Как измерить концентрацию солевого раствора

Как измерить концентрацию солевого раствора

Работа № 11. Определение концентрации раствора ареометром

Цель работы. Научиться определять концентрацию раствора по его плотности ареометром.

Задание. Вычислить концентрацию поваренной соли в рассоле для соления огурцов или томатов, уксусной кислоты в маринаде, диоксида серы в рабочем растворе для сульфитации (для выполнения задания берут только один раствор).

Для соления овощей используют 6. 9%-ные рассолы поваренной соли. При сульфитации плодов мокрым способом готовят 1. 5%-ные рабочие растворы диоксида серы. Для маринадов применяют растворы уксусной кислоты. Наиболее просто и быстро концентрацию приготовленного раствора можно определить по его плотности при помощи ареометра. По полученным результатам при помощи специальных таблиц устанавливают концентрацию веществ. Для определения крепости растворов спирта и сахара применяют ареометры-спиртометры и ареометры-сахариметры, шкала которых градуирована по спирту или сахарозе.

Методика проведения работы. В мерный цилиндр вместимостью 200. 250 мл наливают 150. 200 мл раствора поваренной соли (уксусной кислоты или диоксида серы). Ареометр берут за верхний конец стержня, осторожно опускают в раствор и выпускают из рук так, чтобы он плавно погрузился. Если прибор резко опустить, то он по инерции может погрузиться на большую глубину и дать неправильный показатель или даже разбиться. Необходимо следить за тем, чтобы ареометр не касался стенок цилиндра. Определение проводят при комнатной температуре, так как приборы, как правило, градуированы при температуре 20°С.

После погружения ареометра 1 (рис. 30) проводят отсчет по нижнему краю мениска 3. Затем определяют содержание поваренной соли, уксусной диоксида серы (табл. 11).


Таблица 11. Концентрация раствора в зависимости от его плотности

* ( Плотность растворов (отношение массы к объему) поваренной соли и уксусной кислоты дано при температуре 20 °С, диоксида серы — при температуре 15 °С.)

По окончании работы ареометры ополаскивают чистой водой и вытирают полотенцем или фильтровальной бумагой и кладут в футляр. Раствор из цилиндра 2 сливают в склянки с притертыми пробками, а цилиндр ополаскивают чистой водой.


Рис. 30. Проведение отсчета ареометром: 1 — ареометр; 2 — цилиндр; 3 — мениск

Отчет о выполнении работы. В тетради записывают, как определяли концентрацию раствора и указывают результат.

Материалы и оборудование. Растворы поваренной соли, уксусной кислоты и диоксида серы различных концентраций, вода, цилиндры вместимостью 200. 250 мл, ареометры со шкалой 0,9990. 1,0400, полотенца или фильтровальная бумага, воронки.

Требования безопасности. При определении концентрации уксусной кислоты и диоксида серы необходимо соблюдать правила работы с едкими и ядовитыми веществами. Диоксид серы — ядовитый газ. При вдыхании он сильно раздражает слизистую оболочку носа, вызывает отравление органов дыхания. Поэтому при определении плотности растворов диоксида серы и уксусной кислоты нельзя вдыхать воздух из цилиндра. Крепкие рабочие растворы диоксида серы и уксусной кислоты держат в вытяжном шкафу, где и проводят с ними необходимые работы. Если крепкие рабочие растворы указанных препаратов разлили, то к пролитой жидкости добавляют немного аммиачной воды (до появления слабого запаха аммиака), а потом собирают ее тряпкой.

Вопросы для самоконтроля

1. Как пользоваться ареометром?

2. Чем отличаются ареометры-спиртометры и ареометры-сахариметры от обычных?

3. Почему определение концентрации растворов ареометром проводят при комнатной температуре (20°С)?

4. Перечислите требования безопасности, которые необходимо соблюдать при работе с едкими и ядовитыми веществами.

Источник

Растворы

Растворы – это однородные гомогенные системы, состоящие из частиц растворенного вещества, растворителя и продуктов их взаимодействия. Растворенное вещество равномерно распределено в растворителе. Раствор может состоять из двух и более компонентов.

