Меню

Единицей измерения концентрации вещества является



Способы выражения концентрации

Существует множество способов измерить концентрацию раствора. Это так называемые способы выражения концентрации раствора.

Концентрация раствора — это количество вещества, находящегося в единице объема или массы раствора.

Что такое раствор

Среди окружающих нас веществ, лишь немногие представляют собой чистые вещества. Большинство являются смесями, состоящими из нескольких компонентов, которые могут находиться в одном или различных фазовых состояниях.

Смеси, имеющие однородный состав являются гомогенными, неоднородный состав – гетерогенными.

Иначе, гомогенные смеси, называют растворами, в которых одно вещество полностью растворяется в другом (растворителе). Растворитель – это тот компонент раствора, который при образовании раствора сохраняет свое фазовое состояние. Он обычно находится в наибольшем количестве.

Существуют растворы газовые, жидкие и твердые. Но более всего распространены жидкие растворы, поэтому, в данном разделе, именно на них мы сосредоточим свое внимание.

Концентрацию раствора можно охарактеризовать как:

Качественная концентрация характеризуется такими понятиями, как разбавленный и концентрированный раствор.
С этой точки зрения растворы можно классифицировать на:

  • Насыщенные – растворы с максимально возможным количеством растворенного вещества. Количество растворяемого вещества, необходимое для получения насыщенного раствора определяет растворимость этого вещества.
  • Ненасыщенные – любые растворы, которые все еще могут растворять введенное вещество.
  • Пересыщенные – растворы, в которых растворено больше вещества, чем максимально возможное. Такие растворы очень нестабильны и в определенных условиях растворенное вещество будет выкристаллизовываться из него, до тех пор, пока не образуется насыщенный раствор.

Количественная концентрация выражается через молярную, нормальную (молярную концентрацию эквивалента), процентную, моляльную концентрации, титр и мольную долю.

Способы выражения концентрации растворов

Молярная концентрация растворов (молярность)

Наиболее распространенный способ выражения концентрации растворов – молярная концентрация или молярность. Она определяется как количество молей n растворенного вещества в одном литре раствора V. Единица измерения молярной концентрации моль/л или моль ·л -1 :

Раствор называют молярным или одномолярным, если в 1 литре раствора растворено 1 моль вещества, децимолярным – растворено 0,1 моля вещества, сантимолярным — растворено 0,01 моля вещества, миллимолярным — растворено 0,001 моля вещества.

Термин «молярная концентрация» распространяется на любой вид частиц.

Вместо обозначения единицы измерения — моль/л, возможно такое ее обозначение – М, например, 0,2 М HCl.

Молярная концентрация эквивалента или нормальная концентрация растворов (нормальность).

Понятие эквивалентности мы уже вводили. Напомним, что эквивалент – это условная частица, которая равноценна по химическому действию одному иону водорода в кислотоно-основных реакциях или одному электрону в окислительно – восстановительных реакциях.

Например, эквивалент KMnO4 в окислительно – восстановительной реакции в кислой среде равен 1/5 (KMnO4).

Еще одно необходимое понятие — фактор эквивалентности – это число, обозначающее, какая доля условной частицы реагирует с 1 ионом водорода в данной кислотоно-основной реакции или с одним электроном в данной окислительно – восстановительной реакции.

Он может быть равен 1 или быть меньше 1. Фактор эквивалентности, например, для KMnO4 в окислительно – восстановительной реакции в кислой среде составляет fэкв(KMnO4) = 1/5.

Следующее понятие – молярная масса эквивалента вещества х. Это масса 1 моля эквивалента этого вещества, равная произведению фактора эквивалентности на молярную массу вещества х:

Молярная концентрация эквивалента (нормальность) определяется числом молярных масс эквивалентов на 1 литр раствора.

Эквивалент определяется в соответствии с типом рассматриваемой реакции. Единица измерения нормальной концентрации такая же как и у молярной концентрации — моль/л или моль·л -1

Для обозначения нормальной концентрации допускается сокращение «н» вместо «моль/л».

Процентная концентрация раствора или массовая доля

Массовая концентрация показывает сколько единиц массы растворенного вещества содержится в 100 единицах массы раствора.

Это отношение массы m(х) вещества x к общей массе m раствора или смеси веществ:

Массовую долю выражают в долях от единицы или процентах.

Моляльная концентрация раствора

Моляльная концентрация раствора b(x) показывает количество молей n растворенного вещества х в 1 кг. растворителя m. Единица измерения моляльной концентрации — моль/кг :

Титр раствора

Титр раствора показывает массу растворенного вещества х, содержащуюся в 1 мл. раствора. Единица измерения титра — г/мл:

Мольная или молярная доля

Мольная или молярная доля α(х) вещества х в растворе равна отношению количества данного вещества n(х) к общему количеству всех веществ, содержащихся в растворе Σn:

Между приведенными способами выражения концентраций существует взаимосвязь, которая позволяет, зная одну единицу измерения концентрации найти (пересчитать) ее в другие единицы. Существуют формулы, позволяющие провести такой пересчет, которые, в случае необходимости, вы сможете найти в сети. В разделе задач показано, как произвести такой пересчет, не зная формул.

