- Концентрация растворов
-
Концентрация — величина, характеризующая количественный состав раствора.
Согласно правилам ИЮПАК, концентрацией растворённого вещества (не раствора) называют отношение количества растворённого вещества или его массы к объёму раствора (моль/л, г/л), то есть это отношение неоднородных величин.
Те величины, которые являются отношением однотипных величин (отношение массы растворённого вещества к массе раствора, отношение объёма растворённого вещества к объёму раствора), правильно называть долями. Однако на практике для обоих видов выражения состава применяют термин концентрация и говорят о концентрации растворов.
Существует много способов выражения концентрации растворов.
Массовая доля
Массовая доля — отношение массы растворённого вещества к массе раствора. Массовая доля измеряется в долях единицы или в процентах.
- ,
где:
- m1 — масса растворённого вещества, г ;
- m — общая масса раствора, г .
Массовое процентное содержание компонента, m%
m%=(mi/Σmi)*100
В бинарных растворах часто существует однозначная (функциональная) зависимость между плотностью раствора и его концентрацией (при данной температуре). Это даёт возможность определять на практике концентрации важных растворов с помощью денсиметра (спиртометра, сахариметра, лактометра). Некоторые ареометры проградуированы не в значениях плотности, а непосредственно концентрации раствора (спирта, жира в молоке, сахара). Следует учитывать, что для некоторых веществ кривая плотности раствора имеет максимум, в этом случае проводят 2 измерения: непосредственное, и при небольшом разбавлении раствора.
Часто для выражения концентрации (например, серной кислоты в электролите аккумуляторных батарей) пользуются просто их плотностью. Распространены ареометры (денсиметры, плотномеры), предназначенные для определения концентрации растворов веществ.
Пример. Зависимость плотности растворов H2SO4 от её массовой доли в водном растворе при 25 °C ω, % 5 10 15 20 30 40 50 60 70 80 90 95 ρ H2SO4, г/мл 1,032 1,066 1,102 1,139 1,219 1,303 1,395 1,498 1,611 1,727 1,814 1,834 Объёмная доля
Объёмная доля — отношение объёма растворённого вещества к объёму раствора. Объёмная доля измеряется в долях единицы или в процентах.
- ,
где:
- V1 — объём растворённого вещества, л;
- V — общий объём раствора, л.
Как и было указано выше, существуют ареометры, предназначенные для определения концентрации растворов определённых веществ. Такие ареометры проградуированы не в значениях плотности, а непосредственно концентрации раствора. Для распространённых растворов этилового спирта, концентрация которых обычно выражается в объёмных процентах, такие ареометры получили название спиртомеров или андрометров.
Молярность (молярная объёмная концентрация)
Молярная концентрация — количество растворённого вещества (число молей) в единице объёма раствора. Молярная концентрация в системе СИ измеряется в моль/м³, однако на практике её гораздо чаще выражают в моль/л или ммоль/л. Также распространено выражение в «молярности». Возможно другое обозначение молярной концентрации , которое принято обозначать М. Так, раствор с концентрацией 0,5 моль/л называют 0,5-молярным. Примечание: единица «моль» не склоняется по падежам. После цифры пишут «моль», подобно тому, как после цифры пишут «см», «кг» и т. д.
- ,
где:
- ν — количество растворённого вещества, моль;
- V — общий объём раствора, л.
Нормальная концентрация (мольная концентрация эквивалента, или просто «нормальность»)
Нормальная концентрация — количество эквивалентов данного вещества в 1 литре раствора. Нормальную концентрацию выражают в моль-экв/л или г-экв/л (имеется в виду моль эквивалентов). Для записи концентрации таких растворов используют сокращения «н» или «N». Например, раствор содержащий 0,1 моль-экв/л, называют децинормальным и записывают как 0,1 н.
- ,
где:
- ν — количество растворённого вещества, моль;
- V — общий объём раствора, л;
- z — число эквивалентности (фактор эквивалентности ).
Нормальная концентрация может отличаться в зависимости от реакции, в которой участвует вещество. Например, одномолярный раствор H2SO4 будет однонормальным, если он предназначается для реакции со щёлочью с образованием гидросульфата калия KHSO4, и двухнормальным в реакции с образованием K2SO4.
Мольная (молярная) доля
Мольная доля — отношение количества молей данного компонента к общему количеству молей всех компонентов. Мольную долю выражают в долях единицы.
- ,
где:
- νi — количество i-го компонента, моль;
- n — число компонентов;
Моляльность (молярная весовая концентрация, моляльная концентрация)
Моляльность — количество растворённого вещества (число моль) в 1000 г растворителя. Измеряется в молях на кг, также распространено выражение в «моляльности». Так, раствор с концентрацией 0,5 моль/кг называют 0,5-мольным.