Растворы бывают жидкие, твердые и газообразные.

Растворитель – это то вещество, которое не изменяет агрегатное состояние при растворении. В случае смешения веществ с одинаковым агрегатным состоянием (жидкость-жидкость, газ-газ, твердое-твердое) растворителем считается тот компонент, содержание которого больше.

Образование раствора зависит от характера взаимодействия частиц растворителя и растворенного вещества, и их природы.

В школьном курсе рассматриваются преимущественно растворы электролитов. В курсе ВУЗов рассматриваются также истинные и коллоидные растворы, золи и другие системы.

По способности растворяться вещества условно делят на:

  • малорастворимые (от 0,001 до 1 грамма растворенного вещества на 100 грамм растворителя);
  • растворимые (больше 1 г растворенного вещества на 100 г растворителя);
  • нерастворимые (менее 0,001 г растворенного вещества на 100 г растворителя).

Обратите внимание!

При попадании в воду вещество может:

  • раствориться в воде, то есть перемешаться с ней на атомно-молекулярном уровне ;
  • химически прореагировать с водой;
  • не раствориться в воде и химически не прореагировать.

Коэффициент растворимости – отношение массы растворенного вещества к массе растворителя (например, 10 г соли на 100 г воды).

По концентрации растворенного вещества растворы делят на:

Ненасыщенные растворы – это растворы, в которых концентрация растворенного вещества меньше, чем в соответствующем насыщенном растворе, и в котором при данных условиях можно растворить еще некоторое количества растворенного вещества.

Насыщенные растворы – это растворы, в которых достигнута максимальная концентрация растворенного вещества при данных условиях. Насыщенный раствор можно приготовить даже в бытовых условиях – например , раствор поваренной соли в воде. Если в стакан воды постепенно добавлять соль, рано или поздно соль перестанет растворяться. Это и будет насыщенный раствор.

Пересыщенный раствор – это раствор, в котором концентрация растворенного вещества больше, чем в насыщенном. Избыток растворенного вещества легко выпадает в осадок. Приготовить пересыщенный раствор можно, например, с помощью охлаждения насыщенного раствора поваренной соли. При понижении температуры растворимость поваренной соли уменьшается, и раствор становится пересыщенным.

По концентрации растворенного вещества растворы также разделяют на концентрированные и разбавленные:

Концентрированные растворы – это растворы с относительно высоким содержанием растворенного вещества.

Разбавленные растворы – это растворы с относительно низким содержанием растворенного вещества.

Это деление очень условно, и не связано с делением раствора по насыщенности. Разбавленный раствор может быть насыщенным, а концентрированный раствор не всегда может оказаться насыщенным.

Физические величины, характеризующие состав раствора – это массовая доля, массовый процент, молярность (молярная концентрация), мольная доля, мольный процент, мольное соотношение, растворимость (для насыщенных растворов), объемная доля, объемный процент и некоторые другие величины, которые проходятся в курсе ВУЗов (нормальность или нормальная концентрация, моляльность, титр).

Остановимся подробнее на каждой из них:

1. Массовая доля, масс. доли — это отношение массы растворенного вещества mр.в. к массе раствора mр-ра, выраженное в долях от единицы. Долю можно также выразить в процентах, умножив на 100, тогда мы получим массовый процент, масс. %.

Задачи на материальный баланс с использованием массовой доли — обязательный компонент экзаменов по химии (и не только!) разных уровней. Научиться решать задачи на массовую долю и материальный баланс (смешение, разбавление, концентрирование и приготовление растворов) можно здесь!

2. Молярная концентрация (молярность), моль/л, М – это отношение количества растворенного вещества ν, моль к объему всего раствора Vр-ра, л. Концентрация 1 моль растворенного вещества на 1 литр раствора также обозначается так: 1 М. Такой раствор называют «одномолярный». Двухмолярный раствор — 2 М соответствует концентрации 2 моль растворенного вещества на 1 литр раствора и т.д.

Задачи на молярную концентрацию, как правило, встречаются в курсе ВУЗов, в химических олимпиадах и вступительных экзаменах в ВУЗы. Научиться решать задачи на молярную концентрацию можно здесь.