Пример перевода процентной концентрации в молярную, нормальную концентрацию, моляльность, титр

Дан раствор объемом 2 л с массовой долей FeSO4 2% и плотностью 1029 кг/м 3 . Определить молярность, нормальность, моляльность и титр этого раствора раствора.

Решение.

1. Рассчитать молярную массу FeSO4:

M (FeSO4) = 56+32+16·4 = 152 г/моль

2. Рассчитать молярную массу эквивалента:

Мэ = fэкв· М(FeSO4) = 1/2·152 = 76 г/моль

3. Найдем m раствора объемом 2 л

m = V·ρ = 2·10 -3 ·1029 = 2,06 кг

4. Найдем массу 2 % раствора по формуле:

m(FeSO4) = 0,02·2,06 = 0,0412 кг = 41,2 г

5. Найдем молярность, которая определяется как количество молей растворенного вещества в одном литре раствора:

n = m/М

n = 41,2/152 = 0,27 моль

См = n/V

См = 0,27/2 = 0,135 моль/л

6. Найдем нормальность:

nэ = 41,2/76 = 0,54 моль

Сн = 0,54/2 = 0,27 моль/л

7. Найдем моляльность раствора. Моляльная концентрация равна:

b (x) = n(x)/m

Масса растворителя, т.е. воды в растворе равна:

mH2O = 2,06-0,0412 = 2,02 кг

b (FeSO4) = n(FeSO4)/m = 0,27/2,02 = 0,13 моль/кг

8. Найдем титр раствора, который показывает какая масса вещества содержится в 1 мл раствора:

Т(х) = m (х)/V

Т(FeSO4) = m (FeSO4)/V = 41,2/2000 = 0,0021 г/мл

Источник

Концентрации растворов. Массовая и молярная концентрация, Титр, Моляльность, Мольная, массовая, объемная доли. Нормальная (эквивалентная) концентрация, Фактор эквивалентности, Молярная масса эквивалента вещества

Количество и концентрация вещества. Выражение и пересчеты из одних единиц в другие. Концентрации растворов. Массовая и молярная концентрация, Титр, Моляльность, Мольная, массовая, объемная доли. Нормальная (эквивалентная) концентрация, Фактор эквивалентности, Молярная масса эквивалента вещества.

6,022х10 23 атомов углерода (постоянная Авогадро = число Авогадро), то моль– такое количество вещества, которое содержит 6,022х10 23 структурных элементов (молекул, атомов, ионов и др.).

  • Отношение массы вещества к количеству вещества называют молярной массой.
  • M (X) = m (X) / n(X)
  • То есть, молярная масса(М)это масса одного моля вещества. Основной системной (в международной системе единиц СИ) единицей молярной массы является кг/моль, а на практике – г/моль. Например, молярная масса самого легкого металла лития М (Li) = 6,939 г/моль, молярная масса газа метана М (СН4) = 16,043 г/моль. Молярная масса серной кислоты рассчитывается следующим образом M (Н24) = 196 г / 2 моль = 96 г/моль.
  • Молярная масса М (Х) — масса одного моля молекул вещества (г/моль). M(X)=mx/n (X), где mx – масса вещества, г; n (X) – количество вещества, моль. Молярная масса вещества Х численно равна относительной молекулярной массе Mr (в случае молекул) или относительной атомной массе (в случае атомов).
  • Любое соединение (вещество), кроме молярной массы, характеризуется относительноймолекулярной или атомной массой. Существует и эквивалентная масса Е, равная молекулярной, умноженной на фактор эквивалентности (см. далее).
    • Относительная молекулярная масса (Mr) –это молярная масса соединения, отнесенная к 1/12 молярной массы атома углерода-12.
      • Например,Мr(СН4) = 16,043. Относительная молекулярная масса – величина безразмерная.
    • Относительная атомная масса (Ar) –это молярная масса атома вещества, отнесенная к 1/12 молярной массы атома углерода-12.
      • Например, Ar(Li) = 6,039.
  • Концентрация. Отношение количества или массы вещества, содержащегося в системе, к объему или массе этой системы называют концентрацией. Известно несколько способов выражения концентрации. В России чаще всего концентрацию обозначают заглавной буквой С, имея в виду прежде всего массовую концентрацию, которая по праву считается наиболее часто применяемой в экологическом мониторинге форма выражения концентрации (именно в ней измеряют величины ПДК).

