Способы выражения концентрации растворов

РАСТВОРЫ

Раствор- гомогенная система, состоящая из растворенного вещества, растворителя и продуктов взаимодействия между ними.Растворы бывают газообразные (атмосфера), жидкие (природная вода), твердые (сплавы). Свойства растворов зависят от природы растворителя (вода, ацетон, керосин и др.), от природы растворенных веществ (кислоты, основания, соли, газы и др.), а также от концентрации растворенного вещества в растворе. В настоящем практикуме рассматриваются, в основном, свойства водных растворов.

Идеальные растворы – растворы, которые образуются без изменения объема растворителя и без теплового эффекта, т.е. DV_р-ра = 0 и DН_р-ра = 0. В этом случае предполагается, что между молекулами растворителя и молекулами растворенного вещества отсутствует межмолекулярное взаимодействие. К идеальным растворам с некоторым приближением относят разбавленные растворы органических веществ и газов в воде (растворы неэлектролитов).

Реальные растворы - растворы кислот, оснований, солей в воде (электролиты), образование которых сопровождается взаимодействием молекул растворителя и растворенного вещества, изменением объема растворителя и выделением или поглощением тепла. К реальным - относятся также концентрированные растворы неэлектролитов.

СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ

В зависимости от содержания растворенного вещества растворы бывают разбавленные, концентрированные, насыщенные и перенасыщенные. Количественная характеристика способности вещества растворяться до образования насыщенного раствора называется растворимостью. Растворимость определяется как:

а) количество вещества в граммах, которое необходимо растворить в 100 г растворителя для получения насыщенного раствора (m(г) / 100 (г));

б) количество молей растворенного вещества, которое содержится в 1 л насыщенного раствора (моль / л).

В химической практике применяются растворы с различным содержанием растворенного вещества. Для таких растворов используют следующие способы выражения концентрации растворенного вещества: массовая доля и мольная доля растворенного вещества, молярная и моляльная концентрации, молярная концентрация эквивалента. Для представления расчетных формул в настоящем практикуме введены следующие обозначения: раствор(y) = растворенное вещество (x) + растворитель (z),тогда,

-параметры растворенного вещества - m(x) масса, M(x) молярная масса, Э(х) эквивалент, n_м(х)- число молей, n_э(х) – число эквивалентов;

-параметры раствора - m(y)– масса, V(y) - объем, r(y) - плотность;

-параметры растворителя - m(z) - масса, V(z) - объем, n_м(z) - число молей, r(z)- плотность.

2.1 Массовая доля (С_%)

или процентная концентрация определяет, какую частьмасса растворенного вещества составляет от массы раствора (обычно в процентах), и рассчитывается как отношение:

С_% = m(х) •100% или С_% = m(х) •100%

m(у) ) m(х)+m(z)

Определение процентной концентрации можно сделать конкретной, если принять массу раствора за 100 г,

тогда С_% = m(х) т.е. процентная концентрация (в %) показывает, сколько граммов растворенного вещества содержится в каждых 100 г раствора.Рассмотрим 5% раствор KCI.

в 100 г (у) раствора - содержится 5 г растворенного вещества (х) или

в 95 г (z) растворителя - содержится 5 г (х).

Очевидно, что полученный результат будет справедлив для любого растворенного веществ, независимо от его природы (соль, кислота, основание и т.д.), так как концентрация не включает индивидуальную характеристику растворенного вещества – молярную массу (М г/моль).

2.2 Молярная концентрация (С_м)

или молярность определяет, сколько молей растворенного вещества содержится в каждом литре данного раствора, и рассчитывается как отношение количества растворенного вещества в молях n_м(х), содержащегося в растворе, к объему этого раствора:

n_м(х) моль m(х) m(х) • ρ(у)

С_М = ————— = ————— = ————————

V(y) л М(х) V(y) М(х)•[(m(z)+m(х)]

Рассмотрим пример: пусть дан 0,8 молярный раствор K₂SO₄ , плотность которого равна 1,02 г/мл.

В соответствии с определением С_М, это значит_:

в 1л раствора содержится - 0,8 моля соли, или

в 1л раствора содержится - 0,8 _* 174 г/моль = 139,2 г соли, или

в (1 л _*1,02 кг/л) кг раствора содержится - 0,8 моля (139,2 г) соли.

2.3 Моляльная концентрация (C_m)

или моляльность определяет, сколько молей растворенного вещества приходятся на каждый килограмм растворителя, и рассчитывается как отношение количества растворенного вещества в молях n(х) к массе растворителя: n_м(х) моль m(х) m(х)

С_m ————— = ———— = ———————

m(z) кг М(х) m(z ) М(х)•[m(y)-m(х)]

Рассмотрим пример: пусть дан 0,8 моляльный раствор K₂SO₄ , плотность которого равна 1,01 г/мл. В соответствии с определением С_m , это значит:

на 1кг растворителя приходится - 0,8 моля соли, или

на 1кг растворителя приходится - 0,8 _* 174 г/моль (139,2 г) соли, или

в [1000 г(z) +139,2г(х)] (л) раствора содержится - 0,8 моля (139,2 г) соли.

1,01 г/мл 10^-3 мл/л

2.4 Молярная концентрация эквивалента (С_N)

или нормальность определяет, сколько молей эквивалента растворенного вещества содержится в каждом литре раствора, и рассчитывается как отношение количества растворенного вещества в молях эквивалента n_э(х), содержащегося в растворе, к объему этого раствора:

n_э(х) моль m(х) С_М

С_N = ————— = ——————— = ————

V(у) л Э(х) М(х) • V (y) Э(х)

Пример: для 1,6 N раствор K₂SO₄ , плотность которого равна 1,02 г/мл или 1,02 кг/л. В соответствии с определением С_{N ,} известно: в 1л раствора содержится - 1,6 эквивалентов соли, или

в 1л раствора содержится - 1,6 моль ( экв.) _* ½ _*174 г/моль = 139,2 г соли, или в (1 л _*1,02 кг/л) кг раствора содержится - 1,6 (n_э) эквивалентов соли.

2.5 Мольная доля (Сm)

показывает, какую часть число молей растворенного вещества составляет от суммы числа молей растворенного вещества и растворителя в растворе. Для двухкомпонентного раствора состоящего из растворителя и одного растворенного вещества мольная доля рассчитывается по уравнению:

n(х) m(x)/M(х)
Сm = —————— = ———————————,

n(х) + n(z) m(х)/M(x) + m(z)/M(z)

где n_м(z) - число молей растворителя, в котором растворили n_м(х) молей растворенного вещества. Очевидно, численное значение Сmвсегда меньше единицы ( или 100% ).

Рассмотрим пример: рассчитать число молей K₂SO₄, массу K₂SO₄ и массу растворителя Н₂О, если мольная доля соли в растворе равна 0,01. Поскольку этот способ выражения концентрации раствора является относительным, можно произвольно задать число молей растворителя, например, n_м(z) = 0,99 (молей). Тогда

0,01 = n_м (K₂SO₄) / n_м(K₂SO₄) + 0,99 ,

число молей n_м (K₂SO₄) равно - 0,01 моль,

масса (K₂SO₄) = 0,01 моль_* 174 г/моль = 1,74 г;

масса растворителя (воды) равна 0,99 моль_*18 г/моль=17,82 г