3. Мольная доля, мольн. дол. – это отношение количества растворенного вещества νр.в., моль к общему количеству вещества всех компонентов в растворе νр-ра, моль:

Мольная доля также может быть выражена в мольных процентах (% мольн.), если умножить долю на 100%. Задачи на мольную долю встречаются в курсе ВУЗов, олимпиадах и вступительных экзаменах. Научиться решать задачи на мольную долю можно здесь.

4. Объемная доля, объемн. дол. – это отношение объема растворенного вещества Vр.в., л к общему объему раствора или смеси Vр-ра, л:

Объемная доля также может быть выражена в объемных процентах (% объемн.), если умножить долю на 100%. Задачи на объемную долю, как правило, сводятся к решению задач на мольную долю, т.к. для газовых смесей объемные и мольные доли компонентов в смеси равны.

5. Мольное соотношение – это отношение количества растворенного вещества к количеству вещества растворителя. Также может использоваться массовое соотношение и объемное соотношение.

6. Растворимость – это отношение массы растворенного вещества к массе растворителя (применяется, как правило, для насыщенных растворов).

7. Титр, г/мл – это отношение массы растворенного вещества mр.в., г к объему раствора, выраженному в миллилитрах Vр-ра, мл:

8. Моляльность.

9. Нормальная концентрация (нормальность)

По механизму растворения растворы делят на физические и химические.

Физическое растворение — это растворение, при котором происходит разрыв и образование только межмолекулярных связей (включая водородные). Физически растворяются только некоторые вещества с молекулярной кристаллической решеткой. Например, растворение нафталина в спирте и воде — опыт.

Химическое растворение — это растворение, при котором разрушаются химические связи в веществе. Химическое растворение, как правило, сопровождается электролитической диссоциацией растворяемого вещества. Подробнее про электролитическую диссоциацию и химическое растворение здесь.

Важно! Подобное хорошо растворяется в подобном. Неполярные растворители хорошо растворяют неполярные вещества. Полярные растворители хорошо растворяют полярные вещества. Понимание механизмов растворения, природы растворяемого вещества и растворителя позволяет легко определить растворимость одного вещества в другом.

Источник

Александр Токарев

Любой гидропонный раствор, вне зависимости от состава и происхождения, обладает двумя важнейшими показателями, которые выращивателю абсолютно необходимо уметь измерять и контролировать. Первый показатель — это концентрация раствора, т. е. общая плотность растворённых в нём веществ. (Второй показатель — pH, т. е. кислотно-щелочной баланс, которому посвящён следующий очерк).

Для чего нужно измерять и контролировать концентрацию питательного раствора?

• Если концентрация раствора окажется недостаточной, ваши растения будут недополучать питание и, как следствие, медленнее расти и хуже плодоносить;

• Если концентрация окажется чрезмерной (к примеру, в 2-3 раза выше нормы), это может спровоцировать корневые и листовые ожоги, задержку роста, сброс цветков, деформацию и повреждение листьев и плодов, болезни и т. п. Молодые растения особенно уязвимы к передозировке.

Поэтому, зная концентрацию вашего раствора, вы сможете правильно отрегулировать его насыщенность и обеспечить вашим растениям оптимальный (т. е. сообразный их стадии развития и видовым потребностям) режим питания.

Чем измеряют концентрацию раствора?

Концентрацию измеряют с помощью прибора под названием EC-метр или TDS-метр; иногда производители называют их не «метр», а «тестер». Несмотря на загадочное техническое название, в обращении они не сложнее обычного медицинского градусника и в самом простом исполнении выглядят так:

Продаются также комбинированные измерительные приборы «4-в-1» или «5-в-1», совмещающие функции EC- и TDS-метра, pH-метра, термометра и даже измерителя солёности воды:

В чём разница между EC- и TDS-метрами?

