CHEMICKÁ KONCENTRACE: EXPRESE, JEDNOTKY, MOLALITA - CHEMIE - 2025

Chemické koncentrace je numerická měřítkem relativního množství rozpuštěné látky v roztoku. Toto měření vyjadřuje poměr rozpuštěné látky k množství nebo objemu rozpouštědla nebo roztoku v jednotkách koncentrace. Termín "koncentrace" se vztahuje k množství přítomné rozpuštěné látky: roztok bude koncentrovanější, čím více rozpuštěné látky má.

Tyto jednotky mohou být fyzikální, pokud se vezme v úvahu velikost hmotnosti a / nebo objemu složek roztoku nebo chemikálií, pokud je koncentrace rozpuštěné látky vyjádřena jako její mol nebo ekvivalent, přičemž se jako referenční vezme číslo Avogadra.

Autor: Leiem, z Wikimedia Commons

Použitím molekulárních nebo atomových hmotností a Avogadrovo čísla je tedy možné při vyjádření koncentrace dané rozpuštěné látky převést fyzikální jednotky na chemické jednotky. Proto lze všechny jednotky převést na stejné řešení.

Zředěné a koncentrované roztoky

Jak zjistíte, zda je koncentrace velmi zředěná nebo koncentrovaná? Na první pohled projevem některé z jeho organoleptických nebo chemických vlastností; to znamená ty, které smysly vnímají nebo které lze měřit.

Horní obrázek ukazuje ředění o koncentraci, dvojchromanu draselného (K ₂ kr ₂ O ₇), která vykazuje oranžovou barvu. Zleva doprava můžete vidět, jak se barva snižuje s intenzitou při zředění koncentrace a přidává další rozpouštědlo.

Toto zředění umožňuje získat tímto způsobem zředěnou koncentraci z koncentrovaného. Barva (a další "skryté" vlastnosti v jejím oranžovém jádru) se mění stejným způsobem jako její koncentrace, a to buď s fyzickými nebo chemickými jednotkami.

Ale jaké jsou chemické jednotky koncentrace? Mezi nimi je molarita nebo molární koncentrace roztoku, která se vztahuje k molám solutu na celkový objem roztoku v litrech.

Existuje také molalita nebo také nazývaná koncentrace molalu, která se týká molů solutu, ale které jsou obsaženy ve standardizovaném množství rozpouštědla nebo rozpouštědla, které je přesně jeden kilogram.

Toto rozpouštědlo může být čisté nebo pokud roztok obsahuje více než jedno rozpouštědlo, bude molalita molem rozpuštěné látky na kilogram směsi rozpouštědel.

A třetí jednotkou chemické koncentrace je normálnost nebo normální koncentrace roztoku, která vyjadřuje počet chemických ekvivalentů rozpuštěné látky na litr roztoku.

Jednotka, ve které je normalita vyjádřena, je v ekvivalentech na litr (Eq / L) a v medicíně je koncentrace elektrolytů v lidském séru vyjádřena v miliekvivalentech na litr (mEq / L).

Způsoby vyjádření koncentrace

Koncentraci řešení lze označit třemi hlavními způsoby, i když mají velké množství termínů a jednotek samotných, které lze použít k vyjádření míry této hodnoty: kvalitativní popis, kvantitativní zápis a klasifikace v termínech rozpustnost.

V závislosti na jazyce a kontextu, ve kterém pracujete, bude vybrán jeden ze tří způsobů vyjádření koncentrace směsi.

Kvalitativní popis

Kvalitativní popis koncentrace směsi, který se používá hlavně v neformálním a netechnickém jazyce, je vyjádřen ve formě přídavných jmen, která všeobecně vyjadřují úroveň koncentrace, kterou má řešení.

Tedy minimální úroveň koncentrace podle kvalitativního popisu je hladina "zředěného" roztoku a maximum je "koncentrovaného".

Mluvíme o zředěných roztocích, když má roztok velmi nízký podíl rozpuštěné látky v závislosti na celkovém objemu roztoku. Pokud chcete naředit roztok, přidejte další rozpouštědlo nebo najděte způsob, jak snížit rozpustnou látku.

Nyní mluvíme o koncentrovaných roztocích, když mají vysoký podíl rozpuštěné látky v závislosti na celkovém objemu roztoku. K zahuštění roztoku přidejte více rozpuštěné látky nebo snižte množství rozpouštědla.

