СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ
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. DVр-ра
= 0 и DНр-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, nм(х)- число молей, nэ(х) – число
эквивалентов;
-параметры раствора — m(y)– масса, V(y) — объем, r(y) — плотность;
-параметры растворителя — m(z) — масса, V(z) — объем, nм(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 (См)
или молярность
определяет, сколько молей растворенного вещества содержится в каждом литре
данного раствора, и рассчитывается как отношение количества растворенного
вещества в молях nм(х),
содержащегося в растворе, к объему этого раствора:
nм(х)
моль m(х)
m(х) • ρ(у)
СМ =
————— = —————
= ————————
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 СМ, 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 (Cm)
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: nм(х)
моль m(х)
m(х)
Сm —————
= ———— = ———————
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 Сm , 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
(СN)
или нормальность определяет, сколько молей эквивалента растворенного вещества
содержится в каждом литре раствора, и
рассчитывается как отношение количества растворенного вещества в молях
эквивалента nэ(х), содержащегося в растворе, к объему этого раствора:
nэ(х) моль m(х) СМ
СN = —————
= ——————— =
————
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 СN , 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 (nэ) 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 nм(z) — число
молей растворителя, в котором растворили nм(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, nм(z) = 0,99 (молей). Тогда
0,01 = nм (K2SO4) / nм(K2SO4) + 0,99 ,
число молей nм (K2SO4) равно — 0,01
моль,
масса (K2SO4) = 0,01 моль*
174 г/моль = 1,74 г;
масса растворителя
(воды) равна 0,99 моль*18
г/моль=17,82 г