Способы выражения содержания растворенного вещества (концентрация)

Раствором называют однофазную систему переменного состава, состоящую из двух или более компонентов. Компонент, агрегатное состояние которого не изменяется при образовании раствора, принято считать растворителем [1-13,10,18].

Концентрацией называют содержание растворенного вещества в единице массы или объема раствора или растворителя.

Концентрация растворовобозначается:cили[ ], например с(KCl) или [KCl]. Чаще всего используется второй вариант, поскольку обозначает равновесную концентрацию.

В зависимости от количества растворенного вещества различают разбавленные и концентрированные растворы.

Для концентрированных растворов вместо концентрации используется активность раствора (а), где а = γ · с. Величина γ – коэффициент активности – представляет собой поправочный коэффициент, учитывающий взаимодействие частиц реального раствора, приводящее к изменению концентрации.

Для разбавленных растворов γ → 1, и вместо активности используется значение концентрации.

Содержание растворенного вещества может быть выражено различными способами:

1. Массовая доляω(х) вещества х– отношение массы m(х) вещества хк общей массе (m) раствора или смеси веществ

ω .

Массовую долю выражают в долях от единицы или в процентах. Иначе: процентная концентрацияпоказывает содержание массы вещества в граммах в 100 г раствора.

Например, определим процентную концентрацию водного раствора азотной кислоты HNO₃ объемом V = 0,7 л, плотность которого ρ = 1015 кг/м³ = 1015 г/л. Масса растворенного вещества m = 20 г.

Сначала вычислим массу раствора, содержащегося в 0,7 л:

m_р-ра = V· ρ = 0,7 л × 1015 г/л = 710,5 г.

Если в 710,5 г раствора содержится 20 г HNO₃,

то в 100 г раствора содержится х г HNO₃.

х = = 2,8,

т. е. раствор имеет концентрацию равную 2,8 % масс.

Таким образом, 2,8 % раствор HNO₃ означает, что в 100 г раствора содержится 2,8 г HNO₃ и 97,2 г растворителя.

2. Молярная концентрация(молярность) с(х), моль/л, – отношение количества веществах к объему раствора (иначе показываетчисло моль растворенного вещества х в 1 л раствора)

.

Раствор, в 1 л которого содержится 1 моль вещества, называют одномолярным. Растворы, содержащие в 1 л 0,1 моль; 0,01 моль; 0,001 моль, называют соответственно: деци-, санти-, миллимолярными растворами.

Молярность раствора обозначается буквой М после числа.

Например, установим молярную концентрацию водного раствора соли Pb(NO₃)₂ объемом V = 0,5 л, масса растворенного вещества m = 10 г.

Рассчитаем молярную массу растворенного вещества – Pb(NO₃)₂:

М (Pb(NO₃)₂) = 207,2 + 2(14+3·16) = 331,2 г.

Определим число молей Pb(NO₃)₂, которое содержится в 0,5 л раствора:

1 моль Pb(NO₃)₂ содержит 331,2 г Pb(NO₃)₂

х молей Pb(NO₃)₂ содержит 10 г Pb(NO₃)₂

= = 0,0302 моля.

Затем выясним, сколько молей соли находится в 1 л раствора, если известно, что в 0,5 л содержится 0,0302 моля Pb(NO₃)₂ .

0,5 л раствора содержит 0,0302 моля

1 л раствора содержит х моль

= = 0,0604 моля.

Таким образом, молярность данного раствора Pb(NO₃)₂ равна 0,0604 моль/л.

3. Молярная концентрация эквивалента вещества х (нормальная концентрация) – отношение количества вещества эквивалента в растворе к общему объему раствора

с (f_экв(х) х) = .

Иначе молярная концентрация эквивалента, или нормальность, н,показывает, какое число молярных масс эквивалента растворенного вещества содержится в 1 л раствора.

Раствор, в 1 л которого содержится 1 моль эквивалентов вещества, называют однонормальным раствором. Нормальную концентрацию выражают в моль-экв/дм³ или моль-экв/л.

Например, найдем молярную концентрацию эквивалентараствора Al(OH)₃ объемом V = 0,6 л. Масса растворенного вещества m = 50 г.

Сначала рассчитаем молярную массу эквивалента M_экв. Al(OH)₃. Она определяется как отношение молярной массы основания к числу функциональных групп (OH) :

M_экв. (Al(OH)₃) = = 26 г.

Затем находим массу растворенного вещества в данном объеме раствора:

так как в 0,6 л раствора содержится 50 г Al(OH)₃,

то в 1 л раствора содержится m г Al(OH)₃.

m = = 83,3 г.

В этой массе число молярных эквивалентов составляет:

с_экв. = = 3,2 моль-экв.

Таким образом, молярная концентрация эквивалента с_экв (нормальность) раствора Al(OH)₃ составляет 3,2 моль-экв.

4. Моляльность раствора с_m (моль/кг) – число молей растворенного вещества, которое приходится на 1 кг растворителя (воды).

Например, установим моляльную концентрацию раствора соли KCl объемом V = 0,8 л, плотность которого ρ = 1005 кг/м³ = =1005 г/л. Масса растворенного вещества m = 10 г.

Сначала вычислим массу раствора, содержащегося в 0,8 л:

m_р-ра = V· ρ = 0,8 л × 1005 г/л = 804 г.

Затем рассчитаем массу воды, содержащейся в 0,8 л раствора:

m (Н₂О) = m (раствора) – m (KCl) = 804 г – 10 г = 794 г.

Число молей растворенного вещества в 0,8 л составит:

= = 0,134 моля.

Далее, если в 794 г воды содержится 0,134 моля KCl,

то в 1000 г воды содержится х моль KCl.

х = = 0,168 моль/г.

Таким образом, моляльность раствора KClсоставляет 0,168 моль/г.