V tomto smyslu se tato klasifikace nazývá kvalitativním popisem nejen proto, že jí chybí matematická měření, ale také kvůli její empirické kvalitě (lze ji připsat vizuálním prvkům, čichům a chutím, bez potřeby vědeckých testů).

Klasifikace podle rozpustnosti

Rozpustnost koncentrace označuje maximální kapacitu rozpuštěné látky, kterou má roztok, v závislosti na podmínkách, jako je teplota, tlak a látky, které jsou rozpuštěny nebo v suspenzi.

Roztoky lze rozdělit do tří typů na základě úrovně rozpuštěné rozpuštěné látky v době měření: nenasycené, nasycené a přesycené roztoky.

- Nenasycené roztoky jsou takové, které obsahují menší množství rozpuštěné látky, než se může roztok rozpustit. V tomto případě roztok nedosáhl maximální koncentrace.

- Nasycené roztoky jsou takové, ve kterých bylo maximální množství rozpuštěné látky rozpuštěno v rozpouštědle při specifické teplotě. V tomto případě existuje rovnováha mezi oběma látkami a roztok nemůže přijmout více rozpuštěné látky (protože se vysráží).

- Přesycené roztoky mají více rozpuštěné látky, než by řešení přijalo za rovnovážných podmínek. Toho se dosáhne zahřátím nasyceného roztoku a přidáním více rozpuštěné látky než je obvyklé. Jakmile je zima, nevyvolá solut automaticky, ale jakékoli narušení může způsobit tento účinek kvůli jeho nestabilitě.

Kvantitativní zápis

Při studiu řešení, které se má použít v technické nebo vědecké oblasti, je vyžadována přesnost měřená a vyjádřená v jednotkách, která popisuje koncentraci podle jejích přesných hodnot hmotnosti a / nebo objemu.

To je důvod, proč existuje řada jednotek používaných k vyjádření koncentrace řešení v jeho kvantitativním zápisu, které jsou rozděleny na fyzikální a chemické a které zase mají své vlastní členění.

Jednotkami fyzických koncentrací jsou jednotky „relativní koncentrace“, které jsou vyjádřeny v procentech. Existují tři způsoby, jak vyjádřit procentuální koncentrace: procenta hmotnosti, procenta objemu a procenta hmotnosti a objemu.

Místo toho jsou jednotky chemických koncentrací založeny na molárních množstvích, ekvivalentech gramů, částech na milion a dalších charakteristikách rozpuštěné látky vzhledem k roztoku.

Tyto jednotky jsou nejčastější díky své vysoké přesnosti při měření koncentrací, a proto jsou to obvykle ty, které chcete vědět při práci s chemickými roztoky.

Koncentrační jednotky

Jak je popsáno v předchozích oddílech, při kvantitativním charakterizování koncentrace řešení by se pro tento účel měly výpočty řídit stávajícími jednotkami.

Podobně jsou koncentrační jednotky rozděleny na jednotky relativní koncentrace, jednotky zředěných koncentrací, jednotky založené na molech a další.

Relativní koncentrační jednotky

Relativní koncentrace jsou koncentrace vyjádřené v procentech, jak je uvedeno v předchozí části. Tyto jednotky jsou rozděleny do procent hmotnostních, objemových procent a hmotnostních procent a jsou vypočteny takto:

-% hmotnost = hmotnost rozpuštěné látky (g) / hmotnost celkového roztoku (g) ​​x 100

-% objem = objem rozpuštěné látky (ml) / objem celkového roztoku (ml) x 100

-% hmotnost / objem = hmotnost rozpuštěné látky (g) / objem celkového roztoku (ml) x 100

V tomto případě se pro výpočet hmotnosti nebo objemu celkového roztoku musí hmotnost nebo objem solutu přidat k hmotnosti nebo objemu rozpouštědla.

Jednotky zředěné koncentrace

Jednotkami zředěné koncentrace jsou ty, které se používají k vyjádření těch velmi malých koncentrací, které jsou ve formě stop ve zředěném roztoku; nejběžnějším použitím pro tyto jednotky je nalezení stop jednoho plynu rozpuštěného v jiném, jako jsou látky znečišťující ovzduší.

Tyto jednotky jsou uvedeny ve formě dílů na milion (ppm), dílů na miliardu (ppb) a dílů na bilion (ppt) a jsou vyjádřeny takto:

- ppm = 1 mg solut / 1 l roztoku

- ppb = 1 μg solut / 1 l roztoku

- ppt = 1 ng solut / 1 l roztoku

V těchto výrazech se mg rovná miligramům (0,001 g), μg se rovná mikrogramům (0,000001 g) a ng se rovná nanogramům (0,000000001 g). Tyto jednotky lze také vyjádřit jako objem / objem.