    • Массовая концентрация или β) –отношение массы компонента, содержащегося в системе (растворе), к объему этой системы (V). Это самая распространенная у российских аналитиков форма выражения концентрации.
      • β(Х) =m (X) / V(смеси)
    • Единица измерения массовой концентрации – кг/м 3 или г/м 3 , кг/дм 3 или г/дм 3 (г/л), кг/см 3 , или г/см 3 (г/мл), мкг/л или мкг/мл и т.д. Арифметические пересчеты из одних размерностей в другие не представляет большой сложности, но требуют внимательности. Например, массовая концентрация хлористоводородной (соляной) кислотыС(HCl) = 40 г / 1 л = 40 г/л = 0,04 г/мл = 4·10 – 5 мкг/л и т.д. Обозначение массовой концентрации С нельзя путать с обозначением мольной концентрации (с), которая рассматривается далее.
    • Типичными являются соотношения β(Х): 1000 мкг/л = 1 мкг/мл = 0,001 мг/мл.
    • Массовая концентрация — это отношение массы к объему системы . а отношение массы к массе это — массовая доля 🙂

    Титр (Т) В объемном анализе (титриметрии) употребляется одна из форм массовой концентрации – титр.Титр раствора (Т) –это масса вещества, содержащегося в одном кубическом сантиметре = в одном миллилитре раствора.

    • Единицы измерения титра — кг/см 3 , г/см 3 , г/мл и др.
    Читайте также:  Пример средства измерения примеры

    Моляльность (b) —отношение количества растворенного вещества (в молях) к массе растворителя (в кг).

    • b(Х) = n(X) / m (растворителя) = n(X) / m (R)
    • Единица измерения моляльности моль/кг. Например,b (HCl/H2O) = 2 моль/кг. Моляльная концентрация применяется в основном для концентрированных растворов.

    Мольная(! )доля (х) –отношение количества вещества данного компонента (в молях), содержащегося в системе, к общему количеству вещества (в молях).

    • х(Х) =n(X) / n(X) + n(Y)
    • Мольнаядоля может быть выражена в долях единицы, процентах (%), промилле (тысячная часть %) и в миллионных (млн –1 ,ppm), миллиардных (млрд –1 ,ppb), триллионных (трлн –1 ,ppt) и др. долях, но единицей измерения все равно является отношение –моль/моль. Например,х(С2Н6) = 2 моль / 2 моль + 3 моль = 0,4 (40 %).

    Массовая доля (ω)отношение массы данного компонента, содержащегося в системе, к общей массе этой системы.

    • ω (Х) = m(X) / m(смеси)
    • Массовая доля измеряется в отношениях кг/кг (г/г). При этом она может быть выражена в долях единицы, процентах (%), промилле, миллионных, миллиардных и т.д. долях. Массовая доля данного компонента, выраженная в процентах, показывает, сколько граммов данного компонента содержится в 100 г раствора.
      • Например, условно ω (KCl) = 12 г / 12 г + 28 г = 0,3 (30%).

    Объемная доля (φ) –отношение объема компонента, содержащегося в системе, к общему объему системы.

    • φ (Х)=v(X) /v(X)+v(Y)
    • Объемная доля измеряется в отношениях л/л или мл/мл и тоже может быть выражена в долях единицы, процентах, промилле, миллионных и т.д. долях. Например, объемная доля кислорода газовой смеси составляет φ (О2)=0,15 л / 0,15 л + 0,56 л.

    Молярная (мольная) концентрация (с) –отношение количества вещества (в молях), содержащегося в системе (например, в растворе), к объему V этой системы.

    • с(Х) = n(X)/ V(смеси)
    • Единица измерения молярной концентрации моль/м 3 (дольная производная, СИ – моль/л).
      • Например,c (H2S04) = 1 моль/л,с(КОН) = 0,5 моль/л.
    • Раствор, имеющий концентрацию 1 моль/л, называют молярным раствором и обозначают как 1 М раствор (не надо путать эту букву М, стоящую после цифры, с ранее указанным обозначением молярной массы, т.е. количества вещества М). Соответственно раствор, имеющий концентрацию 0,5 моль/л, обозначают 0,5 М (полумолярный р-р); 0,1 моль/л – 0,1 М (децимолярный р.р); 0,01 моль/л – 0,01 М (сантимолярный р-р) и т.д.
    • Эта форма выражения концентрации также очень часто применяется в аналитике.

    Нормальная (эквивалентная) концентрация (N), молярная концентрация эквивалента(Сэкв.)– это отношение количества вещества эквивалента в растворе (моль) к объему этого раствора (л).

