СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ

РАСТВОРЫ

1
РАСТВОРЫ

Раствор — гомогенная система,
состоящая из растворенного вещества, растворителя и продуктов взаимодействия
между ними. Растворы бывают газообразные (атмосфера),
жидкие (природная вода), твердые (сплавы). Свойства растворов зависят от природы растворителя (вода, ацетон,
керосин и др.), от природы растворенных
веществ (кислоты, основания, соли, газы и др.), а также от концентрации растворенного вещества в
растворе. В настоящем практикуме рассматриваются, в основном, свойства водных растворов.

Идеальные растворы – растворы, которые образуются без изменения объема растворителя и без
теплового эффекта, т.е. DV_р-ра
= 0 и DН_р-ра= 0. В этом случае предполагается, что между молекулами растворителя и
молекулами растворенного вещества отсутствует межмолекулярное взаимодействие. К идеальным растворам с
некоторым приближением относят разбавленные растворы органических веществ и
газов в воде (растворы неэлектролитов).

Реальные растворы — растворы кислот, оснований, солей в воде
(электролиты), образование которых сопровождается взаимодействием молекул
растворителя и растворенного вещества, изменением объема растворителя и
выделением или поглощением тепла. К реальным — относятся также
концентрированные растворы
неэлектролитов.

2. СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ

В зависимости от содержания
растворенного вещества растворы бывают разбавленные, концентрированные,
насыщенные и перенасыщенные. Количественная характеристика способности вещества растворяться до образования насыщенного
раствора называется растворимостью.
Растворимость определяется как:

а) количество вещества в
граммах, которое необходимо растворить в 100 г растворителя для получения
насыщенного раствора (m(г)
/ 100 (г));

б) количество молей
растворенного вещества, которое содержится
в 1 л насыщенного раствора (моль / л).

В химической практике применяются
растворы с различным содержанием растворенного вещества. Для таких растворов используют следующие способы выражения концентрации растворенного вещества: массовая доля и мольная доля растворенного вещества, молярная
и моляльная концентрации, молярная концентрация эквивалента. Для представления
расчетных формул в настоящем практикуме введены следующие обозначения: раствор(y) = растворенное вещество (x) + растворитель (z), тогда,

-параметры растворенного вещества
— m(x) масса, M(x) молярная масса, Э(х) эквивалент, n_м(х)- число молей, n_э(х) – число
эквивалентов;

-параметры раствора — m(y)– масса, V(y) — объем, r(y) — плотность;

-параметры растворителя — m(z) — масса, V(z) — объем, n_м(z) — число молей, r(z)-
плотность.

2.1 Массовая доля (С_%)

или процентная
концентрация определяет, какую часть масса растворенного вещества составляет от массы раствора (обычно в процентах),
и рассчитывается как отношение:

С_% =
m(х) •100%
или С_% = m(х) •100%

m(у) ) m(х)+m(z)

Определение
процентной концентрации можно сделать конкретной, если принять массу раствора
за 100 г,

тогда С_% = m(х) т.е.
процентная концентрация (в %) показывает, сколько граммов растворенного
вещества содержится в каждых 100 г раствора.
Рассмотрим 5% раствор KCI.

в 100 г (у) раствора —
содержится 5 г растворенного вещества (х) или

в 95 г (z) растворителя
— содержится 5 г
(х).

Очевидно,
что полученный результат будет справедлив для любого растворенного веществ,
независимо от его природы (соль, кислота, основание и т.д.), так как
концентрация не включает индивидуальную характеристику растворенного вещества –
молярную массу (М г/моль).

2.2
Молярная концентрация (С_м)

или молярность
определяет, сколько молей растворенного вещества содержится в каждом литре
данного раствора, и рассчитывается как отношение количества растворенного
вещества в молях n_м(х),
содержащегося в растворе, к объему этого раствора:

n_м(х)
моль m(х)
m(х) • ρ(у)

С_М   =
—————   =   —————
=   ————————

V(y) л М(х) V(y) М(х)•[(m(z)+m(х)]

Рассмотрим пример: пусть дан 0,8
молярный раствор K₂SO₄ , плотность
которого равна 1,02 г/мл.

В соответствии с определением С_М, это значит_:

в 1л раствора содержится — 0,8 моля соли, или

в 1л раствора содержится — 0,8 _*
174 г/моль = 139,2 г соли, или

в (1 л _*1,02 кг/л) кг
раствора содержится — 0,8 моля (139,2 г) соли.

2.3
Моляльная концентрация (C_m)

или моляльность определяет, сколько молей растворенного вещества приходятся
на каждый килограмм растворителя, и рассчитывается как отношение количества
растворенного вещества в молях n(х) к массе растворителя:                                n_м(х)
моль         m(х)
m(х)

С_m —————
= ———— = ———————

m(z) кг М(х) m(z ) М(х)•[m(y)-m(х)]

Рассмотрим пример: пусть дан 0,8
моляльный раствор K₂SO₄ ,
плотность которого равна 1,01 г/мл. В соответствии с определением С_m, это значит:

на
1кг растворителя приходится — 0,8
моля соли, или

на 1кг растворителя приходится
— 0,8 _* 174 г/моль
(139,2 г) соли, или

в [1000 г(z) +139,2г(х)]
(л) раствора содержится — 0,8 моля (139,2
г) соли.

1,01 г/мл 10^-3
мл/л

2.4 Молярная концентрация эквивалента
(С_N)

или нормальность определяет, сколько молей эквивалента растворенного вещества
содержится в каждом литре раствора, и
рассчитывается как отношение количества растворенного вещества в молях
эквивалента n_э(х), содержащегося в растворе, к объему этого раствора:

n_э(х) моль m(х) С_М

С_N = —————
= ——————— =
————

V(у) л Э(х) М(х) • V (y)
Э(х)

Пример:
для 1,6 N раствор K₂SO₄ ,
плотность которого равна 1,02 г/мл или 1,02 кг/л. В соответствии с
определением С_N_, известно: в 1л раствора содержится — 1,6
эквивалентов соли, или

               в
1л раствора содержится   — 1,6 моль (
экв.)_* ½ _*174 г/моль = 139,2 г соли, или
в (1 л _*1,02 кг/л) кг
раствора содержится — 1,6 (n_э) эквивалентов
соли.

2.5 Мольная доля (Сm)

показывает,
какую часть число молей растворенного вещества составляет от суммы числа молей
растворенного вещества и растворителя в растворе. Для двухкомпонентного
раствора состоящего из растворителя и одного растворенного вещества мольная доля рассчитывается по уравнению:

                  n(х)                               m(x)/M(х)
Сm   =
—————— =     ———————————,

n(х) + n(z) m(х)/M(x) + m(z)/M(z)

где n_м(z) — число
молей растворителя, в котором растворили n_м(х) молей
растворенного вещества. Очевидно, численное значение Сm всегда меньше
единицы ( или 100% ).

Рассмотрим пример: рассчитать число молей K₂SO₄, массу K₂SO₄ и массу растворителя Н₂О,
если мольная доля соли в растворе равна
0,01. Поскольку этот способ выражения
концентрации раствора является относительным, можно произвольно задать
число молей растворителя, например, n_м(z) = 0,99 (молей). Тогда