Koncentrační jednotky jako funkce molů

Koncentrační jednotky založené na molech jsou jednotky molární frakce, molární procento, molárnost a mololarita (poslední dvě jsou lépe popsány na konci článku).

Molární frakce látky je frakcí všech jejích podstatných molekul (nebo atomů) jako funkce celkových molekul nebo atomů. Vypočítá se takto:

X _A = počet molů látky A / celkový počet molů v roztoku

Tento postup se opakuje pro ostatní látky v roztoku, přičemž se bere v úvahu, že součet X _A + X _B + X _C … musí být roven jedné.

Molární procento je zpracováno podobným způsobem jako X _A, pouze pokud jde o procento:

Molární procento A = X _A x 100%

Závěrečná část bude podrobně diskutovat o molaritě a molalitě.

Formalita a normálnost

Konečně jsou v současné době nepoužívány dvě jednotky koncentrace: formalita a normálnost.

Formalita roztoku představuje počet hmotnostních vzorců gramů na litr celkového roztoku. Vyjadřuje se jako:

F = Ne. PFG / L roztok

V této expresi se PFG rovná hmotnosti každého atomu látky vyjádřené v gramech.

Místo toho normalita představuje počet ekvivalentů solutu dělený litry roztoku, jak je vyjádřeno níže:

N = ekvivalent gramů roztoku solut / l

V uvedené expresi lze ekvivalentní gramy rozpuštěné látky vypočítat podle počtu molů H ⁺, OH ^- nebo jiných metod, v závislosti na typu molekuly.

Molarita

Molárnost nebo molární koncentrace solutu je jednotka chemické koncentrace, která vyjadřuje nebo vztahuje krtky solutu (n), které jsou obsaženy v jednom (1) litru (L) roztoku.

Molarita je označena velkým písmenem M a pro stanovení molů solutu (n) se gramy solutu (g) ​​dělí molekulovou hmotností (MW) solutu.

Podobně se molekulová hmotnost MW solutu získá ze součtu atomových hmotností (PA) nebo atomové hmotnosti chemických prvků, přičemž se vezme v úvahu poměr, ve kterém se kombinují za vzniku solutu. Různé soluty tedy mají svého vlastního PM (i když tomu tak vždy není).

Tyto definice jsou shrnuty v následujících vzorcích používaných k provedení odpovídajících výpočtů:

Molarita: M = n (mol solutu) / V (litr roztoku)

Počet molů: n = g rozpuštěné látky / MW rozpuštěné látky

Cvičení 1

Vypočítejte molaritu roztoku, který je připraven se 45 g Ca (OH) ₂ rozpuštěného ve 250 ml vody.

První věcí, která se má spočítat, je molekulová hmotnost Ca (OH) ₂ (hydroxid vápenatý). Podle svého chemického vzorce je sloučenina tvořena vápníkovým kationtem a dvěma hydroxylovými anionty. Zde je hmotnost elektronů menší nebo větší než druh, zanedbatelná, takže se berou atomové hmotnosti:

Zdroj: Gabriel Bolívar

Počet krtků solutu pak bude:

n = 45 g / (74 g / mol)

n = 0,61 mol Ca (OH) ₂

Získá se 0,61 mol solutu, ale je důležité si uvědomit, že tyto mol leží rozpuštěné ve 250 ml roztoku. Protože definice Molarity je mol v litru nebo 1 000 ml, musí být provedeno jednoduché pravidlo tří pro výpočet molů, které jsou v 1 000 ml uvedeného roztoku

Pokud ve 250 ml roztoku je => 0,61 mol solutu

V 1000 ml roztoku => x Kolik molů je tam?

x = (0,61 mol) (1000 ml) / 250 ml

X = 2,44 M (mol / L)

Jiná cesta

Jiný způsob, jak získat krtka pro použití vzorce, vyžaduje, aby 250 ml bylo odebráno na litry, přičemž se použije také pravidlo tří:

Pokud 1 000 ml => je 1 litr

250 ml => x Kolik je litrů?

x = (250 ml) (1 1) / 1 000 ml

x = 0,25 1

Nahrazení ve vzorci Molarity:

M = (0,61 mol rozpuštěné látky) / (0,25 1 roztoku)

M = 2,44 mol / l

Cvičení 2

Co to znamená, že roztok HC1 je 2,5 M?