    • N = Сэкв(Х) = n (1/Z X) / V(смеси)
    • Количество вещества (в молях), в котором реагирующими частицами являются эквиваленты, называется количеством вещества эквивалента nэ(1/Z X) = nэ(Х).
    • Единица измерения нормальной концентрации («нормальности») тоже моль/л (дольная производная, СИ).
      • Например, Сэкв.(1/3 А1С13) = 1 моль/л.
    • Раствор, в одном литре которого содержится 1 моль вещества эквивалентов, называют нормальным и обозначают 1 н. Соответственно могут быть 0,5 н («пятидецинормальный»); 0,01 н (сантинормальный») и т.п. растворы.
    • Следует отметить, что понятие эквивалентностиреагирующих веществ в химических реакциях является одним из базовых для аналитической химии. Именно на эквивалентности как правило основаны вычисления результатов химического анализа (особенно в титриметрии). Рассмотрим несколько связанных с этим базовых с т.з. теории аналитики понятий.

    Фактор эквивалентности(fэкв)– число, обозначающее, какая доля реальной частицы веществ Х (например, молекулы вещества X) эквивалентна одному иону водорода (в данной кислотно-основной реакции) или одному электрону (в данной окислительно-восстановнтельной реакции) Фактор эквивалентности fэкв(Х) рассчитывают на основании стехиометрии (соотношении участвующих частиц) в конкретном химическом процессе:

    • fэкв(Х) = 1/Zx
    • где Zx.— число замещенных или присоединенных ионов водорода (для кислотно-основных реакций) или число отданных или принятых электронов (для окислительно-восстановительных реакций);
    • Х — химическая формула вещества.
    • Фактор эквивалентности всегда равен или меньше единицы. Будучи умноженным на относительную молекулярную массу, он дает значение эквивалентной массы (Е).
      • Для реакции:
        • H24 + 2 NaOH = Na24 + 2 H2
          • fэкв(H24) = 1/2,fэкв(NaOH) = 1
          • fэкв(H24) = 1/2, т.е. это означает, что ½ молекулы серной кислоты дает для данной реакции 1 ион водорода (Н + ), а соответственноfэкв(NaOH) = 1 означает, что одна молекулаNaOHсоединяется в данной реакции с одним ионом водорода.
      • Для реакции:
        • 10 FeSО4 + 2 KMnО4 + 8 H24 = 5 Fe2(SО4)3 + 2 MnSО4 + K24 + 8 H2О
        • 2МпО4 — + 8Н + +5е — → Мп 2+ – 2e — + 4 Н2О
        • 5 Fe 2+ – 2e — → Fe 3+
          • fэкв(KMnО4) = 1/5 (кислая среда), т.е. 1/5 молекулы KMnО4 в данной реакции эквивалентна 1 электрону. При этомfэкв(Fe 2+ ) = 1, т.е. один ион железа (II) также эквивалентен 1 электрону.

    Эквивалент вещества Х –реальная или условная частица, которая в данной кислотно-основной реакции эквивалентна одному нону водорода или в данной окислительно-восстановительной реакции – одному электрону.

    • Форма записи эквивалента: fэкв(Х) Х (см. табл.), или упрощенно Эх, где Х –химическая формула вещества, т.е. [Эх =fэкв(Х) Х]. Эквивалент безразмерен.
    • Эквивалент кислоты(или основания) – такая условная частица данного вещества, которая в данной реакции титрования высвобождает один ион водорода или соединяется с ним, или каким-либо другим образом эквивалентна ему.
    • Например, для первой из вышеуказанных реакций эквивалент серной кислоты — это условная частица вида ½ H24 т.е. fэкв(H24) = 1/Z= ½; ЭH24 = ½ H24.
    • Эквивалент окисляющегося(или восстанавливающегося)вещества— это такая условная частица данного вещества, которая в данной химической реакции может присоединять один электрон или высвобождать его, или быть каким-либо другим образом эквивалентна этому одному электрону.
    • Например, при окислении перманганатом в кислой среде эквивалент марганцевокислого калия – это условная частица вида 1/5 КМпО4, т.е. ЭКМпО4 =1/5КМпО4.
    • Так как эквивалент вещества может меняться в зависимости от реакции, в которой это вещество участвует, необходимо указывать соответствующую реакцию.
      • Например, для реакции Н3РО4+NaOH=NaH24+H2O
        • эквивалент фосфорной кислоты Э Н3РО4 == 1 Н3РО4.
      • Для реакции Н3РО4+ 2NaOH=Na2HPО4+ 2H2O
        • ее эквивалент Э Н3РО4 == ½ Н3РО4,.
    • Принимая во внимание, что понятие моляпозволяет пользоваться любыми видами условных частиц, можно дать понятиемолярной массы эквивалента веществаX. Напомним, что моль– это количество вещества, содержащее столько реальных или условных частиц, сколько атомов содержится в 12 г изотопа углерода 12 С (6,02 10 23 ). Под реальными частицами следует понимать атомы, ионы, молекулы, электроны и т.п., а под условными – такие как, например, 1/5 молекулы КМпО4в случае О/В реакции в кислой среде или ½ молекулы H24 в реакции с гидроксидом натрия.