Оба эти прибора измеряют один и тот же физический показатель — электропроводность раствора, т. е. его способность проводить электрический ток, по которой можно судить о концентрации солей в растворе. Разница между ними в том, что они измеряют этот показатель в разных единицах:

EC-метр (EC, англ. electrical conductivity) измеряет электропроводность в стандартных единицах — mS/cm (миллисименс на сантиметр);

TDS-метр (англ. Total dissolved solids, «общее количество растворённых частиц») вначале измеряет электропроводность, а затем конвертирует его в другую единицу измерения — ppm (англ. parts per million, «частей на миллион»). К примеру, 200 ppm означает, что в данном растворе на миллион частиц воды приходится 200 частиц некоего вещества, способного проводить ток.

Обратите внимание на слово «некоего». Штука в том, что TDS-метр и в самом деле не имеет ни малейшего понятия о химическом составе веществ, находящихся в растворе! Он показывает лишь число частиц электропроводящего вещества, но не знает, что это за вещество. Поэтому контроль состава веществ, находящихся в растворе, — задача самого выращивателя.

Почему для измерения концентрации используются две разных единицы?

В силу традиции. Дело в том, что изготовители измерительного оборудования в разных странах изначально отдали предпочтение разным шкалам: в Европе — EC, в США и Австралии — TDS. Оба стандарта по-прежнему востребованы, поэтому мировая индустрия продолжает выпускать приборы обоих типов.

Какой шкалой лучше пользоваться, EC или TDS?

Той, которая лично вам более удобна. При необходимости значения, полученные в одной шкале, можно сконвертировать в другую с помощью специальной таблицы.

Между тем, если вы цените точность и практичность, то, возможно, вам следует отдать предпочтение шкале EC. Хотите знать, почему? См. спойлер с техническими подробностями.

EC использовать практичнее потому, что это стандартизированный физический показатель, который во всём мире понимается одинаково. Именно поэтому, получив рекомендацию довести ваш раствор до EC 1,2, вы чётко понимаете, что имеется в виду показатель 1,2 mS/cm (миллисименс на сантиметр).

А вот при использовании TDS-метра не всё так однозначно, поскольку он использует другую единицу измерения – ppm (англ. parts per million, «долей на миллион»). И, в зависимости от того, где и для кого данный прибор был изготовлен, для конвертации из EC в ppm он может использовать один из трёх стандартов:

1. Американский стандарт, продвигаемый производителями измерительного оборудования Hanna Instruments и Milwaukee, для конвертации из EC в TDS в качестве эталона использует раствор поваренной соли (NaCl). Cогласно этому стандарту:

2. Европейский стандарт, продвигаемый фирмой-производителем Eutech, для конвертации из EC в TDS в качестве эталона использует раствор хлорида калия (KCl). Согласно этому стандарту:

3. Австралийский стандарт, продвигаемый новозеладской фирмой-производителем Bluelab Truncheon, для конвертации из EC в TDS в качестве эталона использует среднюю электрокондуктивность раствора трёх солей, присутствующих в питьевой воде (сульфат натрия, бикарбонат натрия, хлорид натрия), взятых в пропорции 40/40/20. Поэтому согласно этому стандарту:

Итак, если вы измеряете в EC, то полученные значения будут понятны кому угодно без дополнительных уточнений.

А если вы пользуетесь TDS, то, читая прикладную литературу или обмениваясь на форуме данными, полученными с помощью TDS-метра, вам постоянно приходится уточнять, о каком из трёх стандартов ppm идёт речь, что непродуктивно и утомительно.

Как пользоваться EC- или TDS-метром?

Элементарно просто! Я ведь говорил, что эти приборы не сложнее градусника, правда? Сейчас вы в этом убедитесь.

• Снимите колпачок, защищающий электроды и погрузите их в раствор на глубину, не превышающую пунктирную линию.

• Чтобы провести замер в ёмкости, внутри которой табло EC-метра становится недоступно для считывания (например, в непрозрачной банке с узким горлом), в процессе замера нажмите кнопку HOLD (зафиксировать значение).

• Готово! Значение на табло обозначает концентрацию солей в вашем растворе. У TDS-метра оно отображается в ppm, у EC-метра — в миллисименсах на сантиметр (mS/cm) или микросименсах на сантиметр (uS/cm), в зависимости от модели.