Roztok HC1 je 2,5 molárního, to znamená, že jeden litr tohoto roztoku rozpustil 2,5 molů kyseliny chlorovodíkové.

Normální

Normalita nebo ekvivalentní koncentrace je jednotka chemické koncentrace roztoků, která je označena velkým písmenem N. Tato jednotka koncentrace označuje reaktivitu rozpuštěné látky a rovná se počtu ekvivalentů rozpuštěné látky (Eq) děleno objemem roztoku vyjádřeným v litrech.

N = Eq / L

Počet ekvivalentů (Eq) se rovná gramům rozpuštěné látky děleno ekvivalentní hmotností (PEq).

Eq = g solut / PEq

Ekvivalentní hmotnost, nebo také známá jako gram ekvivalent, se vypočítá tak, že se získá molekulová hmotnost solutu a vydělí se ekvivalentním faktorem, který se pro účely shrnutí v rovnici nazývá delta zeta (ΔZ).

PEq = PM / AZ

Výpočet

Výpočet normality bude mít velmi specifickou odchylku v ekvivalentním faktoru nebo ΔZ, což také závisí na typu chemické reakce, na které se solut nebo reaktivní druh účastní. Níže jsou uvedeny některé případy této variace:

- Pokud se jedná o kyselinu nebo bázi, ΔZ nebo ekvivalentní faktor, bude se rovnat počtu vodíkových iontů (H ⁺) nebo hydroxylu OH ^- které má solut. Například, kyselina sírová (H ₂ SO ₄) má dva ekvivalenty, protože má dvě kyselé protony.

- Pokud jde o oxidačně-redukční reakce, bude ΔZ odpovídat počtu elektronů zapojených do procesu oxidace nebo redukce, v závislosti na konkrétním případě. Zde přichází do úvahy vyvážení chemických rovnic a specifikace reakce.

- Rovněž tento ekvivalentní faktor nebo ΔZ bude odpovídat počtu iontů, které se vysráží v reakcích klasifikovaných jako srážení.

Cvičení 1

Určete normalitu 185 g Na ₂ SO ₄ nacházejí v 1,3 litru roztoku.

Nejprve se vypočte molekulová hmotnost rozpuštěné látky v tomto roztoku:

Zdroj: Gabriel Bolívar

Druhým krokem je výpočet ekvivalentního faktoru nebo ΔZ. V tomto případě, protože síran sodný je sůl, ^{se vezme v úvahu} valence nebo náboj kationtu nebo kovu Na ⁺, který se vynásobí 2, což je dolní index chemického vzorce soli nebo rozpuštěné látky:

Na ₂ SO ₄ => ΔZ = Valencia Cation x Dolní index

∆Z = 1 x 2

Pro získání ekvivalentní hmotnosti je nahrazena ve své příslušné rovnici:

PEq = (142,039 g / mol) / (2 ekv. / Mol)

PEq = 71,02 g / ekv

A pak můžete přistoupit k výpočtu počtu ekvivalentů a znovu se uchýlit k jinému jednoduchému výpočtu:

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

Počet ekvivalentů = 2,605 ekv

Konečně, se všemi potřebnými údaji, se nyní normalita počítá nahrazením podle její definice:

N = 2,605 ekv. / 1,3 1

N = 2,0 N

Molality

Molalita je označena malým písmenem ma je rovna molům solutu, které jsou přítomny v jednom (1) kilogramu rozpouštědla. Je také známá jako koncentrace molalu a vypočítává se pomocí následujícího vzorce:

m = mol rozpuštěné látky / kg rozpouštědla

Zatímco Molarity stanoví poměr molů solutu obsaženého v jednom (1) litru roztoku, mololarita se vztahuje k molům solutu, které existují v jednom (1) kilogramu rozpouštědla.

V případech, kdy je roztok připraven s více než jedním rozpouštědlem, bude molalita vyjadřovat stejné moly solutu na kilogram směsi rozpouštědel.

Cvičení 1

Určete molality roztoku, který byl připraven smícháním 150 g sacharózy (C ₁₂ H ₂₂ 0 ₁₁) s 300 g vody.

Nejprve se stanoví molekulová hmotnost sacharózy pro výpočet molů solutu v tomto roztoku:

Zdroj: Gabriel Bolívar

Vypočítá se počet molů sacharózy:

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

n = 0,438 mol sacharózy

Potom se gramy rozpouštědla převedou na kilogramy, aby se aplikoval konečný vzorec.