    Молярная масса эквивалента веществамасса одного моля эквивалентов этого вещества, равная произведению фактора эквивалентностиfэкв(Х) на молярную массу вещества М (Х) 1 .

    • Молярную массу эквивалента обозначают как М [fэкв(Х) Х] или с учетом равенства Эх =fэкв(Х) Х ее обозначают М [Эх]:
    • М (Эх)=fэкв(Х) М (Х); М [Эх] = М (Х) /Z
    • Например, молярная масса эквивалента КМпО4
    • М (ЭКМпО4) =1/5КМпО4 = М 1/5 КМпО4 = 31,6 г/моль.
    • Это означает, что масса одного моля условных частиц вида 1/5КМпО4 составляет 31,6 г/моль. По аналогии молярная масса эквивалента серной кислоты М ½ H24 = 49 г/моль; фосфорной кислоты М ½ H3 РО4 = 49 г/моль и т.д.
    • В соответствии с требованиями Международной системы (СИ) именно молярная концентрацияя вляется основным способом выражения концентрации растворов, но как уже отмечалось, на практике чаще применяетсямассовая концентрация.
    • Рассмотрим основные формулы и соотношения между способами выражения концентрации растворов (см. табл. 1 и 2).

    Таблица 1 Основные способы выражения концентрации растворов

    Термин концентрации (см. выше) Единица измерения концентрации Тип единицы концентрации Формула, виды записи, примеры
    1. Массовая концентрация (С или β) кг/м 3 Производная (СИ)
    • С (Х)* = β(Х/V)
    • С (Х) = β(Х/V) =mx/V(Х+Y)
    • С Н2SO4 = 0,2 кг/л или 200 г/л Н2SO4
    кг/дм 3 Дольная производная (СИ)
    кг/л Производная (внесистемная)
    2. Титр раствора (Т) г/см 3 Дольная, производная (СИ)
    • Т(Х)
    • Т(Х) = mx/V= C (Эх)·M(Эх)/1000
    • Т (НCl) = 0,2012 г/мл
    г/мл Дольная, производная (внесистемная)
    3. Титр раствора А по определяемому компоненту Х г/см 3 Дольная, производная (СИ)
    • Т (А/Х)
    • Т (А/Х) = с(ЭА ) ·M(Эх)/1000
    г/мл Дольная, производная (внесистемная)
    4. Молярная концентрация,молярность(с) моль/м 3 Производная (СИ)
    • с (Х)*
    • с (Х) = (n) Х/V=mx/M(X)V.
    • с Н2SO4 = 0,2 моль/л или 0,2 М Н2SO4
    моль/дм 3 Дольная производная (СИ)
    моль/л Производная (внесистемная)
    5. Молярная концентрация эквивалента (N), нормальность моль/дм 3 Производная (СИ)
    • С [fэкв (Х)Х] или с (Эх) илиN
    • C (Эх) = n(Эх)/V=mx/M(Эх)V=N
    • или C (Эх) = с (Х)/ fэкв (Х) = с (Х) ·Zx=N
    • N= С (1/5 КМпО4) = 0,02 моль/л (кислая среда) или 0,02 н. КМп04
    моль/л Производная (внесистемная)
    6. Моляльная концентрация,моляльность (b) моль/кг Производная (СИ)
    • b(Х/R) = n (X) / m (растворителя)
    Термин концентрации (см. выше) Единица измерения концентрации Тип единицы концентрации Формула, виды записи, примеры
    7. Мольная доля(х) Относительная= моль/моль. (или в %, или в млн –1 ,ppm, в млрд –1 ,ppb, трлн –1 ,pptили в др. ед. Безразмерная = 1 моль/моль = 1 = 100% = 10 6 млн -1 = 10 9 млрд -1 = 10 12 трлн -1
    • х % (Х) = х (Х/Х+ Y)
    • х % (Х) = n (X) / n (X) + n (Y)
    • Если в 1 моле раствора содержится 0,20 моля NaOH, то:мольная доля NaOH в этом растворе х % (NaOH):
      • =0,2/1 = 0,2 или 20%, или 2·10 5 млн -1 , или 2·10 8 млрд -1 , или др.
    8. Массовая доля (ω) Относительная= кг / кг. (или в %, или в млн –1 ,ppm, в млрд –1 ,ppb, трлн –1 ,ppt
    или в др. ед.
    Безразмерная = 1 кг/кг =1 г/г= 1 = 100% = 10 6 млн -1 = 10 9 млрд -1 = 10 12 трлн -1
    • ω % (Х) = mx/mр-ра 100 =mx/mр-рит.+mx
    • Если в 100 г раствора содержится 20 г NaOH,то:массовая доля NaOH в этом растворе
      • ω%(NaOH) =20 г/(80 г+0 г)=
      • = 0,2 или 20% (масс.) или 2 ·10 -1 =
      • = 2 ·10 8 млрд -1 или 2 ·10 11 трлн -1 , или др. ед.
    9. Объемная доля(φ) Относительная= м3 /м3 (илил/л, илимл/мл, или в %, или в млн –1 ,ppm, в млрд –1 ,ppb, или в др. ед. Безразмерная = 1 кг/кг =1 г/г= 1 = 100% = 10 6 млн -1 = 10 9 млрд -1 = 10 12 трлн -1
    • φ (Х), %=v(X) /v(X)+v(Y)
    • Если в 100 мл раствора содержится 20 мл спирта, объемная доля в этом в этом растворе:
      • φ% (спирта) =20/100 = 0,2 или 20% (об..) = 2·10 2 промилле, или
      • 2 ·10 8 млрд -1 , или 2·10 11 трлн -1 или др. ед.
    Читайте также:  Как измерить массу костей