Пример: прибор на фото вверху намерил 298 ppm. Велика ли концентрация данного раствора? Ответ: для гидропоники — не особенно. Потому что это количество солей, обычно содержащихся в чистой питьевой воде из-под крана, которая (сюрприз!) и налита в плошку.

На заметку

• Поскольку со временем электроды прибора начинают покрываться слоем соли, которая снижает точность измерения, периодически протирайте их ватной палочкой, смоченной в уксусе или в спирте, после чего прополощите их в чистой воде и закройте колпачком.

• Если при погружении в дистиллированную воду ваш EC- или TDS-метр показывает значение больше нуля, вполне возможно, что он неточно настроен. Однако даже такой простенький прибор, как на фото, можно откалибровать вручную. Для этого, не вынимая прибор из дистиллированной воды, аккуратно подкрутите винтик потенциометра с обратной стороны устройства с помощью тонкой отвёртки, которая обычно прилагается в комплекте с прибором — до тех пор, пока цифры на табло не снизятся до минимально возможного положительного значения (к примеру, 3 ppm).

Понравилась эта статья? Поделитесь ей в соцсетях:

Источник

Как измерить концентрацию раствора в режиме онлайн?

Наиболее известные методы определения концентрации растворов, кислот, электролитов и т.п. это способы известные еще со школьного курса химии:

  • Измерение плотности раствора ареометром и вычисление концентрации с помощью специальных таблиц с применением результатов измерения;
  • Титрование – сравнение объемов раствора неизвестной концентрации с раствором известной концентрации, предварительно подготовив раствор известной концентрации.

Эти способы применимы для дискретных производств или домашних условий, если необходимо приготовить раствор для удобрения рассады или подготовить разовый объем «незамерзайки».

В условиях непрерывного производства, например, при подготовке воды для производства напитков , обеспечению водного режима на электростанции при выработке электроэнергии на ТЭЦ , в производстве пищевых продуктов при приготовлении дезинфицирующих растворов для CIP или SIP мойки , такие методы будут тормозить производственный процесс.

Но существует еще один метод, основанный на способности растворов проводить электрический ток и зависимости того, что эта способность, т.е. удельная электропроводность раствора зависит от концентрации раствора.

Величину удельной электропроводности используют в качестве количественной меры раствора электролита, способной проводить электрический ток. Единица электрической проводимости названа в честь немецкого электротехника Сименса.

Эрнст Ве́рнер фон Си́менс (Зименс, Werner von Siemens), 13.12.1816, Ленте, близ Ганновера – 06.12.1892, Шарлоттенбург – известный немецкий изобретатель, учёный, промышленник, основатель фирмы Siemens, общественный деятель.

Электрическая проводимость является величиной обратно пропорциональной электрическому сопротивлению раствора и в зависимости от значения величины выражается в микросименсах на сантиметр (мкСм/См), в миллисименсах на метр (мСм/м) или сименсах на метр (См/м).

1 мСм/см = 100 мСм/м = 0,1 См/м

Зависимости концентрации отдельных видов растворов, особенно водных растворов, от их электрической проводимости давно определены и изложены в графиках аналогичных приведённому нами. Например, для измерения концентрации не йодированной поваренной соли в водном растворе следует исходить из соотношения: 1 мг/литр NaCl = 1,9 мкСм/см.

Этот график мы позаимствовали из МУ 34-70-114-85 «Методические указания по применению кондуктометрического контроля для ведения водного режима электростанций». При желании вы легко найдете этот документ с помощью поиска Яндекс.

С помощью чего измерить электропроводность раствора? Для этого человечество придумало прибор Кондуктометр. Существуют лабораторные кондуктометры и промышленные.

Исходя из того, что нас интересует онлайн измерение концентрации растворов, обратимся к промышленным кондуктометрам для измерения электропроводности воды и жидкостей .

К тому же, значение соотношения проводимости и концентрации сильно зависит от температуры раствора, а промышленные измерители проводимости учитывают температуру раствора и автоматически корректируют показания концентрации.

Система онлайн мониторинга концентрации водного раствора может быть построена на основе приборов:

Источник

Поделиться с друзьями
Моя стройка
Adblock
detector