednom (1) kilogramu otapala..

U tim slučajevima kada je otopina pripremljena s više od jednog otapala, molalnost će se izraziti kao molovi otopljene tvari po kilogramu mješavine otapala..

Vježba 1

Odredite molalnost otopine koja je pripremljena miješanjem 150 g saharoze (C12H22011) s 300 g vode.

Prvo se određuje molekulska masa saharoze koja se nastavlja izračunavanjem mola otopljene tvari iz ove otopine:

Izračunava se broj mola saharoze:

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

n = 0.438 mola saharoze

Nakon što se grami otapala uzmu u kilogramima, primijeni se konačna formula.

Potom zamjenjuje:

m = 0,438 mola saharoze / 0,3 kg vode

m = 1,46 mol12H22011/ Kg H2O

Iako se trenutno vodi rasprava o konačnom izrazu molalnosti, ovaj se rezultat može izraziti i kao:

1,26 m12H22011 ili 1,26 mol

Smatra se povoljnim u nekim slučajevima izraziti koncentraciju otopine u smislu molalnosti, budući da mase otopljene tvari i otapala ne trpe neznatne fluktuacije ili neprimjerene promjene zbog utjecaja temperature ili tlaka; kao u otopinama s plinovitom otopinom.

Osim toga, ističe se da je ova jedinica koncentracije koja se odnosi na određenu otopljenu tvar nepromijenjena postojanjem drugih otopljenih tvari u raspadu.

Preporuke i važne napomene o koncentraciji kemikalija

Volumen otopine je uvijek veći od volumena otapala

Kako se rješavaju vježbe rješava se pogreška tumačenja volumena otopine kao da je to otapalo. Na primjer, ako se jedan gram čokoladnog praha otopi u jednoj litri vode, volumen otopine nije jednak volumenu od jedne litre vode..

Zašto ne? Budući da će otopljena tvar uvijek zauzimati prostor između molekula otapala. Kada otapalo ima visoki afinitet prema otopljenoj tvari, promjena volumena nakon otapanja može biti smiješna ili zanemariva.

Ali, ako ne, a još više ako je količina otopljene tvari velika, promjena volumena mora se uzeti u obzir. Biti ovako: Vsolvente + Vsoluto = Vsolución. Vsolvente = Vsolution vrijedi samo u razrijeđenim otopinama ili gdje su količine otopljene tvari male.

Ta se pogreška mora imati na umu osobito pri radu s tekućim otopinama. Na primjer, ako se umjesto otapanja čokoladnog praha, med otopi u alkoholu, tada će volumen dodanog meda imati značajan utjecaj na ukupni volumen otopine.

Stoga se u tim slučajevima volumen otopljene tvari mora dodati volumenu otapala.

Korisnost molarnosti

-Poznavanje molarnosti koncentrirane otopine omogućuje provođenje izračuna razrjeđenja pomoću jednostavne formule M1V1 = M2V2, gdje M1 odgovara početnoj molarnosti otopine i M2 molarnosti otopine koju želite pripremiti iz otopine s M1.

-Znajući molarnost rješenja, možete jednostavno izračunati normalnost rješenja koristeći sljedeću formulu: Normalnost = broj ekvivalentnih x M

Formula se ne pamti, ali jedinice ili definicije su

Međutim, pamćenje ponekad ne uspijeva zapamtiti sve jednadžbe relevantne za izračune koncentracije. Za to je vrlo korisno imati jasnu definiciju svakog koncepta.

Iz definicije jedinice se pišu pomoću faktora konverzije da izrazite one koje odgovaraju onome što želite odrediti.

Na primjer, ako imate molalnost i želite je pretvoriti u normalnost, postupite kako slijedi:

(mol / Kg otapalo) x (kg / 1000g) (g otapalo / mL) (mL otapalo / mL otopina) (1000 mL / L) (Eq / mol)

Imajte na umu da je (g otapalo / mL) gustoća otapala. Izraz (mL otapalo / mL otopine) odnosi se na to koliko volumen otopine zapravo odgovara otapalu. U mnogim vježbama ovaj posljednji pojam je jednak 1, iz praktičnih razloga, iako nikada nije potpuno istinit.

reference

  1. Uvodna kemija-1st Kanadsko izdanje. Kvantitativne jedinice koncentracije. Poglavlje 11 Rješenja. Preuzeto s: opentextbc.ca
  2. Wikipedia. (2018.). Ekvivalentna koncentracija Preuzeto s: en.wikipedia.org
  3. PharmaFactz. (2018.). Što je molarnost? Preuzeto s: pharmafactz.com
  4. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemija. (8. izdanje). CENGAGE Learning, str. 101-103, 512, 513.
  5. Vodene otopine-molarnost. Preuzeto iz: chem.ucla.edu
  6. Quimicas.net (2018). Primjeri normalnosti. Preuzeto s: quimicas.net.