    * В расчетных уравнениях химическую формулу обычно ставят в индексе.

    Пересчеты из одной формы выражения концентрации в другую являются достаточно простыми арифметическими задачами, с решениями которых аналитику приходится сталкиваться очень часто – при приготовлении аналитических растворов, при пробоотборе и пробоподготовке, при смешении пробы с аналитическими растворами, а также при статистической обработке и представлении получившихся результатов в цифровой и графической форме. Рассмотрим формулы для пересчета шести наиболее часто применяемых форм выражения концентраций (см. табл. 2).

    Таблица 2 Формулы перехода от одних выражений концентраций растворов к другим (процентная, в граммах на грамм растворителя, в граммах на грамм раствора, нормальная, молярная, моляльная) 6

    • Обозначения:
      • d-плотность раствора,
      • W- молекулярный вес (масса) растворенного вещества,
      • E- грамм-эквивалентный вес растворенного вещества

    1. Коровин Н.В., Мингулина Э.И., Рыжова Н.Г.Лабораторные работы по химии.Учеб. пособие для техн. направ. и спец. вузов. /Под ред. Н.В. Коровина. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1998. – с. 21–39.
    2. Жарский И.М., Кузьменко А.Л., Орехова С.Е.Лабораторный практикум по общей и неорганической химии./Под ред. Г.И. Новикова. – Мн.: Дизайн ПРО, 1998. – с. 3-27 и 46-56.
    3. Попадич И.А., Траубенберг С.Е, Осташенкова Н.В. и др..Аналитическая химия.Учебное пособие для техникумов. М.: Химия, 1989. – с. 91-98.
    4. Зайцев О.С.Исследовательский практикум по общей химии.Учебное пособие. М.: Изд-во МГУ, 1994. – с. 91-98.
    5. Лурье Ю.Ю.Справочник по аналитической химии.Справ. Изд. – 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Химия, 1989. – с. 172-173.

    Консультации и техническая
    поддержка сайта: Zavarka Team

    Источник

    Способы выражения концентрации

    Существует множество способов измерить концентрацию раствора. Это так называемые способы выражения концентрации раствора.

    Концентрация раствора — это количество вещества, находящегося в единице объема или массы раствора.

    Что такое раствор

    Среди окружающих нас веществ, лишь немногие представляют собой чистые вещества. Большинство являются смесями, состоящими из нескольких компонентов, которые могут находиться в одном или различных фазовых состояниях.

    Смеси, имеющие однородный состав являются гомогенными, неоднородный состав – гетерогенными.

    Иначе, гомогенные смеси, называют растворами, в которых одно вещество полностью растворяется в другом (растворителе). Растворитель – это тот компонент раствора, который при образовании раствора сохраняет свое фазовое состояние. Он обычно находится в наибольшем количестве.

    Существуют растворы газовые, жидкие и твердые. Но более всего распространены жидкие растворы, поэтому, в данном разделе, именно на них мы сосредоточим свое внимание.

    Концентрацию раствора можно охарактеризовать как:

    Качественная концентрация характеризуется такими понятиями, как разбавленный и концентрированный раствор.
    С этой точки зрения растворы можно классифицировать на:

    • Насыщенные – растворы с максимально возможным количеством растворенного вещества. Количество растворяемого вещества, необходимое для получения насыщенного раствора определяет растворимость этого вещества.
    • Ненасыщенные – любые растворы, которые все еще могут растворять введенное вещество.
    • Пересыщенные – растворы, в которых растворено больше вещества, чем максимально возможное. Такие растворы очень нестабильны и в определенных условиях растворенное вещество будет выкристаллизовываться из него, до тех пор, пока не образуется насыщенный раствор.

    Количественная концентрация выражается через молярную, нормальную (молярную концентрацию эквивалента), процентную, моляльную концентрации, титр и мольную долю.

