Способы выражения концентраций растворов

Количественной характеристикой состава растворов является концентрация. Под концентрацией понимают содержание растворенного вещества в определенной массе или в определенном объеме раствора или растворителя. Для выражения состава растворов чаще всего используются массовая доля растворенного вещества (w,%), молярная (молярность,С_м), моляльная (моляльность, С_m ), нормальная (нормальность, С_н) концентрации и титр (Т).

Массовая доля (ω) представляет собой отношение массы (г) растворенного вещества (m_в-ва) к массе (г) всего раствора (m_р-ра):

ω = . (7.2)

Это безразмерная величина, выражаемая в долях от единицы или в процентах: ω,% = 100%.

Массовая доля численно равна числу граммов вещества, растворенного в 100г раствора. Например, 3% Н₂О₂ означает, что в 100г раствора содержится 3г пероксида водорода (т.е. 100г раствора содержит 3г Н₂О₂ и 97г Н₂О).

Молярность ( М или С_М )- число молей растворенного вещества в 1л раствора. Молярность рассчитывают по формуле

,моль/л, (7.3)

где m_в-ва – масса растворенного вещества ( г), М – молярная масса растворенного вещества ( г/моль), V- объем раствора (л).

Например, 0,1М H₂SO₄ (или C_M = 0,1 моль/л) – в 1 литре раствора содержится 0,1 моль H₂SO₄. Учитывая, что М_H2SO4= 98 г/моль, 0,1М раствор соответствует концентрации 9,8г/л.

Моляльность (m или С_m) – число молей растворенного вещества в 1000г растворителя. Моляльность рассчитывают по формуле

моль/кг, (7.4)

где m_в-ва – масса растворенного вещества (г), М – молярная масса растворенного вещества (г/моль), m_р-ля – масса растворителя (г).

Нормальность(н или С_н ) – число эквивалентов растворенного вещества в 1л раствора. Эквивалентом вещества называется такое его количество, которое в обменных химических реакциях обменивает один моль ионов Н⁺ или в окислительно-восстановительных реакциях переносит один моль электронов.

Нормальность рассчитывают по формуле

,моль/л , (7.5)

где m_в-ва – масса растворенного вещества (г), М – молярная масса растворенного вещества (г/моль), V- объем раствора (л), = f_экв – фактор эквивалентности, безразмерная величина.

Чаще всего для приготовления растворов используются кислоты, щелочи и соли. Для кислоты z = числу ионов водорода в молекуле, для основания z = числу гидроксильных групп, для соли z = произведению числа атомов металла в молекуле (или ионов NH₄⁺) на валентность металла в данном конкретном соединении (или на заряд иона).

Например, для H₂SO₄ - z = 2; H₃PO₄ - z =3 NaOH - z = 1; Ca(OH)₂ – z = 2 AlCl₃ – z = 3; Al₂(SO₄)₃ – z = 2∙3=6; NH₄Cl – z = 1.

Таким образом, 0,01н H₂SO₄ (или C_н=0,01 моль/л) – в 1 литре раствора содержится 0,01 моль эквивалента H₂SO₄.

Нормальная концентрация связана с молярной концентрацией соотношением . (7.6)

Титр Т – число граммов растворенного вещества в 1 мл раствора – рассчитывают по формуле

, г/мл, (7.7)

где m_в-ва – масса растворенного вещества (г), V_р-ра – объем раствора (мл).

Мольная доля (N_i)- этоотношение числа молей данного компонента i к сумме молей всех компонентов, содержащихся в растворе:

. (7.8)

РАСТВОРЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

Понятие электролит восходит к середине XIX века и было введено М.Фарадеем для обозначения веществ, растворы которые проводят электрический ток (электролит – «разлагаемый током»). Фарадей считал, что распад молекулярных веществ на заряженные частицы в растворе происходит лишь под действием внешнего электрического поля. Эти предположения оказались верны только для растворов очень слабых электролитов при громадной напряженности внешнего поля. Сильные электролиты распадаются на ионы в растворе без наложения электрических полей.

В настоящее время чаще используют обобщенное понятие электролитов. Это вещества или системы, обладающие ионным типом проводимости (проводники второго рода). Они бывают твердыми, жидкими и даже газообразными.

Свойства растворов, проводящих электрический ток, не подчиняются законам Рауля и Вант Гоффа. С целью формального учета этого отклонения Вант Гофф ввел в уравнение коэффициент, названный изотоническим коэффициентом i, причем для одного и того же раствора величина изотонического коэффи­циента

одинакова и для законов Рауля.

Эти наблюдения позволили сделать вывод о том, что количес­тво частиц в растворе, проводящем ток, существенно больше, чем можно было ожи­дать, учитывая лишь число молекул растворенного вещества, то есть число частиц в растворах электролитов и неэлектроли­тов одной и той же молярности существенно различается.

Различия в свойствах растворов, проводящих и не проводящих электрический ток, впервые были объяснены в рамках теории, получившей название «теория электролитической диссоциации».