- ,
где:
- ν — количество растворённого вещества, моль;
- m2 — масса растворителя, кг.
Следует обратить особое внимание, что несмотря на сходство названий, молярная концентрация и моляльность — величины различные. Прежде всего, в отличие от молярной концентрации, при выражении концентрации в моляльности расчёт ведут на массу растворителя, а не на объём раствора. Моляльность, в отличие от молярной концентрации, не зависит от температуры.
Титр раствора
Титр раствора — масса растворённого вещества в 1 мл раствора.
- ,
где:
- m1 — масса растворённого вещества, г;
- V — общий объём раствора, мл;
В аналитической химии обычно концентрацию титранта пересчитывают применительно к конкретной реакции титрования таким образом, чтобы объём использованного титранта непосредственного показывал массу определяемого вещества; то есть титр раствора показывает, какой массе определяемого вещества (в граммах) соответствует 1 мл титрованного раствора.
Весообъёмные проценты
Соответствуют отношению массы одной части вещества (например, 1 г) к 100 частям объёма раствора (например, к 100 мл).[1] Этот способ выражения используют, например, в спектрофотометрии, если неизвестна молярная масса вещества или если неизвестен состав смеси, а также по традиции в фармакопейном анализе.[2]
Другие способы выражения концентрации растворов
Существуют и другие, распространённые в определённых областях знаний или технологиях, методы выражения концентрации. Например, в фотометрии часто используют массовую концентрацию, равную массе растворённого вещества в 1 л раствора. При приготовлении растворов кислот часто указывают, сколько объёмных частей воды приходится на одну объёмную часть концентрированной кислоты (например, 1:3). Концентрация загрязнений в воздухе может выражаться в частях на миллион (ppm). Иногда используют также отношение масс (отношение массы растворённого вещества к массе растворителя) и отношение объёмов (аналогично, отношение объёма растворяемого вещества к объёму растворителя).
Применимость способов выражения концентрации растворов, их свойства
В связи с тем, что моляльность, массовая доля, мольная доля не включают в себя значения объёмов, концентрация таких растворов остаётся неизменной при изменении температуры. Молярность, объёмная доля, титр, нормальность изменяются при изменении температуры, так как при этом изменяется плотность растворов. Именно моляльность используется в формулах повышения температуры кипения и понижения температуры замерзания растворов.
Разные виды выражения концентрации растворов применяются в разных сферах деятельности, в соответствии с удобством применения и приготовления растворов заданных концентраций. Так, титр раствора удобен в аналитической химии для волюмометрии (титриметрического анализа) и т. п.
Формулы перехода от одних выражений концентраций растворов к другим
От массовой доли к молярности:
- ,
где:
- ρ — плотность раствора, г/л;
- ω — массовая доля растворенного вещества в долях от 1;
- M1 — молярная масса растворенного вещества, г/моль.
От молярности к нормальности:
- ,
где:
- M — молярность, моль/л;
- z — число эквивалентности.
От массовой доли к титру:
- ,
где:
- ρ — плотность раствора, г/л;
- ω — массовая доля растворенного вещества в долях от 1;
От молярности к титру:
- ,
где:
- M — молярность, моль/л;
- M1 — молярная масса растворенного вещества, г/моль.
От молярности к моляльности:
- ,
где:
- M — молярность, моль/л;
- ρ — плотность раствора, г/мл;
- M1 — молярная масса растворенного вещества, г/моль.
От моляльности к мольной доле:
- ,
где:
- mi — моляльность, моль/кг;
- M2 — молярная масса растворителя, г/моль.
Наиболее распространённые единицы
Эта статья содержит незавершённый перевод с английского языка. Вы можете помочь проекту, переведя её до конца.Часто используемые единицы Измеряемая величина Запись Формула Типичная единица Атомный процент/Атомная доля (A) или at.% % Атомный процент (B) at.% % Массовый процент (доля) или wt% % Mass-volume percentage - % though strictly %g/mL Volume-volume percentage - % Молярность M mol/L (or M or mol/dm³) Molinity - mol/kg Моляльность m mol/kg (or m**) Мольная доля Χ (chi) (decimal) Formal F mol/L (or F) Нормальность N N Частей на сто (Parts per hundred) % (or pph) da.g/kg Частей на тысячу (Parts per thousand) ‰ (or ppt*) g/kg Частей на миллион ppm mg/kg Частей на миллиард (Parts per billion) ppb µg/kg Parts per trillion ppt* ng/kg Parts per quadrillion ppq pg/kg Примечания
- ↑ Способы приготовления растворов на МедКурс.Ru
- ↑ Бернштейн И. Я., Каминский Ю. Л. Спектрофотометрический анализ в органической химии. — 2-е изд. — Ленинград: Химия, 1986. — с. 5
Категории:- Аналитическая химия
- Растворы
Wikimedia Foundation. 2010.