Способы выражения концентрации растворов

Общие понятия

ПРИГОТОВЛЕНИЕ РАСТВОРОВ. ТИТРИМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

Работа 1

Раствор – гомогенная (однородная) система, состоящая из двух или более компонентов, относительные количества которых могут изменяться в широких пределах. В истинном растворе растворенные вещества равномерно распределены в виде молекул или ионов в растворителе. Обычно растворителем считают тот компонент, который в чистом виде существует в том же агрегатном состоянии, что и полученный раствор. Например, в случае раствора соли в воде растворителем является вода. Если оба компонента до образования раствора находились в одинаковом агрегатном состоянии, например жидком (спирт и вода), то растворителем чаще всего считается компонент, находящийся в растворе в относительно большем количестве. Наибольшее практическое значение имеют жидкие растворы.

Растворы электролитов – это растворы диссоциирующих на ионы солей, кислот и оснований. В них растворенные вещества присутствуют в виде молекул и ионов (слабые электролиты) или только в виде ионов (сильные электролиты). Электрическая проводимость этих растворов выше, чем растворителя.

Растворы неэлектролитов – это растворы веществ, не диссоциирующих в растворителе. Они практически не проводят электрический ток. Неэлектролиты в растворе диспергированы до молекул.

Раствор, находящийся при данных условиях в равновесии с растворяемым веществом, называется насыщенным раствором. В нем содержится максимально возможное количество растворенного вещества при заданной температуре.

Раствор, в котором при данных условиях предел растворимости не достигнут, называется ненасыщенным. Концентрация растворенного вещества в нем меньше, чем в насыщенном растворе.

Раствор, в котором при данной температуре содержится большее количество растворенного вещества, чем в насыщенном растворе, называется пересыщенным. Такие системы являются метастабильными, т.е. при отсутствии внешних воздействий могут достаточно долгое время оставаться без изменений, но при введении, например, маленького кристалла растворенного вещества весь избыток его в растворе быстро выпадает в осадок, раствор переходит в устойчивое состояние и становится насыщенным.

Концентрацией раствора называется отношение массы, количества растворенного вещества к определенной массе или объему раствора или растворителя.

1. Массовая доля растворенного вещества в растворе w – это отношение массы растворенного вещества к массе раствора. Она может выражаться в долях от единицы (формула 1.1) или в процентах (формула 1.2).

(1.1)

(1.1а)

Массовую долю растворенного вещества, выраженную в процентах, называют процентной концентрацией. Процентная концентрация показывает, сколько граммов вещества содержится в 100 г раствора. Например, 15%-ный раствор – это такой раствор, в 100 г которого содержится 15 г вещества.

2. Моляльная концентрация (моляльность) С_m – количество растворенного вещества (моль), содержащееся в единице массы растворителя (кг).

(1.2) .

3. Молярная концентрация (молярность) С_М – это количество растворенного вещества (моль), содержащееся в единице объема раствора (л).

(1.3) .

С учетом , формула (1.3) приобретает вид

(1.4),

где m – масса растворенного вещества, г,

М – молярная масса растворенного вещества, г/моль,

V – объем раствора, л.

Используется сокращенная форма указания молярной концентрации, например, 0,5М – раствор с концентрацией 0,5 моль/л.

Раствор, содержащий 1 моль вещества в 1 литре раствора, называется одномолярным (1М). Децимолярный раствор (0,1М) содержит 0,1 моль в 1 литре, сантимолярный раствор (0,01М) – 0,01 моль в 1 литре, миллимолярный – 0,001 моль в 1 литре раствора.

4. Молярная концентрация эквивалента С_Н – число моль-эквивалентов растворенного вещества в единице объема раствора.

(1.5) .

Сокращенное обозначение единиц молярной концентрации эквивалента – н (нормальность). Раствор, содержащий 1 моль-экв. вещества в 1 литре, называется однонормальным 1 н. Децинормальный раствор (0,1н) содержит 0,1 моль-экв. в 1 литре, сантинормальный раствор (0,01н) – 0,01 моль-экв. в 1 литре раствора.

Понятие «эквивалент» подразумевает равноценный, равнозначный. Под химическим эквивалентом понимают количество вещества, равноценное количеству другого вещества в химической реакции. За эталон химического эквивалента принимают 1 моль атомов водорода или ¹/₂ моль атомов кислорода. Тогда, эквивалент элемента или сложного вещества – это такое его количество, которое может взаимодействовать (присоединяться или замещаться) с одним молем атомов водорода или ¹/₂ моля атомов кислорода. Например, Э(HCl) = 1 моль, Э(H₂SO₄) = ¹/₂ моль, Э(NaOH) = 1 моль, Э(Al(OH)₃) = ¹/₃ моль и т.д.

Молярная масса эквивалента М_Э выражается в . Например, молярная масса эквивалента М_Э (HCl)=36,5 г/моль, М_Э (H₂SO₄) = ¹/₂ ∙ 98 = 49 г/моль, М_Э (Al(OH)₃) = ¹/₃ ∙ 78 = 26 г/моль.

Молярные массы эквивалентов сложных веществ рассчитывают, как указано в таблице.

Таблица

Соединение	Формула для расчета	Пояснения
Кислота		Основность кислоты – это число атомов водорода в молекуле кислоты, замещаемых в реакции
Основание		Кислотность основания – это число гидроксильных групп в молекуле основания
Соль		n – число атомов металла в формуле соли, в – валентность металла

Молярная масса эквивалента не является постоянной величиной в отличие от молярной массы и может быть различной в зависимости от реакции.

Сравнение формул для определения молярной и нормальной концентраций

и ,

показывает, что в случае, когда эквивалент растворенного вещества Э=1 моль, молярная и нормальная концентрации растворов совпадают. Это относится к растворам одноосновных кислот (HCl, HNO₃ и т.д.), однокислотных оснований (NaOH, KOH и т.д.), солей с однозарядными катионами и анионами (KCl, NaNO₃ и т.д.). Например, С_М(HNO₃) = С_Н(HNO₃); С_М (KCl) = С_Н(KCl) и т.д. Если же эквивалент растворенного вещества не равен 1 моль, то молярная концентрация его раствора во столько же раз меньше нормальной, во сколько раз эквивалент этого вещества меньше 1 моль.

5. Титром раствора называют массу растворенного вещества, содержащегося в 1 мл раствора.

(1.6) .

6. Мольная (молярная) доля растворенного вещества и растворителя в растворе N (или x) – отношение количества растворенного вещества или растворителя к сумме количеств веществ, содержащихся в растворе.

, (1.7)

где n₁ – количество растворенного вещества, n₂ – количество растворителя. N – величина безразмерная, выражается в долях от единицы или в процентах. Сумма мольных долей всех компонентов раствора равна единице или 100%.

Дата добавления: 2014-12-29