    Способы выражения концентрации растворов

    Молярная концентрация растворов (молярность)

    Наиболее распространенный способ выражения концентрации растворов – молярная концентрация или молярность. Она определяется как количество молей n растворенного вещества в одном литре раствора V. Единица измерения молярной концентрации моль/л или моль ·л -1 :

    Раствор называют молярным или одномолярным, если в 1 литре раствора растворено 1 моль вещества, децимолярным – растворено 0,1 моля вещества, сантимолярным — растворено 0,01 моля вещества, миллимолярным — растворено 0,001 моля вещества.

    Термин «молярная концентрация» распространяется на любой вид частиц.

    Вместо обозначения единицы измерения — моль/л, возможно такое ее обозначение – М, например, 0,2 М HCl.

    Молярная концентрация эквивалента или нормальная концентрация растворов (нормальность).

    Понятие эквивалентности мы уже вводили. Напомним, что эквивалент – это условная частица, которая равноценна по химическому действию одному иону водорода в кислотоно-основных реакциях или одному электрону в окислительно – восстановительных реакциях.

    Например, эквивалент KMnO4 в окислительно – восстановительной реакции в кислой среде равен 1/5 (KMnO4).

    Еще одно необходимое понятие — фактор эквивалентности – это число, обозначающее, какая доля условной частицы реагирует с 1 ионом водорода в данной кислотоно-основной реакции или с одним электроном в данной окислительно – восстановительной реакции.

    Он может быть равен 1 или быть меньше 1. Фактор эквивалентности, например, для KMnO4 в окислительно – восстановительной реакции в кислой среде составляет fэкв(KMnO4) = 1/5.

    Следующее понятие – молярная масса эквивалента вещества х. Это масса 1 моля эквивалента этого вещества, равная произведению фактора эквивалентности на молярную массу вещества х:

    Молярная концентрация эквивалента (нормальность) определяется числом молярных масс эквивалентов на 1 литр раствора.

    Эквивалент определяется в соответствии с типом рассматриваемой реакции. Единица измерения нормальной концентрации такая же как и у молярной концентрации — моль/л или моль·л -1

    Для обозначения нормальной концентрации допускается сокращение «н» вместо «моль/л».

    Процентная концентрация раствора или массовая доля

    Массовая концентрация показывает сколько единиц массы растворенного вещества содержится в 100 единицах массы раствора.

    Это отношение массы m(х) вещества x к общей массе m раствора или смеси веществ:

    Массовую долю выражают в долях от единицы или процентах.

    Моляльная концентрация раствора

    Моляльная концентрация раствора b(x) показывает количество молей n растворенного вещества х в 1 кг. растворителя m. Единица измерения моляльной концентрации — моль/кг :

    Титр раствора

    Титр раствора показывает массу растворенного вещества х, содержащуюся в 1 мл. раствора. Единица измерения титра — г/мл:

    Мольная или молярная доля

    Мольная или молярная доля α(х) вещества х в растворе равна отношению количества данного вещества n(х) к общему количеству всех веществ, содержащихся в растворе Σn:

    Между приведенными способами выражения концентраций существует взаимосвязь, которая позволяет, зная одну единицу измерения концентрации найти (пересчитать) ее в другие единицы. Существуют формулы, позволяющие провести такой пересчет, которые, в случае необходимости, вы сможете найти в сети. В разделе задач показано, как произвести такой пересчет, не зная формул.

    Пример перевода процентной концентрации в молярную, нормальную концентрацию, моляльность, титр

    Дан раствор объемом 2 л с массовой долей FeSO4 2% и плотностью 1029 кг/м 3 . Определить молярность, нормальность, моляльность и титр этого раствора раствора.

    Решение.

    1. Рассчитать молярную массу FeSO4:

    M (FeSO4) = 56+32+16·4 = 152 г/моль

    2. Рассчитать молярную массу эквивалента:

    Мэ = fэкв· М(FeSO4) = 1/2·152 = 76 г/моль

    3. Найдем m раствора объемом 2 л

    m = V·ρ = 2·10 -3 ·1029 = 2,06 кг

    4. Найдем массу 2 % раствора по формуле:

    m(FeSO4) = 0,02·2,06 = 0,0412 кг = 41,2 г

    Читайте также:  Как сделать измерение более точным

    5. Найдем молярность, которая определяется как количество молей растворенного вещества в одном литре раствора:

    n = m/М

    n = 41,2/152 = 0,27 моль

    См = n/V

    См = 0,27/2 = 0,135 моль/л

    6. Найдем нормальность:

    nэ = 41,2/76 = 0,54 моль

    Сн = 0,54/2 = 0,27 моль/л

    7. Найдем моляльность раствора. Моляльная концентрация равна:

    b (x) = n(x)/m

    Масса растворителя, т.е. воды в растворе равна:

    mH2O = 2,06-0,0412 = 2,02 кг

    b (FeSO4) = n(FeSO4)/m = 0,27/2,02 = 0,13 моль/кг

    8. Найдем титр раствора, который показывает какая масса вещества содержится в 1 мл раствора:

    Т(х) = m (х)/V

    Т(FeSO4) = m (FeSO4)/V = 41,2/2000 = 0,0021 г/мл

    Источник

    Концентрация раствора

    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 соотношение 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.