Nahrazování pak:

m = 0,438 mol sacharózy / 0,3 kilogramu vody

m = 1,46 mol C ₁₂ H ₂₂ 0 ₁₁ / kg H ₂ O

Ačkoli v současné době probíhá debata o konečném vyjádření molality, lze tento výsledek vyjádřit také takto:

1,26m C ₁₂ H ₂₂ 0 ₁₁ nebo 1,26 molal

Někdy je považováno za výhodné vyjádřit koncentraci roztoku z hlediska molality, protože hmoty solutu a rozpouštědla netrpí mírnými výkyvy nebo nezjevnými změnami v důsledku účinků teploty nebo tlaku; jak se to děje u roztoků s plynným solutem.

Dále je třeba poznamenat, že tato koncentrační jednotka, odkazující na konkrétní solut, je nezměněna existencí jiných solutů v roztoku.

Doporučení a důležité poznámky o chemické koncentraci

Objem roztoku je vždy větší než objem rozpouštědla

Jak se řešení řešení řeší, vzniká chyba při interpretaci objemu roztoku, jako by to byl objem rozpouštědla. Například, pokud je jeden gram práškové čokolády rozpuštěn v jednom litru vody, objem roztoku se nerovná objemu jednoho litru vody.

Proč ne? Protože solut bude vždy zabírat prostor mezi molekulami rozpouštědla. Pokud má rozpouštědlo vysokou afinitu k rozpuštěné látce, může být změna objemu po rozpuštění zanedbatelná nebo zanedbatelná.

Pokud však není, a ještě více, je-li množství solutu velké, je třeba vzít v úvahu změnu objemu. Takto: Vsolvent + Vsolute = Vsolution. Platí pouze ve zředěných roztocích nebo pokud je množství rozpuštěné látky Vsolvent = Vsolution.

Tuto chybu je třeba mít na paměti zejména při práci s tekutými soluty. Například, pokud je místo rozpuštění práškové čokolády med rozpuštěn v alkoholu, pak objem přidaného medu bude mít znatelný účinek na celkový objem roztoku.

Proto musí být v těchto případech objem rozpuštěné látky přidán k objemu rozpouštědla.

Utility of Molarity

- Poznání Molarity koncentrovaného roztoku umožňuje výpočty ředění pomocí jednoduchého vzorce M1V1 = M2V2, kde M1 odpovídá počáteční Molarity roztoku a M2 Molarity roztoku, který má být připraven z roztoku s M1.

-Vědomost o molaritě řešení lze jeho normálnost snadno vypočítat pomocí následujícího vzorce: Normalita = počet ekvivalentů x M

Vzorce nejsou zapamatovány, ale jednotky nebo definice jsou

Někdy však paměť selže, když se pokouší zapamatovat si všechny rovnice vztahující se k výpočtům koncentrace. K tomu je velmi užitečné mít velmi jasnou definici každého konceptu.

Počínaje definicí jsou jednotky psány pomocí konverzních faktorů k vyjádření těch, které odpovídají tomu, co má být určeno.

Například, pokud máte molalitu a chcete ji převést na normální, postupujte takto:

(mol / kg rozpouštědla) x (kg / 1 000 g) (g rozpouštědla / ml) (ml rozpouštědla / ml roztoku) (1 000 ml / l) (ekv. / mol)

(G rozpouštědlo / ml) je hustota rozpouštědla. Termín (ml rozpouštědla / ml roztoku) se týká toho, kolik objemu roztoku skutečně odpovídá rozpouštědlu. V mnoha cvičeních je tento poslední termín roven 1, z praktických důvodů, ačkoli to nikdy není úplně pravda.

Reference

1. Úvodní chemie - ^1. kanadské vydání. Kvantitativní jednotky koncentrace. Kapitola 11 Řešení. Převzato z: opentextbc.ca
2. Wikipedia. (2018). Ekvivalentní koncentrace. Převzato z: en.wikipedia.org
3. PharmaFactz. (2018). Co je to molarita? Převzato z: pharmafactz.com
4. Whitten, Davis, Peck a Stanley. Chemie. (8. ed.). CENGAGE Learning, str. 101-103, 512, 513.
5. Vodné roztoky - molarita. Převzato z: chem.ucla.edu
6. Quimicas.net (2018). Příklady normality. Obnoveno z: quimicas.net.