    Содержание

    Массовая доля (также называют процентной концентрацией)

    Массовая доля — отношение массы растворённого вещества к массе раствора. Массовая доля измеряется в долях единицы.

    • m1 — масса растворённого вещества, г (кг);
    • m — общая масса раствора, г (кг).

    Массовое процентное содержание компонента, m%

    В бинарных растворах часто существует однозначная 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 аккумуляторных) 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 20°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

    Объемная доля — отношение объёма растворённого вещества к объёму раствора. Объёмная доля измеряется в долях единицы или в процентах.

    • V1 — объём растворённого вещества, л;
    • V — общий объём раствора, л.

    Как 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.

    Молярность (молярная объёмная концентрация)

    Молярная концентрация — число молей растворённого вещества в единице объёма раствора. Молярная концентрация в системе СИ измеряется в моль/м 3 , однако на практике её гораздо чаще выражают в моль/л или ммоль/л. Также распространено выражение в «молярности». Возможно другое обозначение молярной концентрации- С(х), которое принято обозначать М. Так, раствор с концентрацией 0,5 моль/л называют 0,5-молярным.

    Моляльность (молярная весовая концентрация)

    Моляльность — число молей растворённого вещества 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-моляльным.

    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.

    Нормальная концентрация (мольная концентрация эквивалента)

    Нормальная концентрация — количество эквивалентов данного вещества в 1 литре раствора. Нормальную концентрацию выражают в моль/л (имеется в виду моль эквивалентов). Для записи концентрации таких растворов используют сокращения «н» или «N». Например, раствор содержащий 0,1 моль/л, называют децинормальным и записывают как 0,1 н.

    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 KHSO4, и двухнормальным в реакции с образованием K2SO4.

    Титр раствора

    Титр раствора — масса растворённого вещества в 1 мл раствора.

    • 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.

    Мольная доля

    Мольная доля — отношение количества молей данного компонента к общему количеству молей всех компонентов. Мольную долю выражают в долях единицы.

    • νi — количество i-го компонента, моль;
    • n — число компонентов;

    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 (

    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, т.к. при этом изменяется плотность 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

    Наиболее распространённые единицы

    Часто используемые единицы

    Измеряемая величина Запись Формула Типичная единица
    Атомный процент (A) at.% %
    Атомный процент (B) at.% %
    Массовый процент wt% %
    Mass-volume percentage % though strictly %g/mL
    Volume-volume percentage %
    Молярность M mol/L (or M or mol/dm 3 )
    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

    Wikimedia Foundation . 2010 .

    Смотреть что такое «Концентрация раствора» в других словарях:

    концентрация (раствора) — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN strength … Справочник технического переводчика

    концентрация раствора — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN solution strength … Справочник технического переводчика

    концентрация раствора — tirpalo koncentracija statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. solution strength; strength of solution vok. Lösungsgehalt, m; Lösungskonzentration, f; Lösungsstärke, f rus. концентрация раствора, f pranc. concentration de la solution, f … Fizikos terminų žodynas

    концентрация раствора — ▲ концентрация ↑ раствор крепкий. < > жидкий (# чай). некрепкий. слабый. водянистый. эбуллиоскопия. криоскопия … Идеографический словарь русского языка

    Концентрация раствора прополиса — Концентрация раствора прополиса: процент активных веществ прополиса, содержащихся в растворителе, или соотношение исходного прополиса и растворителя, например 1:5, 1:10, 1:20. Источник: ПЧЕЛОВОДСТВО . ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ. ГОСТ Р 52001 2002… … Официальная терминология

    концентрация раствора борной кислоты — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN boric acid [boron] concentration … Справочник технического переводчика

    концентрация раствора прополиса — Процент активных веществ прополиса, содержащихся в растворителе, или соотношение исходного прополиса и растворителя, например 1:5, 1:10, 1:20 . [ГОСТ Р 52001 2002] Тематики пчеловодство Обобщающие термины продукты пчеловодства … Справочник технического переводчика

    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 … Википедия

    КОНЦЕНТРАЦИЯ — (от лат. konche сосредоточие). Соединение в одном пункте, сосредоточение; сгущение, уплотнение, удаление из смеси или из раствора части растворимых составных частей или примесей. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов … Словарь иностранных слов русского языка

    концентрация — и, ж. concentration f. , нем. Konzentration <лат. concentratio. 1. Сосредоточение, сгущение. Вернемся, однако, к затронутому нами выше вопросу о вреде многопредметности и о необходимости концентрации в школьном преподавании. РО 1891 2 484. ♦… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

    Источник